1 1. INTRODUCERE 1.1 Stadiul actual al roboticii 1921 Karel Capek „Roboţii industriali ai lui Rossum“ 1943 Isaac Asimov „I am a Robot“ 1954 Kernward – UK Brevet – Manipulator cu două braţe 1956 George C. Devol – USA Brevet – Dispozitiv de transfer automat 1959 Joseph Engelberger Cumpără brevetul de la Devol şi realizează în anul 1960 robotul Unimate la firma Unimation Inc., firmă ce va lucra în profit de abia din anul 1973. 1968 38 roboţi Unimate la linia de sudare a caroseriilor din Lordstown 1968 Kawasaki Heawy Industries a cumpărat licenţa Unimate 1971 Primul robot japonez la Nissan Motors 1971 Fiat – Italia / Torino Linia de sudat în puncte caroserii 1971 ASEA – Suedia Primul robot cu acţionare electrică 1974 RV – 70 Regie Renault / Franţa robot cu acţionare electrică 1976 Prof. Chr. Pelecudi – UP Bucureşti / „Introducere în robotică” primul articol de robotică apărut în România – MTM 76 Timişoara / Reşiţa 1979 „Colectiv Multidisciplinar de Roboţi Industriali” la Institutul Politehnic „Traian Vuia” Timişoara. 1982, 8 februarie REMT – 1 Primul robot industrial românesc, Institutul Politehnic „Traian Vuia” Timişoara şi Electromotor Timişoara Distins cu Premiul „TRAIAN VUIA“ al Academiei Române 2 1982 Kovacs Fr. Cojocaru G – “Manipulatoare, Roboţi şi aplicaţiile lor industriale” prima carte de robotică din România. 1983 RIP 6,3 – Automatica Bucureşti Implementat la Autobuzul Bucureşti 1985 RIC – 25, RIS – 63 ICSIT TITAN Bucureşti în cadrul Programului Naţional de Roboţi Industriali 1986 Institutul Politehnic „Traian Vuia” Timişoara şi Electro-Timiş Timişoara Familie de Roboţi cu: Acţionare electrică mR 2,5 MRE 12,5 MAE 100 Acţionare pneumatică MRP 12,5 MAP 100 Acţionare hidraulică RH 1kN 1987 Institutul Politehnic „Traian Vuia” Timişoara şi IMMUM Baia Mare Manipulator sincron – MASIN 500 Expus la TIB´87 şi distins h cu Medalia de aur 1988 Institutul Politehnic „Traian Vuia” Timişoara şi IMMUM Baia Mare Robotul Portal – ROPOS 50 Expus la TIB´88 şi distins cu Medalia de aur 3 1.2 Tendinţe de dezvoltare ale roboticii - creşterea gradului de autonomie ale roboţilor - scăderea gradului de structurare al mediului a) ROBOŢI INDUSTRIALI 1960 – - mediu structurat - obiecte situate în puncte de precizie ale mediului - sarcini predefinite prin program - executarea automată de programe explicite b) ROBOŢI de PRESTĂRI SERVICII 1984 – - model al universului bazat pe prelevate din mediu - percepţie artificială - procesare informaţională multisenzorială - programe implicite - planificarea traiectoriei (traiectorie dinamică) b) ROBOŢI PERSONALI 2003 – - capacităţi de comunicare cu mediul - utilizare de modele pentru înţelegerea mediului - planificarea automată a întregului program - funcţii de supraveghere a întregii activităţi Robot staţionar – Manipulare Vehicul ghidat automat (VGA) – Deplasare prin rulare Maşini păşitoare – Deplasare prin păşire 4 Manipulare Robot prestări Robot industrial Robot Industrial servicii avansat staţionar Interacţiune Roboţi de Senzori om maşină Servicii Deplasare pe roţi Vehicule Vehicule Ghidate Roboţi de Ghidate Telerobot Automat Avansate Serviciu Mobili Automat Reţea Internet Stabilitate Senzori Deplasare prin păşire Mecanism Maşină Maşină Robot Păşire Păşire de păşire Humanoid multiped biped Fig. 1.1 Dezvoltarea Roboticii 1. ROBOŢI INDUSTRIALI: • Robot Industrial (Manipulare) + Senzori = Asamblare automată; • Roboţi inteligenţi staţionari; Pe viitor Roboţi de dezasamblare 2. VEHICULE GHIDATE AUTOMAT: • Fără elemente de inteligenţă artificială = Roboţi Mobili pentru Transportul Materialelor pe o traiectorie ghidată în mediu structurat; • cu Senzori (Video, de Proximitate) îşi aleg traiectoria într-un mediu nestructurat. 3. MAŞINI PĂŞITOARE multi-ped şi biped 5 ELECTRONICĂ MECANICĂ CALCULATOARE MECATRONICĂ şi ROBOTICĂ Fig. 1.2 Mecatronica şi Robotica 6 2. NOŢIUNI DE TEORIA SISTEMELOR 2.1 Clasificarea sistemelor (cid:190) Sistem: ansamblu de elemente şi relaţiile (legăturile) dintre ele. (cid:190) Mediu: ansamblul elementelor care nu fac parte din sistem. (cid:190) Legături orientate: Intrări (INPUT) sau Ieşiri (OUTPUT) (cid:190) Legături neorientate: perturbaţii („zgomote”). (cid:190) Sistem închis: nu are legături cu mediul său. (cid:190) Sistem deschis: are legături orientate sau neorientate cu mediul său. (cid:190) Sistem simplu: are puţine elemente şi legături între acestea. (cid:190) Sistem complex: are multe elemente şi legături între ele. (cid:190) Sistem concret: are elemente materiale. (cid:190) Sistem abstract: nu are elemente materiale. (cid:190) Sistem natural: există fără intervenţia omului. (cid:190) Sistem artificial: este creat de om. (cid:190) Sistem determinist: are legături orientate. (cid:190) Sistem stohastic: are legături neorientate. z z z 1 2 k MEDIU Perturbaţii („zgomote“) . . . x1 (S) y1 Intrări x2 . T . y2 Ieşiri Input Output . . . . xm yn Fig. 2.1 Sistem deschis 7 2.2 Funcţia de transfer T Funcţia de transfer: asigură transformarea mărimii de intrare X = X (t) în mărimi de ieşire Y = Y (t) conform relaţiei: Y = T . X (2.1) Vectorul intrărilor X = X (x , x , x , . . . , x )T 1 2 3 m Vectorul ieşirilor Y = Y (y , y , y , . . . , y )T 1 2 3 n Matricea de transfer T Vectorul perturbaţiilor Z = Z (z , z , z , . . . , z )T 1 2 3 k Z MEDIU (S) T X Y T ΔY ΔY R (S ) R T R Fig. 2.2 Sistem cu buclă de reacţie Z – caracter aleatoriu Y’ – Vectorul ieşirilor perturbate Y’ = T ( X + Z ) (2.2) 8 Bucla de reacţie (S ) asigură eliminarea perturbaţiilor. R Vectorul erorilor = intrarea în bucla de reacţie ΔY = Y’ – Y (2.3) T . ΔY – ieşirea din bucla de reacţie R T – funcţia de transfer a buclei de reacţie R Y = T ( X + Z + T . ΔY ) (2.4) R Ierarhizarea sistemelor Sistemul de rang „R“ conţine unul sau mai multe sisteme de rang „R-1“ . S R - 1 ∈ S R S R ∈ S R + 1 (2.5) Sistemul de rang „R“ este un element al unui sistem de rang „R+1“ . Ierarhizarea sistemelor = cunoaşterea structurii unui sistem şi a legăturilor dintre subsistemele acestuia. 2.3 Cuplarea a două sisteme Două sisteme sunt cuplate dacă cel puţin o ieşire a unuia este o intrare în celălalt. (S1) (S2) Y(1) X(2) Fig. 2.3 Două sisteme cuplate X (2) = [x , x , x , . . . , x ]T (2.6) 21 22 23 2m Y (1) = [y , y , y , . . . , y ]T 11 12 13 1n x = y p = 1...m q = 1...n (2.7) 2p 1q Matricea de cuplare = Matrice „m x n“ cu „m“ intrări in S şi „n“ ieşiri din S . 2 1 K = [ e ] p = 1...m q = 1...n (2.8) 12 pq 9 ⎡e e ... e ... e ⎤ 11 12 1q 1n ⎢ ⎥ e e ... e ... e ⎢ 21 22 2q 2n ⎥ ⎢ . . . . ⎥ ⎢ ⎥ . . . . ⎢ ⎥ K = (2.9) 12 ⎢e e ... e ... e ⎥ p1 p2 pq pn ⎢ ⎥ . . . . ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ . . . . ⎢ ⎥ ⎢⎣em1 em2 ... emq ... emn⎥⎦ ⎧1 ∀ x = y p =1,m ⎪ 2p 1q e = ⎨ (2.10) pq ⎪0 ∀ x ≠ y q =1,n ⎩ 2p 1q e = 1 există o legătură între S şi S pq 1 2 e = 0 nu există o legătură între S şi S pq 1 2 Modelul matematic al cuplării sistemelor S şi S 1 2 X (2) = K . Y (1) (2.11) 12 EXEMPLUL 2.1 m = 5 X (2) = [1 0 1 0 0]T x x 11 12 n = 3 Y (1) = [1 1 0]T K = [ e ] x = y ⇒ e = 1 (S1) 12 pq 5 x 3 21 11 11 x = y ⇒ e = 1 23 13 32 y y 11 12 x y ⎡1 0 0⎤ 25 13 ⎢ ⎥ x24 0 0 0 ⎢ ⎥ x 22 K = ⎢0 1 0⎥ 12 ⎢ ⎥ 0 0 0 x x ⎢ ⎥ 2 1 2 3 (S2) ⎢0 0 0⎥ ⎣ ⎦ y y 21 22 Fig. 2.4 Cuplarea a două sisteme 10 Matricea de structură = matricea unui sistem de rang „R“ care conţine "S" subsistem i i = 1...n. ⎡ 0 K K . K ⎤ 12 13 1n ⎢ ⎥ K 0 K . K ⎢ 21 23 2n⎥ S= ⎢K K 0 . K ⎥ (2.12) 31 32 3n ⎢ ⎥ . . . . ⎢ ⎥ ⎢K K K . 0 ⎥ ⎣ ⎦ n1 n2 n3 K – matricele de cuplare ale sistemelor "S" K = 0 ij i ii Umărul maxim de cuplări N = n (n-1) (2.13) max EXEMPLUL 2.2 n = 3 N = 3 . 2 = 6 max x x ⎡ 0 K K ⎤ 11 12 12 13 ⎢ ⎥ S= K 0 K ⎢ 21 23⎥ (S1) ⎢⎣ 0 0 0 ⎥⎦ K = 0 K = 0 y y 31 32 11 12 x x 21 31 (S ) (S ) 2 3 y y x y 21 22 32 31 Fig. 2.5 Matricea de structură