Roboți industriali

CAPITOLUL 1

Prezentarea generală a roboţilor industriali

1.1 Descrierea roboţilor industriali

Actualmente, mediile industriale trebuie să satisfacă tot mai multe cerinţe legate de diversificarea produselor, de creşterea calitătii acestora, de scăderea costurilor de fabricaţie şi de imbunătăţirea condiţiilor de munca pentru operatorul uman. În mare masură, cerinţele menţionate pot fi satisfăcute prin sisteme de fabricaţie cu grad înalt de fabricatie, cu grad înalt de flexibilitate şi prin automatizarea acestora.

Roboţii, în general, şi roboţii industriali, sunt echipamente tehnologice care răspund în cea mai mare masură cerinţelor de automatizare şi de flexibilitate a fabricaţiei în condiţiile fabricaţiei de serie mică şi mijlocie,utilizarea lor se regaseşte în special, în automatizarea manipulării şi a transportului pieselor şi sculelor în diferitele procese de fabricaţie, eliminănd astfel operatorul uman de proces.

Varietatea sarcinilor pe care un robot industrial le poate indeplini într-un sistem de fabricaţie este legata de posibilitatile tot mai dezvoltate privind programarea acestuia şi de conducerea prin calculator, pe de o parte, şi prin realizarea unor structuri mecanice de manipulare tot mai flexibile.Varietatea acestor funcţii permite crearea cu ajutorul roboţilor industriali a unor sisteme automatizate de prelucrare a unei nomenclaturi largi de piese, a unor sisteme pentru montare automată şi pentru controlul automat al produselor, a unor sisteme de depozitare si transport automat, etc.

Dar introducerea pe scara tot mai larga a roboţilor industriali în structura sistemelor de fabricaţie este franata, de trei factori importanţi:

• Nesiguranta utilizatorilor determinată de necunoşterea completă a toturor posibilitaţilor de utilizare a roboţilor industriali;

• Probleme sociale ce pot apărea ca urmare a neprofundării suficiente a efectelor favorabile ce survin ca urmare a utilizării roboţilot in sisteme de fabricatie;

• Probleme de organizarea fabricaţiei şi varietatea dispozitivelor periferice necesare la robotizarea unui proces de fabricaţie.

În general, roboţii constituie o clasa de sisteme termice care imită sau substituie funcţii motrice sau intelectuale umane. Acestea se realizează prin asocierea diferitelor tipuri de sisteme de manipulare sau locomotoare, determinănd caracterul antropomorf al robotului, cu diferite tipuri de ecipamente de calcul sau logice care determina funcţiile intelectuale ale acestuia .Roboţii îşi desfasoara activitatea într-un mediu concret, ale cărui caracteristici pot rămăne constante sau sunt variabile in timp.

Din punct de vedere al relatiei om-robot in timpul desfăşurării lucrului acestea se împart in trei mari categorii:

• Roboţi automati;

• Roboţi biotermici;

• Roboţi interactivi.

Roboţii automaţi realizează funcţiile lor fără participarea directă a omului în procesul de comandă. Avănd în vedere la adaptabilitatea lor la condţiile mediului în care îşi realizeaza funcţiile, roboţii automaţi se impart în trei generaţii:

1 Roboţi de generaţia I, care se caracterizează prin programul fix de funcţionare, ei fiind capabili să repete în mod strict operaţiile specificate în program, sub condiţia invariabilitătii mediului în care lucrează, fără perturbaţii externe. Ei nu se adaptează la schimbările mediului, neavând practic nici o informaţie despre mediul extern. Programul acestor roboţi se poate schimba intr-o oarecare masură şi sunt utilizaţi cel mai bine în aplicaţii industriale pentru operaţii ce se repetă stereotip.

2. Generaţia a II-a cuprinde roboţii adaptivi capabili să lucreze în condiţii de mediu variabile sau parţial necunoscute iniţial. Capacitatea de adaptare a robotului sub acţiunea perturbaţiilor date de schimbările de mediu este determinată de senzorii cu care se dotează acest robot, de la care se obţin informaţii asupra schimbării condiţiilor externe. Aceşti roboţi lucrează după un ciclu de operaţii definite in prealabil, dar pot să efectueze şi operaţii sub schimbarea condiţiilor de operare.

3 Generaţia a III-a cuprinde roboţii inteligenţi, posedând oarecare caractere de inteligenţă artificială, gradul lor de inteligenţă variind în raport cu funcţiile care au fost dorite iniţial. Acesti roboţi sunt capabili să-şi definească acţiunile instantaneu luând în considerare informaţiile obţinute prin senzori tactili, vizuali sau de zgomot asupra mediului de operare, să rezolve probleme particulare şi să-şi modifice modul de acţiune în concordanta cu variaţiile mediului de operare.

Roboţii biotehnici sunt roboţii la care există o permanentă participare a operatorului uman în procesul de comanda. Sunt împărţiţi in trei subgrupe:

• roboţi comandaţi pas cu pas;

• roboţi copiativi, denumiţi şi master-slave robots;

• Roboţi semiautomaţi.

În cazul roboţilor comandaţi pas cu pas, prin acţionarea de către operatorul uman a unui buton sau maneta, este pus in funcţiune unul din gradele de mişcare a robotului. Roboţii master-slave sunt constituiţi din doua lanţuri cinematice deschise, primul lanţ (master) având mişcarea comandată de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind la scara aceasta mişcare şi efectuând operaţiile de manipulare pentru care este destinat robotul, în alte cazuri, legatură dintre master şi slave este indirectă, prin teletransmisie în ambele cazuri, operatorul uman trebuie să vadă tot timpul mişcarea elementului manipulat de slave, aceasta printr-o fereastră sau pe un ecran display.

In cazul roboţilor biotehnici semiautomaţi, operatorul uman participă nemijlocit în procesul de comanda, dar în acelasi timp cu el lucreaza şi un calculator universal sau specializat. Semnalul de comandă la aceste sisteme este dat de operatorul uman, obişnuit printr-o manetă de comanda ce poate avea 3-6 grade de mişcare. Semnalul obţinut prin apăsarea manetei după un grad de mişcare oarecare este preluat de calculator, care efectuează calcule şi formeaza semnalele de comandă pentru fiecare grad de mişcare al organului de execuţie al robotului.

Roboţii interactivi se caracterizează prin faptul că operatorul uman are numai o participare periodică în procesul de comanda, în restul timpului robotul fiind comandat automat de calculatorul electronic. Aceşti roboţi pot functiona în regim automatizat, cu alternarea permanenta a regimului biotehnic cu cel automat, cu comanda de sepervizare sau cu comanda dialog. Prin utilixarea acestor roboti se ating doua scopuri. Pe de o parte, efectuându-se automat toate operaţiile robotului se obţine productivitatea maximă a lucrului acestuia. Pe de altă parte, infăptuind comanda la distanţă a robotuluide catre om, se obţine posibilitatea efectuării unor operaţii complexe în locul în care omul nu poate acţiona nemijlocit. Ca urmare, acesti roboti sunt utilizati în cercetarea spaţiului cosmic, a oceanului, în cazul unor operatii complexe din mediul industrial, în expolatarea minelor cu instalaţii de teleoperare.

Roboţii ce actionează în medii industriale au capatat denumirea de roboti industriali, în general, aceştia sunt roboti automaţi şi în cazuri mai rare se utilizează în industrie şi roboţi biotehnici sau iteractivi. Sunt raspândiţi, în special, roboţii programaţi şi, mai puţin cei adaptivi. Roboţii inteligenţi se află în faza de incercări în laboratoare sau aplicaţii la unele operaţii de montaj automat.

Aşadar, robotul industrial este un manipulator cu program de lucru variabil, autonom şi cu funcţionare autimata, care reproduce anumite funcţii motrice şi intelectuale ale omului în realizarea unor operaţii de productie auxiliare sau de baza. El poate realiza cele mai variate succesiuni de operaţii de manipulare in cadruk unor procese de fabricaţie, această flexibilitate fiind asigurată pe de o parte prin disponibilitatea unui număr suficient de grade de libertate (grade de mişcare), iar pe de altă parte prin programabilitate.