Struktura, kinematika, pogoni i upravljenje

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.

 
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 px, py, pz duž osa x, y, z čime je moguće postići pozicioniranje tačke tela u prostoru i rotaciono oko sve tri ose za vrijednost uglova qx, qy, qz , kako je prikazano na slici.

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.
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.