UVOD
Inteligentne mašine i sistemi različitog nivoa složenosti su danas sve prisutniji za obavljanje
različitih procesa. Inteligentne mašine sisteme kao što su: roboti, tehološke
ćelije i slično čine stub CIM-sistema (Computer Integrated Manufacturing) koji predstavlja temelj
svake koncepcije fabrike budućnosti. Industrijski roboti su automatizovani sistemi koji koriste
računar kao inteligentni deo upravljanja.
Definiciju robota-reprogramabilne i multifunkcionalne mehaničke strukture daje Internacionalna
organizacija za standardne: »Robot je mašina koja se sastoji od mehanizama sa više stepeni
slobode kretanja, a sposoban je da vrši manipulaciju sa alatom, radnim predmetom ili nekim
drugim sredstvom».
Komercijalna primena industrijskih robota sa računskim upravljanjem - kompjuterizovanih
industrijskih robota počinje 70-tih godina XX veka. Automatizacija procesa i mašina nalazi
primenu prvenstveno kod izvođenja proizvodnih procesa i upravljanjem mašinama a manje kod
drugih takođe važnih proizvodnih aktivnosti kao što su: posluživanje radnog mesta,
pozicioniranje radnog komada i slično.
Savremena industrijska proizvodnja u većini svojih grana uspešno koristi robotske sisteme. Kada
je u pitanju pokretljivost pojedinih članova robota, mogućnost izvođenja različitih putanja,
sposobnost dosezanja u bilo koju tačku manipulacijskog prostora sa postizanjem određene
orijentacije, može se reći da su mogućnosti primene robota u proizvodnji praktično neograničene.
Ono što ograničava primenu robota u pojedinim operacijama jeste pitanje ekonomičnosti. Nije
rentabilno da jedna robotska struktura velikog volumena radnog prostora, velikih brzina i snage,
obavlja radne zadatke za koje u potpunosti ne iskorištava svoje sposobnosti. Iz tog razloga su
dizajnirani proizvodni raznovrsni industrijski roboti specijalno za određenu vrstu radnih
zadataka.
Jedna od bitnih razloga primene robotskih sistema u industriji jeste i humanizacija rada,
pogotovo na poslovima štetnim po ljudsko zdravlje (rad u zagađenoj sredini, prašini, visokoj
temperaturi, rad na monotonim i zamarajućim poslovima). Roboti nalaze primenu ne samo u
industriji, već i u drugim oblastima života.
Cilj ovog rada je usvajanje znanja iz strukture, odnosno građe, industrijskih robota sa aspekta
njihove geometrije, radnog prostora i broja stepeni slobode kretanja, kao i osnova njihove
kinematičke analize.
1
1. KINEMATSKA ODREĐENOST ROBOTA
Kinematska određenost robota podrazumeva određenost pozicije i orijentacije prihvatnice
u odnosu na predmete u radnom prostoru robota (manipulatora), kao i u odnosu na neki
nepomični referentni koordinatni sistem. S druge strane, položaj robota je određen relativnim
uglovnim zakretanjem odnosno relativnim translatornim pomeranjem u zglobovima robota. Da
bi robot obavio ispravno radni zadatak, u svakom trenutku mora biti određena pozicija i
orijentacija hvataljke u prostoru.
Kao što je poznato, položaj tela u prostoru određen je sa šest nezavisnih parametara, tri
translacije i tri rotacije, dakle ima 6 stepeni slobode kretanja: f=6. Drugim rečima, ono se
može
kretati na šest različitih, nezavisnih načina: translatorno za veličinu
p
x
, p
y
, p
z
duž osa x, y, z čime
je moguće postići pozicioniranje tačke tela u prostoru i rotaciono oko sve tri ose za vrijednost
uglova
q
x
,
q
y
,
q
z
, kako je prikazano na slici.
2
1.1 KINEMATSKI PAR
Ako se međusobno povežu dva tela, od kojih je barem jedno pokretno, tad nastaje zglob, odnosno
kinematski par. Nastajanjem zgloba dolazi do smanjenja mogućnosti kretanja, pa je i stepen
slobode kretanja manji tj.
f
<
6
.
Postoje različite konstrukcije zglobova, a nekoliko prostijih je prikazano na slici 6.
Slika 6.
Vrste zglobova : a) rotacioni, b) translatorni, c) vij
č
asti, d) valjkasti,
e) kuglasti
Na gornjoj slici je dat primer pasivnih zglobova (nemaju pokretačke pogone) sa različitim
stepenima slobode kretanja i to:
rotacioni zglob koji ima relativno obrtanje samo oko jedne ose i njegov stepen slobode
kretanja je
f=1
,
translatorni zglob ima relativno pomeranje duž jedne ose i kod njega je
f=1,
vijčasti zglob ima vezano obrtanje oko ose i translaciju duž iste ose, što znači da je
kretanje zgloba helikoidalno (u obliku zavojnice) i da mu je
f=1,
valjkasti zglob, kod kojeg postoji obrtanje i translatorno pomeranje cilindra unutar šupljeg
cilindra, pri čemu je
f=2
,
kuglasti zglob ima tri stepena slobode kretanja
f=3
, jer su moguća tri neovisna relativna
obrtanja kugle unutar šuplje kugle.
Krutost odnosno otpor prema svakom nepoželjnom kretanju je osnovno merilo kvaliteta jednog
zgloba. Iz ovog proizilazi da je dobro da zglobovi imaju što niži stepen slobode kretanja.
Osnovnim zglobovima se smatraju rotacioni zglob i translatorni zglob, koji imaju
f=1
stepen slobode kretanja, dok se svi ostali zglobovi sa
f >1
svode na ova dva zgloba. Rotacioni
zglobovi obezbeđuju rotaciono kretanje jednog segmenta (članka) u odnosu
na drugi i mogu biti izvedeni u dve varijante: stožastoj i šarkastoj.
Translatorni zglobovi obezbeđuju translatorno pomeranje jednog članka u odnosu na
prethodni članak. Mogu biti izvedeni u poprečnoj i teleskopskoj varijanti.
4
a) rotacijski zglob
b) translatorni zglob
Slika 7.
Šematski prikaz osnovnih zglobova
Varijante rotacionih i translatornih zglobova su prikazane u tabeli , u kojoj su prema VDI
(Nemačka), propisane oznake i simboli za industrijske robote.
Tabela 1.
VDI-simboli za industrijske robote
U sledećoj
tabeli je dat prikaz kinematskih parova, koji su na osnovu načina vezivanja, razvrstani u
određene klase.
Tabela 2.
Izgled kinematskih parova
5
1.2 KINEMATSKI LANCI
Kinematska struktura robota predstavlja ustvari kinematski lanac. Kinematski lanac je
skup od n-povezanih kinematskih parova (dva susedna članka mehanizma međusobno povezana
zglobnom vezom).
Konfiguracija industrijskog robota se sastoji od
n
nedeformabilnih tela koji predstavljaju
segmente koji su međusobno povezani zglobovima. Svaki zglob ima jedan stepen slobode
kretanja. Većina robota, odnosno manipulatora ima rotacione ili translatorne zglobne veze.
Zavisno o strukturi veza koje su ostvarene u kinematskom lancu, razlikuju se:
prosti i
složeni kinematski lanci.
Lanac kod kojeg svaki članak u nizu ima dva zgloba, predhodni i naredni, naziva se prostim
kinematskim lancem.
Složeni kinematski lanac je onaj kod kojeg bar jedan članak lanca ima tri ili više zglobova (jedan
prethodni i dva ili više narednih), što znači da se lanac grana.
Prema drugoj podeli kinematski lanci mogu biti:
otvoreni i
zatvoreni kinematski lanci.
Otvoreni lanci su oni kod kojih ne postoji zatvoreni niz (iz jedne tačke lanca u drugu se može doći
samo jednim putem). Kod otvorenog kinematskog lanca početni članak je vezan za čvrstu
podlogu, dok zadnji članak u lancu nosi prihvatnicu. S obzirom da svaki zglob ima jedan stepen
slobode kretanja (f=1), celi kinematski lanac će tad imati:
stepeni slobode kretanja, pri čemu je n broj zglobova.
Zatvoreni lanac ima najmanje jedan zatvoreni niz članaka, gde se iz jedne tačke tog niza može
doći bar na dva načina (c).
7
