ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ. Σχεδιασμός κ’ Τεχνολογία Β Λυκείου

Τι είναι ρομπότ? Μήπως είναι αυτό? ή

Βιομηχανικό ρομπότ ορίζεται ένας επαναπρογραμματιζόμενος βραχίονας Η λέξη “ρομπότ» προέρχεται από το σλάβικο “robota” που σημαίνει εργασία. Καθιερώθηκε ως όρος με την σημερινή του έννοια το 1920 από τον Τσέχο θεατρικό συγγραφέα Karel Čapek στο έργο του "R.U.R." (Rossum's Universal Robots) Τελικά τι ορίζουμε ως βιομηχανικό ρομπότ? Βιομηχανικό ρομπότ ορίζεται ένας επαναπρογραμματιζόμενος βραχίονας πολλαπλών, χρήσεων, σχεδιασμένο για την μετατόπιση υλικών, εργαλείων ή άλλων συσκευών μέσω προγραμματιζόμενων μεταβλητών κινήσεων καθώς και για την διεκπεραίωση άλλων εργασιών.

Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Φάση 1η – Εμφάνιση απλών μηχανών παραγωγής (1770). Φάση 2η – Σταθεροί αυτόματοι μηχανισμοί κ’ γραμμές μεταφοράς μαζικής παραγωγής (αρχές 20ου αιώνα).

Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Φάση 3η – Εμφάνιση εργαλειομηχανών με απλό αυτόματο έλεγχο (1770). Φάση 4η –Εισαγωγή αριθμητικού ελέγχου (NC: numerical control)(1970)

Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Ιστορική αναδρομή Φάσεις εισαγωγής της ρομποτικής στην βιομηχανία. Φάση 5η – Εμφάνιση αριθμητικού ελέγχου εργαλειομηχανών με τη βοήθεια υπολογιστών (1970). Ένας μίνι υπολογιστής χρησιμοποιήθηκε σαν βασικό τμήμα του συστήματος υπολογιστικού ελέγχου (CNC: Computerized numerical Control) Φυσικά η ανάπτυξη και η έρευνα στην ρομποτική συνεχώς αυξάνει με ραγδαίους ρυθμούς φτάνοντας μέχρι και σήμερα στην χρήση των ρομπότ για την εξερεύνηση του διαστήματος καθώς και την διενέργεια λεπτών εγχειρήσεων στον άνθρωπο.

Ποιοί είναι οι λόγοι που οδήγησαν τον άνθρωπο να κάνει χρήση των ρομπότ? Ιδανικά για εργασίες επικίνδυνες και όχι ευχάριστες. (χειρισμός ραδιενεργών ουσιών απενεργοποίηση εκρηκτικών ) Αντικατάσταση χειρωνακτικής εργασίας. (συγκολλήσεις , βάψιμο, συναρμολόγηση) Βελτίωση ποιότητας. (τα ρομπότ είναι πιο σταθερά στην εργασία τους, δεν κουράζονται ποτέ) Αύξηση απόδοσης. (δεν κουράζονται ποτέ, λειτουργιά 24 ώρες το εικοσιτετράωρο) Τα ρομπότ παρέχουν? Ταχύτητα κ’ ακρίβεια Ευελιξία. Υποκατάστατο ανθρώπινου χεριού. Οικονομικές λύσεις. Σταθερή ποιότητα και παραγωγικότητα.

ΒΑΣΙΚΑ ΔΟΜΙΚΑ ΜΕΡΗ ΕΝΟΣ ΡΟΜΠΟΤ Το μηχανικό κομμάτι που αποτελείται από : Βάση στήριξης (base) Βραχίονες - Συνδέσμους (links) Αρθρώσεις (joints) – Στοιχεία δράσης (κινητήρες) Αισθητήρες (sensors) Κεντρικός ελεγκτής

ΚΙΝΗΤΗ: Η βάση κινείται με την χρήση συστήματος κίνησης ΒΑΣΗ ΣΤΗΡΙΞΗΣ- ΤΥΠΟΙ ΣΤΑΘΕΡΗ: Η βάση παραμένει σταθερή και το υπόλοιπο σύστημα κινείτε σε σχέση με την βάση. (Σταθεροί στο σημείο όπου γίνεται η εργασία) Η κίνηση μπορεί να είναι ευθύγραμμη ή περιστροφική. ΚΙΝΗΤΗ: Η βάση κινείται με την χρήση συστήματος κίνησης

ΒΡΑΧΙΟΝΑΣ - ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ Ο (μηχανικός) βραχίονας περιέχει το κύριος σώμα και τον καρπό ο οποίος στο τέλος του φέρει το εργαλείο. Το κύριος σώμα αποτελείται από : Μια διαδοχή συνδέσμων (links) που ενώνονται με αρθρώσεις (joints). Σύνδεσμος (link) Tί είναι: Μηχανολογική κατασκευή από διάφορα υλικά (π.χ αλουμίνιο, χάλυβας, σύνθετα υλικά) Σκοπός : Οι αρθρώσεις στα δύο άκρα του να έχουν μια σταθερή σχέση μεταξύ τους. (Ο τελευταίος σύνδεσμος φέρει μία άρθρωση στο τέλος του πάνω στην οποία συνδέεται το εργαλείο (τελικό στοιχείο δράσης). Τύποι συνδέσμων. Τύπος 1. Τύπος 2. Τύπος 3.

ΒΡΑΧΙΟΝΑΣ - ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ Τύποι αρθρώσεων. Τύπος 1. Τύπος 2. Άρθρωση (joint) Tί είναι: To σημείο στο οποίο ενώνονται δύο σύνδεσμοι μεταξύ τους. Σκοπός : Ελέγχουν τις κινήσεις των συνδέσμων. (Η ομάδα που ελέγχει την κίνηση του εργαλείου ονομάζεται καρπός). Τύποι αρθρώσεων. Τύπος 1. (περιστροφική) Τύπος 2. (γραμμική / πρισματική)

ΒΡΑΧΙΟΝΑΣ - ΣΥΝΔΕΣΜΟΙ Γιατί? Άρθρωση (joint) Κάθε μια από τις αρθρώσεις του βραχίονα & του καρπού δίδει ένα βαθμό ελευθερίας στην κίνηση του τελικού στοιχείου δράσης. Τυπικά ΣΒαθμούς ελευθερίας = το σύνολο των στοιχείων δράσης (κινητήρες) που χρησιμοποιούμε . Είναι σημαντικό στην κατασκευή του ρομπότ να κάνουνε χρήση όσο το δυνατόν λιγότερων βαθμών ελευθερίας για να πετύχουμε την κίνηση που θέλουμε . Γιατί? Για τον λόγο ότι κάθε ένας βαθμός ελευθερίας θέλει από ένα κινητήρα και την αντίστοιχη μονάδα ελέγχου του πράγμα που σημαίνει αυξημένο κόστος κατασκευής.

ΤΥΠΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΚΑΡΤΕΣΙΑΝΑ ΡΟΜΠΟΤ Ευθύγραμμη κίνηση κατά μήκος των τριών αξόνων Χ Υ Ζ. ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ

ΤΥΠΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΠΟΛΙΚΑ ή ΣΦΑΙΡΙΚΑ.

ΑΣΚΗΣΗ Να υπολογιστεί το άθροισμα βαθμών ελευθερίας των πιο κάτω συστημάτων? ΛΥΣΗ 5 Β.Ε 3 Β.Ε 4 Β.Ε 4 Β.Ε Β.Ε= βαθμοί ελευθερίας

ΚΑΡΠΟΣ Για να είναι δυνατή η τοποθέτηση του τελικού στοιχείου δράσης (εργαλείο) Θα πρέπει στην άκρη του τελευταίου βραχίονα να τοποθετηθεί ο καρπός. Ο καρπός περιέχει τρεις περιστροφικές κινήσεις ως προς τον διαμήκη, εγκάρσιο , και κάθετο άξονα) 3 Β.Ε 2 Β.Ε 1 Β.Ε

ΤΕΛΙΚΟ ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΔΡΑΣΗΣ- ΕΡΓΑΛΕΙΟ Στο τέλος του καρπού τοποθετείται το εξάρτημα με το οποίο ο χρήστης ή το ρομπότ επηρεάζει κάτι στο γύρω περιβάλλον. Το εξάρτημα αυτό μπορεί να είναι : Πιστόλι βαφής. Κεφαλή συγκόλλησης Τρυπάνι – συσκευή κοπής (laser) Αυτοματοποιημένη αρπάγη που ανοιγοκλείνει αυτόματα Σύστημα μετρήσεις & εξακρίβωσης διαστάσεων εξαρτημάτων

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΔΡΑΣΗ – ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Για την κίνηση των αρθρώσεων ενός ρομπότ χρησιμοποιούνται διάφοροι τύποι κινητήρων (επενεργητές). Κατηγορίες: Ηλεκτρικοί (συνεχούς / εναλλασσόμενου ρεύματος και βηματικοί) Υδραυλικοί (συμπιεσμένο υγρό - λάδι) Πνευματικοί (συμπιεσμένου αέρας ) ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

ΥΔΡΑΥΛΙΚΟΙ– ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ– ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Εναλλασσόμενου ρεύματος Brushless DC Motor Συνεχούς ρεύματος Σερβοκινητήρες Συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος με σύστημα έλεγχου θέσης Σωληνοειδούς (solenoid) Συνεχούς ή εναλλασσόμενου Ρεύματος για γραμμική κίνηση Βηματικούς

ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ (SENSORS) Τι είναι Αισθητήρες? Όργανα (μηχανισμοί) που βοηθούν τα ρομπότ να αισθάνονται τι γίνεται στο περιβάλλον γύρο τους. Κάτι αντίστοιχο ισχύει και στον άνθρωπο – ακοή, όραση, γεύση, όσφρηση . . . ΤΥΠΟΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΤΥΠΟΣ ΧΡΗΣΗ - ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ Αισθητήρες επιτάχυνσης Κίνηση , ταλάντωση Αισθητήρες χρώματος Αναγνώριση χρωμάτων Αισθητήρες δύναμης & ροπής Μετρούν δύναμη και ροπή που ασκεί ή ασκείται στο ρομπότ Αισθητήρες Φώτο -αντίστασης Αλλάζουν αντίσταση ανάλογα με την ένταση του φωτός

ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ (SENSORS) ΤΥΠΟΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΤΥΠΟΣ ΧΡΗΣΗ - ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ Ψηφιακές κάμερες Κάμερες με υψηλή ταχύτητα επεξεργασίας που ανιχνεύουν το γύρο κόσμο. Αισθητήρες υπερήχων Αντικειμένων & απόσταση από αυτά. Αισθητήρες υπερύθρων Εντοπισμός αντικειμένων σε απόσταση χιλιοστών μέχρι μέτρων Ψηφιακές πυξίδες Εντοπισμός θέσης στο μαγνητικό πεδίο Αισθητήρες επαφής Φυσικών εμπορίων και σύγκρουσης με αυτά Αισθητήρες κλίσης Γωνία κλίσης σε σχέση με την δύναμη της βαρύτητας.

ΚΕΝΤΡΙΚΟΣ- ΕΛΕΓΚΤΗΣ Ηλεκτρονικό υπολογιστικό σύστημα που αποθηκεύει , εκτελεί τα προγράμματα εργασίας και ελέγχει τις κινήσεις του ρομπότ. Αποτελείται από : Κεντρικός επεξεργαστής Κάρτα γραφικών Κάρτα ελέγχου σερβοκινητήρων ρομπότ Κάρτα βοηθητικών σερβοκινητήρων Κάρτα ψηφιακών εισόδων – εξόδων Κάρτα αναλογικών εισόδων – εξόδων Ενισχυτές οδήγησης σερβοκινητήρων Τροφοδοτικά - συστήματα ασφαλείας

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΡΟΜΠΟΤ Βιομηχανικά Ρομπότ Ρομπότ Συγκόλλησης Ρομπότ Συσκευασίας - Παλετοποίησης αντικειμένων

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΡΟΜΠΟΤ Βιομηχανικά Ρομπότ Ρομπότ Βαφής Ρομπότ Διαχείρισης Υλικών

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΡΟΜΠΟΤ Βιομηχανικά Ρομπότ Ρομπότ Συναρμολόγησης Ρομπότ Κατεργασιών Τρύπημα Κοπή Λείανση Λείανση

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΡΟΜΠΟΤ- Μη Βιομηχανικά Ρομπότ Επιτήρησης χώρων Ρομπότ τύπου οικιακών βοηθών Ανιχνευτικά ρομπότ Ιατρικά ρομπότ Ρομπότ καταστροφής εκρηκτικών

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΝΘΡΩΠΟΥ - ΡΟΜΠΟΤ Εργασία Άνθρωπος Ρομποτ Τοποθέτηση Ματιά Αφή (άριστα) Περιορισμένοι αισθητήρες όρασης (μέτρια) Σήκωμα 50kg (μέτρια) 1000kg (άριστα) Επιλογή αντικειμένου Περιορισμένοι αισθητήρες όρασης (μέτρια) Λειτουργιά μηχανήματος Περιορισμένοι αισθητήρες (μέτρια) Χρειάζεται διδασκαλία Έλεγχος μηχανήματος Περιορισμένοι αισθητήρες όρασης Χρειάζεται διδασκαλία (μέτρια) Βλάβη μηχανήματος Βάρδιες Μία βάρδια το πολύ δύο 24 ώρες χωρίς σταματημό Διαλείμματα Ναι ΟΧΙ Απεργίες Αρρώστια Κούραση

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΒΙΒΛΙΑ: [1] J. M. Selig, Department of Electrical and Electronic Engineering, South Bank Polytechnic, “Introductory Robotics”, Prentice Hall, 1992. [2] Paul E. Sandin, “ Robot Mechanisms and Mechanical Devices Illostrated, McGraw-Hill, 2003. [3] Lewis, F.L. et.al “Robotics”, Mechanical Engineering Handbook Ed. Frank Kreith, Boca Raton: CRC Press LLC, 1999. [4] Γ. Ευθυμίου, Φ. Χρυσάνθου , Ν. Ιωσηφίδης, Γ. Κουτσίδης, “Τεχνολογία Β΄ Ενιαίου Λυκείου (Σημειώσεις)”, Υπουργείο Παιδείας και Πολιτισμού, Υπηρεσία Ανάπτυξης Προγραμμάτων, Λευκωσία 2005. ΠΗΓΕΣ ΣΤΟ ΔΙΑΔΙΚΤΥΟ [1] http://www.soton.ac.uk/~rmc1/robotics/argeometry.htm [2] http://www.societyofrobots.com/robots.shtml [3] http://www.kawasakirobotics.com/applications/ [4] http://www.youtube.com/

Εργασία στα πλάισια του μαθήματος Προυπηρεσιακής καταρτισης (ΠΡΥ020) «ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ» Όνομα υποψήφιου: Λεκάκης Κωνσταντίνος Ειδικότητα :Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π Τηλ: 99681547 Email: klekakis@netmail.com.cy