Gacsdi AlexandruCURSPentru uzul studenilorUniversitatea din Oradea200823Cuprins1. Introducere........................................................................................................... 52. Roboii industriali ............................................................................................... 72.1. Sisteme flexibile de fabricaie ....................................................................... 72.2. Clasificarea roboilor.................................................................................... 72.3. Manipulatoare ............................................................................................... 82.4. Roboii industriali........................................................................................... 82.5. Sistemul mecanic al roboilor industriali...................................................... 112.5.1. Punct caracteristic - dreapt caracteristic ...................................... 122.5.2. Mecanismul generator de traiectorie................................................ 142.5.3. Dispozitive de prehensiune.............................................................. 152.6. Sistemul mecanic al robotului industrial RV-M1 ......................................... 172.7. Sistemul de fabricaie integrat informaional .............................................. 183. Sistemul de conducere al roboilor industriali............................................... 213.1. Conducerea roboilor industriali .................................................................. 223.2. Generarea traiectoriilor pentru realizarea unei micri impuse.................. 233.3. Conducerea n bucl nchis ...................................................................... 243.4. Conducerea compliant.............................................................................. 263.5. Metode de conducere a roboilor industriali ................................................ 273.6. Generarea micrii ntre dou puncte n spaiul articulaiilor...................... 294. Modele geometrice cinematice........................................................................ 334.1. Sisteme de coordonate............................................................................... 334.2. Modele cinematice...................................................................................... 375. Traductoare senzori pentru msurarea parametrilor interni ..................... 395.1. Traductoare utilizate pentru msurarea poziiei.......................................... 395.1.1. Traductoare incrementale liniare...................................................... 405.1.2. Traductoare incrementale unghiulare .............................................. 425.1.3. Traductoare absolute liniare............................................................. 435.1.4. Traductoare absolute unghiulare ..................................................... 445.2. Metode de msurare a poziiei.................................................................... 455.2.1. Circuitul de detecie a poziiei iniiale ............................................... 475.2.2. Metoda soft de msurare a poziiei .................................................. 485.2.3. Metoda hard de msurare a poziiei................................................. 495.3. Metode de msurare a vitezei..................................................................... 525.3.1. Msurare frecvenei impulsurilor TID............................................... 525.3.2. Msurare perioadei impulsurilor TID................................................ 545.3.3. Msurarea turaiei cu precizie minim prestabilit........................... 556. Sisteme de acionare ........................................................................................ 576.1. Generaliti .................................................................................................. 576.2. Sisteme de acionare electric.................................................................... 576.2.1. Motoare de curent continuu.............................................................. 586.2.2. Motor pas cu pas.............................................................................. 636.3. Sisteme de acionare hidraulic.................................................................. 666.4. Sisteme de acionare pneumatic............................................................... 707. Sistemul senzorial al robotului ........................................................................ 717.1. Caracteristici generale ................................................................................ 717.2. Senzori de gabarit ....................................................................................... 737.3. Senzorii de proximitate ............................................................................... 757.4. Senzori tactili............................................................................................... 787.5. Senzori for-moment.................................................................................. 827.6. Calculul strii de solicitare .......................................................................... 84Bibliografie............................................................................................................. 86451. IntroducereEstedeosebit dedificil formularea unei definiii care s cuprind toate caracteristicile unui robot n cteva rnduri. Din acest motiv, exist mai multe definiii ale aceluiai termen, datedeuneledintrecompaniileconstructoaresauasociaiilenaionaledindomeniu.Fiecare dintre acestea ncearc s defineasc n moduri diferite, acelai produs al inteligenei umane. -RIA(RobotInstituteofAmerica):Robotulesteunmanipulatormultifuncional, reprogramabil,destinatdeplasriimaterialelor,pieselor,sculelorsaualtordispozitive specializate prin micri variabile, programate pentru a ndeplini anumite sarcini.-JIRA(JapanIndustrialRobotAssociation):Robotulesteundispozitivversatili flexibilcareoferfunciidedeplasaresimilareceloralemembrelorumanesaualecrui funcii de deplasare sunt comandate de senzori i de mijloace proprii de recunoatere.- BRA (BritishRobot Association): Robotul este un dispozitiv reprogramabil realizat pentrumanipulareaitransportulpieselor,sculelorsaualtormijloacedeproducieprin micri variabile programate pentru a ndeplini sarcini specifice de fabricaie.-GeneralMotors:Robotulesteunechipamentfiziccufuncionareprogramabil capabilsefectuezeanumiteoperaiiisecvenedeoperaiiorientatespremanipulareade piese, scule, subansamble.Din definiiile prezentate mai sus se poate observa c, n cele mai multe cazuri, accentul sepunepelaturaindustrialarobotului.Unadintreprimeledefiniiidateacesteicreaii mecanicearatcacestaimitomulsauposibilitilesaledeaciune.Avndnvedere dezvoltarea cercetrii din domeniu i exemplarele fizice de roboi mobili construite care imit diferite vieti, am putea completa aceast definiie astfel: Roboii sunt sisteme mecanice cu structura variabil, controlate de sisteme complexe i concepute pentru executarea de operaii asemntoare aciunilor fiinelor (umane i nu numai).Asociaia de Robotic din Romnia: Roboticaesteundomeniudetiinncursdeformare,cuunpronunatcaracter multidisciplinar.Izvoarelesalesegsescndomeniilede:teoriamecanismelor,transmisii mecanice,dinamicamainilor,tehnologie,dispozitive,electronicaindustrial,calculatoare, automatic,inteligenartificial,biomecatronica,economie,inginerieindustrial, management, ergonomie, psihosociologia muncii.Roboticaseocupdecercetrifundamentaleifundamentalorientateprivind automatizareaoperaiilordemanipulareaobiectelornmediuindustrialobinuit,nmedii inaccesibilesaugreuaccesibileoperatorilorumani,nmediciningrijirea/recuperarea bolnavilor, n activiti de servicii i casnice, n activiti militare. Latura aplicativ a roboticii vizeaz:construcia,funcionareaireparareainstalaiilorpentruautomatizareaoperaiilor humanoideiainstalaiiloraductoare/deevacuare;corelareafuncionariiutilajelor, mainilor,centrelordeprelucrarecuinstalaiiaductoare/deevacuareiinstalaiilepentru automatizareaoperaiilorhumanoide;concepereaproceselordefabricaiedegrupflexibile automate; conceperea, construcia i implementarea sistemelor i metasistemelor de fabricaie flexibilautomat(FMS,FAS,CIM);construciaifuncionareadispozitivelordecontrol; diagnosticareaireparareaautomatacomponentelorsistemelordefabricaieautomat; aplicaii industriale ale inteligenei artificiale. Pentruprimadatacuvntulrobotafostintrodusnanul1921dedramaturgul ceh KarelCapeknpiesadeteatruRoboiiuniversaliailuiRossum(Rossum'sUniversal Robot),.Cuvntuleste un derivatdinrobota termen care,nlimbile slavone,desemneaz munca (de obicei munca grea). n piesa lui Capek, roboii erau fpturi cu nfiare uman, dar lipsitedepersonalitate,carenufceaunimicaltcevadectsacionezemecanicn ndeplinireaordinelor.Autorul,atuncicndaconceputacestepersonaje,s-ainspiratdin 6modul inuman n care cltoreau muncitorii din suburbiile oraului Praga, cu trenuri nvechite iarhipline.Prinpublicarealucrriirespectivenlimbaenglez,nanul1923,cuvntul robotmpreuncusemnificaiadatdeautorulsuaufostpreluatenliteratura internaional,unroldeterminantavndu-lcunoscutulautordeliteraturscience-fiction, IsaacAsimov.Acesta,n1942,apublicatoscurtpovestire,Runaround,ncareaaprut termenul robotic i n care a enunat cele 3 reguli de baz ale roboilor:I. Un robot nu poate leza o fiin uman sau nu poate asista inactiv atunci cnd aceasta este n primejdie.II. Orice robot trebuie s se supun comenzilor primite de la fiinele umane, cu excepia acelor comenzi care nu respect primul principiu.III. Orice robot trebuie s se autoprotejeze atunci cnd este pus n pericol integritatea sa, cu excepia cazurilor n care s-ar nclca cel puin unul dintre primele dou principii.nultimeledoudeceniiasistmlaoveritabilexploziendomeniulrealizrilor robotice.Cercetrilesuntorientatendoudireciiprincipale:odireciepeorizontal, lrgindu-se extrem de mult aria de folosire a roboilor, n special n toate ramurile industriale icuprecdereceleneprietenoase pentruoperatoruluman,darinalteramuri,cumarfi cea a serviciilor i o direcie pe vertical, prin creterea performanelor roboilor n domeniu hardware i software, astfel nct aceste creaii s se apropie tot mai mult de capacitile fizice ale vieuitoarelor pmntului i, n special, de cele intelectuale i afective ale fiinelor umane.Evoluia roboilor este strns legat de evoluia puterii de calcul. Se estimeaz c noile dispozitiveintegratedecalculvorputeaprocesaocantitatedubldedatedectchipurile existente,crescndconcomitentinumruldeinstruciuni(operaii)efectuatepesecund (MIPS) (figura 1.1). n acest fel va crete gradul de inteligen al robotului.Evoluia puterii de calculMegabytesFigura 1.1.72. Roboi industrialinmomentuldefa, roboiiindustriali reprezintpunctuldeinterseciealultimelor descoperiridintr-oseriededomenii:mecanica,automatica,electronica,calculatoarei sistemedeacionare.Complexitateaacesteiramurisereflectattasupraarhitecturii mecanicectiasuprasistemuluideconducere.Robotulesterezultatulacestordescoperiri tehnico-tiinifice,nurmanecesitiirealizriifunciilor(aciunilor)umanentr-unmediu industrial normal. Astfel, robotul poate fi definit ca un sistem tehnologic complex care poate snlocuiascsausasistemuncaomuluilaoliniedeproduciesaunmanipulareaunor utilaje. Obiectivele principale avute n vedere prin introducereamanipulatoarelor i roboilor sunt: creterea productivitii muncii; eliminarea disconfortului fizic i psihic al unor activiti de producie.2.1. Sisteme flexibile de fabricaieUnsistemflexibildefabricaie(FMS- FlexibleManufacturingSystem)esteun ansambludeutilajeinterconectateprintr-unsistemdetransport,destinatpentrufabricarea unor piese sau subansamble. Utilajele sunt, de regul, mijloace de producie automatizate (de exemplumainiuneltecucomandnumeric),isuntcomandatedectreuncalculator central.Sistemuldetransportaresarcinadeatransportapieselendiferitestadiiale prelucrriide la un utilaj la altul n funcie de etapa de prelucrare ce urmeaz a fi executat. Transportulpieselorsepoatefacecubandtransportoare(conveior)sauprinintermediul roboilor industriali (n cazul n care sunt necesare micri complexe de manipulare).MetodadecomandncadrulunuiFMSestedecelemaimulteoriunaierarhic,pe baza creia calculatorul central sau staia central coordoneaz sistemul de transport i staiile dinfiecarepunctdelucru,pebazainformaiilorprimitedelaacestea,cuprivirelastadiul prelucrrilor. O structur de comand ierarhic este prezentat n figura 2.1.Calculator centralCalculator nivel 2 Calculator nivel 2 Calculator nivel 2ComenziStriFigura 2.1. Structur de comand ierarhic.Tendinaactualestenlocuireasistemelorflexibiledefabricaiecuaazisecelule flexibile de fabricaie FMC (flexible manufacturing cells) care sunt, de fapt, variante restrnse deFMSisuntspecializatefiecarepeunanumitgrupdeoperaiidintotalitateaoperaiilor executate asupra semifabricatelor. Implementarea sistemelor flexibile de fabricaiepresupune utilizarea manipulatoarelor i roboilor industriali.2.2. Clasificarea roboilor 1. Din punctul de vedere al gradului de mobilitate se cunosc roboi fici i roboi mobili.2. Dup domeniul de aplicare: a) sector primar (agricultur, minerit); b) sector secundar, produciematerial(procesecontinueiprocesediscontinue);c)sectorteriar(medicin, domeniul nuclear); d) sectoare speciale (explorri spaiale, subacvatice, etc.). 83.Dinpunctdevederealsistemuluidecoordonateroboiifuncioneaznsistemde coordonatecarteziene(18%),cilindrice(33%),sferice(40%)istructurarobotuluiantropomorf.4.Dinpunctdevederealsistemuluidecomand:comandapunctcupunct(undenu intereseaztraiectoriapropriu-zis);comandamultipunct(impliccoordonareamicrii axelor); comanda pe traiectorie continu (implic toi parametrii de micare).5. Din punct de vedere al sarcinii manipulate.6.Dinpunctdevederealsistemuluideacionare:hidraulic(40%),electric(30%), pneumatic (21%), mixt.7. Din punct de vedere al preciziei de poziionare.8. Din punctul de vedere al sistemului de comand (generaie): a) roboi din generaia I-a-acetiroboisuntpracticmanipulatoareiroboiprogramabili(neadaptivi);b) roboidin generaia a II-a - roboi adaptivi; c) roboi din generaia a-III-a - roboi inteligeni.Pebazacelordemaisus,seobservcprincipalulcriteriudeclasificaresereferla sistemul de comand (sistemul de conducere).2.3. ManipulatoareManipulatoarelesuntinstalaiideoperaresimplecuunnumrredusdegradede libertate,cu unsistem decomandsimplu,programabilcuanumitedificulti,fiind utilizate pentruefectuareaunoroperaiidemiccomplexitate(simple),uneorirepetateciclic. Manipulatoarelepotfibiotehnice(cucomanddirect,comandprinurmrirei semiautomate) i automate.Manipulatoarelebiotehnicepresupunprezenanprocesuldecomandaoperatorului uman,fiindfolositemaialespentruaevitaptrundereaomuluinspaiiagresive.ncazul manipulatoarelorcucomanddirectcomandamicriifiecreiaxesefaceindividual, precizia poziionrii fiind asigurat prin reacie vizual direct sau indirect utiliznd n acest scop camera video. Manipulatoarele cu comand prin urmrire includ o structur de tip master (lascar mic, asupracruia acioneaz mna operatorului) i o structur de tip slave asupra cruiasetransmitepoziionareaefectuatdemaster.Reaciapoatefivizualsaupentru mbuntirea preciziei poate fi i de for. Reacia de for se realizeaz folosind sisteme de urmrire cu aciune dubl, care face ca operatorul s simt efortul din manipulatorul slave prin intermediulmodificriirezisteneilamicareamanipulatoruluimaster.ncazul manipulatoarelorsemiautomatemasterulestenlocuitcuomanetmultipoziionalprin intermediulcreiaserealizeazcomanda.Informaiileprimitedelatraductoareledepoziie ale manetei sunt preluate de sistemul de comand care elaboreaz mrimile de conducere ale sistemelordereglareafiecreiaxeamanipulatoruluireal.Pentrumanipulatoareleautomate nu este necesar prezena permanent a operatorului uman, el participnd doar la programarea iniialamicrilor.Manipulatoareleaunumrredusdegradedemobilitate(24axe), comandalorfiindefectuatcuajutorulunorautomatesecvenialesimple.Efectundaceiai operaie ciclic, programarea micrilor se face folosind limitatoare de curs. Pentru acionarea manipulatoarelor este utilizat aproape n exclusivitate acionarea pneumatic, prin urmare nu se realizeaz permanent controlul vitezei i poziiei pe o ax.2.4. Roboii industrialiRoboiiindustrialisuntinstalaiidemanipulareuorprogramabiledestinatedeplasrii petraiectoriivariabilprogramabileaunorobiecteavndposibilitateaefecturiiunei diversiti de operaii.RobotulneadaptivdingeneraiaI-a,secaracterizeazprinfaptulc,conducerea micrii pe axe se realizeaz prin sisteme de reglare numerice. Aceti roboi sunt prevzui cu posibilitateadeprogramare,reprogramareimemorareaprogramului.Roboiidinaceast 9generaieacioneazpebazaunuiprogramflexibil(relativrigid)prestabilitprinnvare direct. n acest sens, n timpul funcionrii dac apar modificri ale mediului de lucru aceste modificrinusuntsesizateinicinupotducelamodificareaprogramuluidelucru,datorit sistemuluisenzorialalrobotului.Deaceea,acetiroboifuncioneazncondiiidemediu riguros determinate (de exemplu, piesa ce trebuie prelucrat trebuie s se afle mereu n aceiai poziie).Robotul adaptiv din generaia a II-a, este dotat cu sistem de comand mai evoluat, cu un programflexibilprestabilit.Acetiroboiauposibilitateadeamodificaprogramulde funcionare chiar n decursul efecturii operaiilor, n concordan cu modificrile din mediu, pe baza informaiilor furnizate de sistemul senzorial. RoboiiinteligenidingeneraiaaIII-a,suntechipaicusenzorievoluai,careinclud elementedeinteligenartificialcapabilsinteracionezecumediulnconjurtor.Aceti roboiaucapacitateadeaelaboraunmodelinformaional;unmodelalmediuluidelucru; capacitateadeanvapebazaexperieneianterioare(!);existposibilitateaadaptrii automate a programului n timpul funcionrii; accept comenzi orientate pe sarcin.n general, roboii industriali au urmtoarele caracteristici:-suntrealizaipentruaexecutanprincipaloperaiidemanipulare,deplasareitransport, care necesit vitez i exactitate, dar pentru fore limitate;- posed mai multe grade de libertate (26) astfel nct s poat executa operaii complexe;- sunt autonomi, sau relativi autonomi;-suntdotaicuomemoriereprogramabilcapabilsacumulezedatenecesareexecutrii operaiilor;- sunt dotai cu capacitate logic, n general redus, astfel nct pot lua decizii ntre diverse alternative.n figura 2.2 se prezint schema bloc de principiu a unui robot industrial.Sistemul de comandTeaching Box (Panoude programare)Calculator (Sistem numeric decomand)Interfa operatorSurs de energieMotorTransmisie i frnElementcupl cinem.Senzori interniSenzori externiSistemul mecanicSistemul de acionareautomatMediul de lucruCircuite electronice de putereControler(Regulator local)InterfadeintrareFigura 2.2. Schema bloc a unui robot industrial.Unrobotindustrialsecompunepracticdintreipriprincipale:sistemuldecomand, sistemul de acionare i sistemul mecanic.10Sistemul de comand (care se asociaz cu sistemul nervos uman) d comenzi sistemului de acionare pe baza informaiilor primite de la senzori.Sistemul de acionare(care se poate asociacusistemulmuscularuman)realizeazpunereanmicareaelementelorsistemului mecanic. Sistemul mecanic (care se poate asocia cu sistemul osos) acioneaz asupra mediului nconjurtorimpunndobiectuluimanipulatmicareadorit.Pentruexemplificare,roboii utilizainscop medical potfi:proteze(deficiene alesistemului osos-mecanic); exoschelete carecontribuielaamplificareaforeiumane(nsituaiileunordeficienealesistemului muscular); orteze (sunt proteze comandate i controlate prin biocureni).112.5. Sistemul mecanic al roboilor industrialiSistemulmecanicalroboilorindustrialicorespundebrauluiiminiiumane (figura 2.3).Sistemulmecanicesteconstituitdintr-unlancinematicformatdinelementerigide interconectateprincuplederotaiesautranslaiecarepermitmicarealorrelativ.Captul inferiorallanuluicinematicestefixatnbatiu,iarcapulsuperiorsusinemnarobotului respectiv dispozitivul de prehensiune sau scul sau gripper. Se urmrete ca structura mecanic s asigure:- O mobilitate ct mai mare (determinat de antropomorfism); Antropomorfismul se definete ca fiind asemnarea dintre caracteristicile braului robotic i braul omului.- Greutate ct mai mic,- Suplee;- Randament energetic ridicat.Sistem mecanicLan cinematic de ghidareEfector finalMecanism generator de traiectorieMecanism de orientareDispozitiv de prehensiuneSculCap de forFigura 2.3.Efectorulfinalsolidarizeazobiectulmanipulatdeunelementallanuluicinematicde ghidare. Lanulcinematicdeghidarerealizeazdeplasareaefectoruluifinaldintr-opoziien alta, genereaz o anumit traiectorie n concordan cu cerinele procesului tehnologic n care se integreaz.nspaiultridimensionaluncorpmaterialare6gradedelibertate.Deplasareadintr-o poziienalta,binedeterminat, esteposibilprinmodificareaconvenabilatuturor celor6 parametri scalari. Lanul cinematic de ghidare ar trebui s aib 6 grade de mobilitate. Lanul cinematicdeghidareesteunlancinematicdeschis(figura2.4). Toatepriledincareeste construit structura mecanic a unui robot se consider generic de elemente presupuse solide rigide(numerotatedela0la4).Posibilitateamicrilorrelativealeelementelorseasigur prinlegturiledintreacesteanumitecuplecinematice(notatecuA;B;CiD).Sepoate consideracnumrulgradelordelibertate(identiccunumrulgradelordemobilitate)este egal cu numrul cuplelor cinematice de rotaie sau de translaie.12103BACD42Figura 2.4. Schema cinematic a unui robot bra articulatn figura 2.5 sunt prezentate exemple de cuple cinematice.zyxeZVZzyxCupla de rotaieCupla de translaieVZzyeXxVZzyxeZzyxeZeYeXCupla de translaie i rotaieCupla cilindricCupla sfericFigura 2.5.2.5.1. Punct caracteristic - dreapt caracteristicPunctulobiectuluimanipulat,arbitrarales,utilizatlastabilirealegilordedistribuiea vitezelor i acceleraiilor, n scopul micrii generale spaiale a corpului prins n dispozitivul de prehensiunese numete punct caracteristic (figura 2.6). O dreapt care aparine obiectului manipulatitreceprinpunctulcaracteristic,folositpentrudescriereamicrii,poart denumirea de dreapt caracteristic (DC - d1). Punctul caracteristic este un punct virtual ales deproiectantpentrustudiulmicriimecanismuluigeneratordetraiectorie.Acestpunctse alegepeaxalongitudinalaultimuluielementallanuluicinematiclancheieturaminiipe scul (figura 2.7). 13d1d2PCd1- dreapt caracteristicPC - punct caracteristicd1d1d2d11212Figura 2.6. xDCPCzy - yaw - roll - pitchroll - micare de suspinaie (pronaie)pitch - micare de flexie (extensie)yaw - micare de aducie (abducie)Figura 2.7. Partealanuluicinematicdeghidarecarerealizeazmodificareapoziieipunctului caracteristic(PC)reprezintmecanismulgeneratordetraiectorie.nprincipiuacestatrebuie saibgraduldemobilitate3,realizndmodificareacelor3coordonatecartezieneale punctuluicaracteristic.Aceaparteadispozitivuluideghidarecareservetelaorientarea drepteicaracteristiced1,duposuccesiunededireciiimpuse,senumetemecanismde orientare. Mecanismul de orientare n principiu are tot 3 grade de mobilitate.Decidispozitivuldeghidaretrebuiesaibminimumasegradedelibertatepentrua realizapoziionareaiorientareaunuicorp(piessauscul)nspaiu.nanumitecazuri particulareelpoatesaibimaipuindeasegradedelibertate(cancazulcorpurilor cilindrice , cnd un grad de libertate nu-i mai justific existena datorit simetriei fa de axa cilindrului, situaie n care cinci grade de libertate sunt suficiente ) sau mai mult de ase grade delibertateatuncicndrobotultrebuiesexecuteanumiteoperaiicarenecesitomare versatilitate (ca n cazul vopsirii). n marea majoritate a cazurilor dispozitivul de ghidare este constituitdintr-unlancinematicdeschisdarexistisituaiicndsecombinunlan cinematic nchis (patrulater articulat) cu unul deschis. 142.5.2. Mecanismul generator de traiectorieCeletreigradedelibertatealemecanismuluigeneratordetraiectoriepotficuplede rotaie sau de translaie, n timp ce mecanismul de orientare este n general constituit din trei cuple cinematice de rotaie. Micareadepoziionaresepoaterealizautilizndtreicuplecinematicederotaie(R) sautranslaie(T).Exist8combinaiiposibilederotaiiitranslaii(23=8).Acesteasunt: RRR, RRT, RTR, RTT, TRR, TRT, TTR, TTT. Poziia unui punct n spaiu este determinat prin trei parametri geometrici independeni ntre ei, care pot fi coordonatele punctului considerat. Dac se stabilete o lege de determinare aacestorparametripentruoricepunctdinspaiu,spunemcamstabilitunsistemde coordonate.Punctulcaracteristicpoatefipoziionatninteriorulspaiuluidelucrualrobotului industrial ntr-unul din urmtoarele sisteme de coordonate: cartezian; cilindric; sferic.Alegereaunuiasauaaltuiadintresistemesefaceinconcordancuarhitectura robotului.DeexempluunmecanismdegenerareatraiectorieidestructurTTTimpunecoordonatelecartezieneiarunmecanism degenerareatraiectorieidestructurTRT impune coordonatele cilindrice. Ecuaiile parametrice ale micrii n sistemul cartezian sunt: X=x(t) ; Y=y(t) ; Z=z(t) . (2.1)Robotulcartezian(TTT)esterobotulalcruibraopereazntr-unspaiudefinitde coordonate carteziene (x,y,z):Ecuaiile parametrice ale micrii n sistemul cilindric sunt: r=r(t) ; o = o(t) ; y=y(t) . (2.2)Robotulcilindric(RTT)esterobotulalcruibraopereazntr-unspaiudefinitde coordonate cilindrice r, , y:Ecuaiile parametrice ale micrii n sistemul sferic sunt: r=r(t) ; o=o(t) ; =(t). (2.3)Robotulsferic(RRT)esterobotulalcruispaiudelucruestesferic,definitde coordonatele (, , r):15Robotul antropomorf (RRR) este robotul la care deplasarea piesei se face dup exterior al unei zone sferice. Parametrii care determin poziia braului fiind coordonatele , , .Figura 2.8. 2.5.3. Dispozitive de prehensiuneAacumreiesedindefiniialorroboiiindustrialindeplinescsarcinitehnologice (sudur, vopsit, etc. ) sau de transfer (manipularea pieselor i a semifabricatelor n procesul de producie).Atuncicndndeplinescsarcinitehnologiceefectorul finalesteo scul(pistolde vopsitsaucapdesudur).Dacsarcinilerobotuluisuntdetransfer(manipulare)atunci efectorulfinal alsutrebuiesfieundispozitivdeprehensiune.Acestareuetes solidarizeze(fixeze)obiectulmanipulatderobot.Aceastoperaiedesolidarizare,careeste analoagceleiprincaremnaumanapucsenumeteprehensiune.Dispozitivelede prehensiune execut ntotdeauna operaia final i de aceea rolul lor este foarte important.Prehensiunea este un proces complex care are mai multe faze:- poziionarea;- centrarea;- fixarea defixarea.Solidarizareaobiectuluimanipulatpresupuneimobilizareaacestuiaidecianularea gradelorsaledelibertate.Numrulidispunereapunctelordecontactdintredispozitivulde prehensiune i obiectul manipulat depinde de forma obiectului care impune o anumit form a suprafeelor de contact ale dispozitivului de prehensiune. Prin centrare se realizeaz ocuparea dectreobiectulmanipulatauneianumitepoziiiiorientrifadeunsistemdereferinsolidarizat cu efectorul final. Dac dispozitivul de prehensiune oblig dreapta caracteristic a obiectului manipulat s ocupe o anumit poziie atunci operaia se numete centrare. n cazul ncareconcomitentcucentrareaserealizeazisuprapunereapunctuluicaracteristical 16obiectuluimanipulatpesteunanumitpunctfixdinspaiuldelucrualrobotului,atunci operaia se numete centrare complet. Bineneles c operaia de poziionare i de centrare se executcuoanumiteroare,carereprezinteroareadecentrare.nfigura2.9esteredatoperaia de centrare a unui obiect cilindric cu ajutorul unui dispozitiv de prehensiune prevzut cu 4 fee prismatice.Figura 2.9. Centrarea unui obiect cilindric cu ajutorul unui dispozitiv de prehensiune cu patru fee.Un dispozitiv de prehensiune are urmtoarele pri componente:- flana de legtur cu restul robotului (se recomand a fi standardizat);- dispozitivul de acionare (motorul);- mecanismul propriu-zis;- degetele;- bacurile.Roboiimodernirealizeazschimbareaautomatadispozitivuluideprehensiune,n funciedeformaobiectuluimanipulat.Mecanismeledeprehensiuneaudreptscop transmitereaforeiiamicriiladegete.Prindegetsenelegeaceapartecomponenta dispozitivului de prehensiune care poart i conduce n poziia de prehensiune o suprafa care nurmacontactuluicupiesamanipulatvarealizafunciadeprehensiune.Mecanismele dispozitivelor de prehensiune pentru acionarea unui deget au la baz mecanisme cu dou, trei saupatruelemente.Ceamaimareparteaelementelorconductoarealedispozitivelorde prehensiuneexecutmicridetranslaienraportcuelementulfixideaceeapentru acionarealorseutilizeazmotoarehidrauliceliniare.Atuncicnddispozitivelede prehensiuneseutilizeazpentrualimentareacupieseamainilor-unelteelevorfinzestrate cudispozitive caredupdispariiaaciuniireaducdispozitivulnstareainiialsubaciunea unor arcuri. n funcie de tipul i dimensiunea obiectului manipulat, dispozitivele de prehensiune pot fi:- speciale pentru obiecte de aceiai form i dimensiune;- speciale pentru obiecte de aceiai form i dimensiuni diferite;- universale (pentru obiecte cu form i dimensiuni variind ntr-un domeniu restrns);- flexibile (pentru obiecte cu form i dimensiuni variind ntr-un domeniu larg).Caracterulspecial,universalsauflexibilaldispozitivelordeprehensiuneestedatde construciabacurilor.Formaconstructivadegetelortrebuiesincontidecondiiilede lucru. De exemplu, dac obiectul manipulat este fierbinte, degetele trebuie s fie lungi pentru aatenuaefectul cldurii asupradispozitivului de prehensiune.Pentrumanipulareaobiectelor feromagneticerelativuoareseutilizeazdispozitivedeprehensiunecumagneintimpce pentru manipularea obiectelor uoare care prezint o suprafa plan relativ mare se utilizeazdispozitive de prehensiune cu vid.172.6. Sistemul mecanic al robotului industrial RV-M1Pentruexemplificareacelorprezentatemaisus,n figura2.10,seprezintsistemul mecanic al Robotului industrial RV-M1.Y0X0Z0d10O01X1O1O223Z2u3u4Z3d5Y5a2a3X4X5n45u5Z4Z5u1u2Z1t/2X2X3O3O4O5aoABCDEFigura 2.10.Robotul industrial RV-M1, n varianta de baz, are 5 cuple cinematice de rotaie (J1, J2, J3,J4,J5)(figura2.11),caresuntacionatecuservomotoaredecurentcontinuu.Aceste servomotoaresuntechipatecutraductoaredepoziiearotorului.Cuajutorulacestor traductoaresepoaterealizacontrolulpoziieirobotuluipebazaunghiurilorformatede articulaii.Figura 2.11. Cuplele cinematice i gradele de mobilitate ale robotului industrial RV-M1.Astfel,pebazainformaiilorcuprivirelapoziiamomentanacuplelorcinematice conductoareicunoscndu-sedimensiunilefizicealearticulaiilor,sepoateobinenorice momentcoordonatapunctuluicaracteristic,respectivpoziiaobiectuluimanipulatfadeo 18poziiedereferin nsistemuldecoordonatecartezian.Algoritmulpentrucalcululpoziiei punctuluicaracteristic,precumifunciiledeconducereutilizate,cuajutorulcrorasunt generatemicrile,suntrealizateifixatedeproductor,iconstituieopartedinprogramul aplicaie de baz al robotului. Pe lng cele 5 grade de mobilitate, robotul studiat n laborator are ataat o ax suplimentar, numit Slide (ghidaj), folosit pentru deplasarea robotului de-a lungul axei Y n sistemul de coordonate cartezian. DeplasarearobotuluipeSlideesterealizatcuajutorulunuiservomotordecurent continuu prevzut cu un traductor de poziie. Senzorii de proximitate LS1 i LS2 sunt utilizai pentru sincronizarea iniial a micrii (LS1), respectiv ca limitatoare de curs.Robotul poate fi echipat cu diferite tipuri de mecanisme de prehensiune pentru apucarea obiectelor i care poart denumirea de scul sau gripper. Avnd n vedere faptul c la diferite tipuri de scule poate diferi distana dintre suprafaa de montare a "minii" i captul acesteia (figura2.12),precumifaptulcaceastdistanesteunuldinparametriicaredefinesc poziia punctului caracteristic n spaiu, exist posibilitatea modificrii n programul aplicaie a valorii date de lungimea sculei TL (Tool Lenght). Figura 2.12. Situarea punctului caracteristic al robotului.nchidereaideschidereagripper-uluiserealizeazcuajutorulunuiservomotorde curentcontinuu.Stareanchissaudeschisagripper-uluinuesteconfirmat,iarvaloarea forei de strngere se poate regla din program n trepte de la 0 la 9.2.7. Sistemul de fabricaie integrat informaional Pentruexemplificareseprezintcomponenteleprincipaleimoduldefuncionarea unuimini-sistemdefabricaieintegratinformaionalCIM(ComputerIntegrated Manufactury) - sistemul CIM-2000. Sistemul CIM-2000 este un sistem de fabricaie integrat informaional, realizat nscop educaional. Structura sistemului se prezint n figura 2.13. CONVEIORportportportportCIM-2000PCST - 2000PCVI-2000CAMERVIDEOPCPCRobot pneumaticPN-2800Staie deasamblareHYD-2800RobotulelectricRV-M1PCNCL2000FMS-2101Figura 2.13. Structura sistemului CIM-2000.19Fiecarestaiedincomponenaacestuiaestecomandatdectreuncalculator(PC). Staiile ce compun acest sistem sunt:- Staia de control central (CIM-2000);- Staia pneumatic de alimentare cu semifabricate (PN-2800);- Staia de prelucrare flexibil (FMS-2101);- Staia de control dimensional (VI-2000);- Staia de asamblare (HYD-2800);- Staia de nmagazinare automat (ST-2000).Pelngacestestaii,ansamblulCIMare:unsistemdetransportnbuclnchis (conveior),sistemedeidentificarecusenzoriiunsistemdecomunicareadatelor.Pe conveiorseaflvagonetecaresepotdeplasadelaostaielaalta.Numrulmaximde vagonete care pot fi n acelai timp pe conveior este 32.SistemulCIMestedotatcuunrobotindustrialdetipRV-M1montatpeunsistemde transportlocal(Slide)iesteutilizatpentrudeservireastaieideprelucrareflexibilFMS-2101 i a staiei de inspecie vizual VI-2000. StaiadecontrolcentralCIM-2000,supervizeazicontroleazfuncionareatuturor staiilor din componena mini-sistemului de fabricaie CIM.StaiapneumaticPN-2800esteostaieutilizatpentrualimentareasistemuluicu semifabricate.Staiaestecomandatdeunautomatprogramabil,carecomuniccu calculatorulataatstaiei.Prinintermediulcalculatoruluisepoateiniializastaia,sepot selectamoduriledelucru(manual,semiautomatsauautomat),respectivsepoatemodifica dac este necesar, programul de lucru al automatului.Manipulatoarelepneumaticedincadrulstaiei,ncarcsemifabricatelepepalete-suport care la rndul lor sunt puse pe vagonete. Semifabricatele ajung la staia care le-a solicitat, prin intermediul vagonetelor care sunt transportai de ctre conveior.Dispozitivuldeprehensiunealmanipulatorului(gripper-ul),carencarccu semifabricatecilindrice,esteprevzutcuuntraductorHall,prinintermediulcruiase realizeazcontrolulgraduluidenchidere/deschiderealgripper-uluiinacestfelsunt verificate diametrele semifabricatelor cilindrice.Acelesemifabricatecarenusencadreazdinpunctdevederedimensionalntre anumitelimiteprescrise(rebuturi)sunteliminateprindepozitarealorntr-uncontainer special.Staia pneumatic PN-2800 cuprinde:-Magaziedepaletedetipverticalechipatcuunmanipulatordencrcarecuacionare pneumatic;-Doumagaziipentrusemifabricatecilindricecucapacitateade10cilindrifiecare,cuun manipulator, dispozitive de sens i numrtor pentru cilindrii din stoc;-Robotpneumaticutilizatpentruancrcasistemulcupalete,semifabricatecilindricei paralelipipedice;- Container pentru depozitarea semifabricatelor cilindrice rebut;-CalculatormpreuncuunautomatprogramabilcarecomuniccusistemulcentralCIM-2000.Procesuldealimentarecupiesepoateficerutdelaoricarestaielocalsaudectre staiadecontrolcentralCIM-2000.Prinordinuldefabricaiesedefinetececantitatedin fiecarematerialestenecesar.Staiaalimenteazcuopaletgoal,oncarccumaterialul dorit,iopuneapointr-unvagonetcarestaioneaznport.Suntsituaiincaresecereo paletgoal,necesaruneorintr-oaltstaieasistemuluidefabricaie,sausecere descrcarea unei palete goale de pe un vagonet.20Staia de prelucrare flexibil FMS-2101 este practic un sistem flexibil de fabricaie care nglobeaz:staiadeprelucrareprinstrunjireNCL-2000,staiadeasamblarepneumatic, staia de inspecie vizual VI-2000 i robotul electric RV-M1.Sistemul CIM-2000 utilizeaz trei tipuri de semifabricate:- cilindric cu diametrul de 26 mm; - cilindric cu diametrul de 20 mm; -paralelipipedic,prevzutcuogaurcudiametrulde18mm(nvedereaasamblriicu cilindrul prelucrat).Semifabricatelesunttransportatepecteopalet.Paletaesteconceputastfelnct gripper-ulrobotuluidelaoricarestaiesopoatapuca,pentruoperaiide ncrcare/descrcare. ncadrulstaieiFMSsuntexecutateprelucrricuajutorulstrungului.Toateceletrei tipuri de semifabricate, menionate mai sus, pot fi prelucrate n cadrul staiei FMS. Selectarea unui anumit ordin de fabricaie poate fi realizat de ctre operatorul local, dac staia lucreaz nmoduldeoperaremanual,saudectreoperatorulstaieiCIM-2000,dacstaiaeste integrat n sistemul global de fabricaie CIM.Staia de control dimensional VI-2000 realizeaz inspecia vizual a semifabricatelor n scopulverificriiacestoradinpunctdevederedimensional.Aceastadispunedeurmtoarele componente: -Camervideo,utilizatpentrucaptareaimaginiisemifabricatelorcilindricenurma prelucrriiacestora.Procesuldeinspecievizualestecontrolatdectrecalculatorulataat staieicarevaluadeciziadacpiesacilindricestebunsauesterebutprincomparaiecu imaginea unei piese de dimensiuni standard memorate pe calculator; -RobotulelectricRV-M1,utilizatpentruncrcareaidescrcareasemifabricatelor cilindriceiaproduselorasamblatepeidepevagoneteprecumipentrutransportul semifabricatelor ntre staia de inspecie vizual i presa pneumatic.StaiadeasamblareesterealizatcuajutoruluneipresepneumaticeHYD-2800.Un semifabricatcilindricgsitbun,nurmainspecieivizuale,esteadusdectreroboti asamblatcuunsemifabricatparalelipipediccuajutorulpreseipneumatice.Aceastoperaie definitiveazfabricareaunuisinguransamblu.Apoirobotulpuneansamblulntr-unvagonet gol aflat n port, urmnd s fie transportat i depozitat n magazia staiei ST-2000.StaiadenmagazinareST-2000 aredreptscopnmagazinareairegsireaautomat (AS/RS - Automated Storage and Retrieval System) a semifabricatelor care nu sunt solicitate de alte staii i a produselor finite. Staia este comandat de un automat programabil PLC. Cu ajutorulcalculatoruluiataatstaieisepoateiniializamagazia,sepoatemodificaprogramul PLC, se poate selecta "algoritmul de nmagazinare" dorit sau se pot selecta modurile de lucru: manual, semiautomat sau automat.Staia de nmagazinare este constituit din urmtoarele componente:-Magaziadestocare,care conine32 decelulede stocarearanjatesubforma uneimatrice cu patru linii i opt coloane;- Un manipulator de nmagazinare utilizat pentru deplasarea paletelor de la i ctre celulele de stocare;-Unmanipulatorcarerealizeazmpingereapaletelorntrestandulrobotuluii manipulatorul de nmagazinare;-Calculatoruliautomatulprogramabilcaresupervizeaznmagazinareapieselorisunt ataate n acelai timp reelei de comunicaie din sistemul CIM.Dac staia de control central CIM cere un anumit material, ea va emite codul ordinului defabricaieiarcontrolerulstaieidenmagazinarevadecidedacacestmaterialeste disponibilnmagazie.Dacmaterialulestedisponibil,manipulatorulstaieidestocareia materialul (ncrcat pe o palet), i l pune pe un vagonet aflat n portul staiei.21Dacmaterialulnuestedisponibil,CIM-2000estentiinatsalimentezecu semifabricate noi de la staia pneumatic. Cnd un vagonet ncrcat ajunge n portul staiei i se cere stocarea, paleta este descrcat din vagonet i depozitat ntr-o celul liber a staiei. ControlerulstaieiST-2000utilizeazdiverialgoritmipentruaselectacelulaceamai eficient pentru palet.Transportul semifabricatelor pe conveior se realizeaz prin intermediul vagonetelor care suntplasaipeconveior.Identificareavagoneteloriimplicitancrcturiilor(tipulde semifabricat)esteoetapimportantncadruloperaiilorrealizatedectresistemulCIM. Fiecarestaieesteprevzutcuunportncaresepoaterealizaproceduradencrcaresau descrcare a paletelor pe i de pe vagonet.Semifabricateleneprelucratesauprelucrateiproduselefinitesedeplaseazsecvenial pe conveior, care trece prin faa diferitelor staii i al staiei de nmagazinare automat. Cnd unvagonet(golsauncrcat)ajungenportuluneistaii,esteidentificatprintr-unsistemde senzori care transmite numrul de identificare la staia de control central. Aceasta lanseaz o comand ctre staia respectiv fie cu ordinul de prelucrare dorit, fie s permit vagonetului s se deplaseze mai departe pe conveior. Dac staia trebuie s descarce vagonetul, va lua paleta cu semifabricatul de pe vagonet, utilizndrobotul de ncrcare-descrcare de care dispune, lsnd vagonetul disponibil pentru o nou sarcin.Vagonetul are dou modaliti de identificare:-Unsenzordeproximitatebinar-anunstaiadecontrolcentralCIM-2000cndun vagonet a ajuns sau a plecat din portul staiei. Staia central decide dac vagonetul va opri n acea staie sau dac se va deplasa spre staia urmtoare.- Un sistem de senzoriutiliznd un cod binar - fiecare vagonet are un numr individualde identificare pe cinci bii n cod binar natural, de la 1 la 32. n fiecare port exist 5 senzori care identificacestnumriarinformaiaestetransmisctrestaiadecontrolcentralCIM-2000 utilizndoreeadecomunicaiemultiplexat.nacestmod,staiadecontrolcentraleste informat despre dispunerea i starea vagonetelor de pe conveior.223. Sistemul de conducere al roboilor industriali3.1. Conducerea roboilor industrialiRoboii,prinstructuraifunciilelorreprezintoclasdesistemecesintetizeaz elementedevrfdintr-oseriededomeniitehnico-tiinifice.Defapt,prinatribuiilesale robotul imit sau substituie funciile de locomoie, manipulare i de intelect ale omului. Este evident,deci,crobotulreprezintunsistemextremdecomplex,descrisprinmodele matematicesofisticatedefiniteprinsistemedeecuaiidiferenialeneliniare,cuparametrii variabili,deterministesaustohastice,cuprinzndunnumrmaredevariabiledeintrarei ieire.Funciadebazarobotuluiestereprezentatdemicareaacestuianspaiu,deci regimurilestaticeidinamicealestructuriimecanicevorreprezentapunctuldeplecaren definirea robotului ca obiect de conducere. Pentruexemplificare,sconsidermunrobotcutreiarticulaiiderotaie(figura3.1). Micarea,evoluiarobotului,estedeterminatdeceletreimomenteM1,M2,M3aplicaten articulaii, acestea determinnd rotirea segmentelor corespunztoare i deci obinerea unei noi poziii a braului, poziie definit prin noile valori ale unghiurilor q1, q2, q3.RM1M2M3q1q2q3M1M2M3q1q2q3Figura 3.1.Considerat, deci, ca obiect orientat de conducere, robotulprimete un vectorde intrare definit de forele generalizate aplicate n articulaii i genereaz un vector de ieire format din unghiurile (sau deplasrile) articulaiilor.Analiza ca obiect condus impune, totodat, definirea vectorului de stare al robotului. n general,acestvectorestedeterminatdecoordonatelegeneralizatestabilitenarticulaii (unghiuri sau deplasri) i de derivatele acestora (vitezele generalizate ale micrii). Relaiile intrare stare ieire specifice robotului sunt date prin ecuaii difereniale, neliniare, obinute pebazaregimurilordinamicealeacestuia.Deducereaacestorecuaiiianalizacantitativi calitativ a micrii vor constitui obiectul capitolelor urmtoare ale lucrrii. Reprezentarea din figura3.1corespundeuneidescrieriformalearobotuluicaobiectcondusfrapreciza implicaiile tehnologice ale structurii de conducere. nfigura3.2suntprezentatesoluiiconstructiveprivindprincipaleleblocurialeunui astfel de sistem. Se observ c variabilele principale ce intervin n conducerea robotului sunt generatesauprelucratenblocuriicomponentespecializate.Astfel,activareaarticulaiilor mecaniceesterealizatprinintermediulbloculuideacionarecare,pedeopartedetermin algoritmuldecontrolpentrufiecarearticulaie,iarpedealtparteasigursursaenergetic necesar micrii.Msurareainformaiilor dedeplasare precum itoatecelelaltedate care restricioneaz micarea n spaiul de operare este realizat ntr-un bloc senzorial. El este format practicdin sistemedetraductoarespecializate pentrumsurtoriunghiularesauliniareprecumidin 23senzorispecializaidetiptactil,defor-momentsauvizualicareoferrobotuluiomai complet adaptabilitatea la modificrile mediului de operare. Informaiilefurnizatesuntcaptatedeuncalculatorspecializatcare,pebazaunor algoritmi implementai hardware (microprogramai) sau software, genereaz controlul adecvat al sistemului de acionare.Interfa intrareM1M2q1q2q3Bloc senzorialBloc de acionareInterfa ieireM3Informaii senzoriale externeSistem de prelucrare numeric Spaiu de operareInformaii senzoriale interneFigura 3.2.3.2. Generarea traiectoriilor pentru realizarea unei micri impuseUnrobot,indiferentdedestinaiasa,trebuiesexecuteomicarebinedeterminatn cadrul creia elementul final (mna) evolueaz pe o curb impus ntr-un sistem dereferin dat.Evident,caceastmicaretrebuiecorelatcuounitatedetimp,oriceaplicaie tehnologic la care este solicitat un robot fiind strns condiionat de o variabil temporal.Ocurb,definitnspaiuldeoperarealrobotului,creiaiseasociazovariabilde timp este numit n mod curent traiectorie.a bxP0(t0)zzyyP0(t0)Pf(tf)Pf(tf)RESTRICIIOxOFigura 3.3.Precizarea traiectoriei de micare reprezint un element esenial pentru asigurarea unor performanecorespunztoare.Aceastanseamn,defapt,stabilireauneilegturibiunivoce ntrefiecarepunctdepecurbamicriiimomentedetimpbine-precizate,decipractic cunoaterea n fiecare punct a vitezei i acceleraiei micrii. Alegerea traiectoriei de micare depindedeoseriedefactoridintrecaresepotcita:tipulaplicaieirobotizate,restriciile existentenspaiuldeoperare,caracteristicilemecanicealerobotuluietc.nfigura3.3sunt 24prezentate dou traiectorii ntre punctele iniiale P0 i finale Pfimpuse. n primul caz, evoluia poatefirealizatpeoricetraiectorientreceledoupuncte,naldoileacaz,ozonde restriciidelimiteazspaiuldeoperareadmis.Determinareatraiectorieimicrii,deci determinarea succesiunii n timp a poziiilor, vitezelor i acceleraiilor pentru fiecare element al structurii mecanice constituie aa-numita problem direct de conducere.q1yz(tj)(t0)tfP0PjPf11t0t0tftfttq2Figura 3.4.nfigura3.4esteprezentataceastproblempentruunmanipulatoripoteticcudou gradedelibertateceevolueaznplanulyOz.Suntprecizatepoziiileunghiulareq1 , q2 n ctevapunctedintraiectorieprecumidistribuiilevitezeloriacceleraiilorpeintervalul micri.Oadouaproblemcederivdirectdinproblemadirectsereferladeterminarea valorilorforelorimomentelor,pefiecarearticulaie, astfelnctstructuramecanics realizezetraiectoriadorit.Acestcalculalforelor imomentelordincoordonatele poziiilor ivitezelorconstituieproblemainversdeconducereireprezintosarcindebaza nivelului tactic n sistemul de conducere al roboilor.ncontextulexisteneiuneistructuriierarhizatedeconducere,implementareaunei traiectoriisepoaterealizandoumoduri: lanivelulinferiorncaresistemuldecomand primete amnunit datele privitoare la poziia, viteza i acceleraia n orice moment i la nivel superiorncareseutilizeazunlimbajdenivelnalt,deprogramare,dateleintroduse reprezentndodescrieresumaracaracteristicilortraiectoriilor. Primavariantnumiti programareexplicitpresupunecunoatereaamnunitdectreoperator(programator)a ntreguluisistemrobot - spaiudeoperare,ceeacenuestentotdeaunaposibil.Adoua variantintroducefacilitievidentenmuncadeprogramaredarpresupuneexistenaunor structuri de comand de nivel nalt. nunelecazuri,complexitateaoperaiilorrealizatefaceextrem dedificilprogramarea expliciticutotulnepracticprogramarealanivelnalt.nacestesituaiisepreferaa-numitaprogramareprininstruire.Robotulexecutmicareadoritsubcontroluldirectal operatorului (comanda manual), i nsuete, nva, parametrii micrii i repet, ulterior, aceastmicarencadrul execuieinormale.Aceasttehnicesteextremdemultutilizat datorit,nprimulrnd,simplitiiproceduriii,naldoilearnd,datoritcerinelorreduse impuse echipamentului de conducere.3.3. Conducerea n bucl nchisDiscuia de mai sus a pus n eviden problema programrii unei traiectorii compatibile cuobiectivulpropuscaocondiienecesarpentruexecutareafuncieiimpuserobotului. Sistemul generator de traiectorie va furniza deci robotului succesiunea de variabile de poziie, 25viteziacceleraiecareasigurregimuriledemicarecorespunztoare.Dinnefericire, condiiilerealencareopereazunrobotfaccagenerareauneitraiectoriicorectesnu reprezinte o condiie suficient pentru asigurarea performanelor dorite. Cauzele sunt multiple ielerezidnprincipaln:perturbaiileimprevizibilenmediuldeoperare,nimprecizia modelelorutilizate,limitri aleprecizieidecalcul,efectemecanice devibraii ifrecareetc. Toateacesteelementepotperturbaconsiderabilipotdeterminaoalteraresubstaniala regimurilor de lucru. Formal, aceste dificulti pot fi depite prin utilizarea unei structuri de reglare a micrii n bucl nchis (figura 3.5).Generator de traiectoriiSistem de reglareAcionare nAcionare 1Acionare 2Articulaie nArticulaie 1Articulaie 2n12----EroareStructur mecanicBloc traductoareqFigura 3.5.Informaiadedeplasare,primitdelaunsistemdetraductoarecorespunztor,este comparat cu valorile prescrise impuse de generatorul de traiectorii, eroarea rezultat servind ca mrime de intrare ntr-un sistem de reglare ce asigur corectarea abaterilor de traiectorie i totodat regimuri tranzitorii i staionare corespunztoare. Sistemul de reglare este unic pentru ntregulsistemdeconducere,ieirileacestuiaactivndblocuriledeacionarealefiecrei articulaiimecanice.Oastfeldestructurdecomand estedenumitstructurcentralizati eaimpuneexistenaunuicalculatorsuficientdeputernicpentruimplementarealegilorde reglare la nivelul ntregii structuri mecanice.Osoluiefrecventutilizatnmajoritatearoboilorindustrialiesteconducerea descentralizatamicrii(figura3.6)ncarelegeadereglareestecaracteristicfiecrei articulaii,separatpefiecaregraddelibertate,influenacelorlalteelementedinstructura mecanicreprezentndefecteperturbatoare. Unastfeldesistemdeconducereeste,decele maimulteori,preferabildatoritsimplitiialgoritmilordereglarei,deci,implicitdatorit necesitilor relativ modeste de resurse hardware. 26Sistem de reglare 12Generatoarede traiectorii 2nnArticulaia 1Acionare nAcionare 2Acionare 1Articulaia nArticulaia 2---Structur mecanic21nBloc de traductoarenFigura 3.6.3.4. Conducerea compliantOcaracteristicdeosebitaoperriiunuirobotestemicareaacestuiancontact nemijlocit cu suprafaa obiectelor. O astfel de micare apare n operaiile de asamblare, ntr-o serie de operaii de prelucrare tehnologic, sudur etc.ntr-o astfel de micare, controlul traiectoriei prin msurarea poziiilor este nepractic i, de cele mai multe ori, eronat datorit impreciziei n determinarea exact a ecuaiilor suprafeei de contact. Din acest motiv, controlul traiectoriei este realizat prin msurarea forei de apsare pe suprafaa obiectului.Pentruexemplificare,sconsidermmanipulatoruldinfigura3.7aceexecut deplasarea unui obiect din punctul A n punctul B de-a lungul suprafeei S. Controlul se poate realizaprindefinireauneitraiectoriiparalelecusuprafaaiutilizareaunorlegidemicare corespunztoaredaresteevidentcncazulunordenivelriaccidentalealeuneisuprafeeimicarea dorit nu mai poate fi realizat.Lege de reglareElement de execuieArticulaieTraductor de forFd+-FrFbtraiectorieSuprafa de contactSBAaFigura 3.7.n acest caz, se prefer introducerea, pe lng bucla de control a micrii, a unei bucle dereglareaforeideapsaredintrerobotisuprafaa(figura3.7b).Aceastbuclpreia sarciniledecontrolpebazainformaiilorfurnizatedeuntraductordeformontatpemna robotului.Trebuiesubliniatfaptulcoastfeldestructurdecomandpresupuneexistena unui sistem de conducere de nivel superior capabil s impun trecerea de la o bucl de control la alta n conformitate cu specificaiile problemei de conducere.273.5. Metode de conducere a roboilor industrialiMetodele de conducere a roboilor industriali se pot clasifica dup urmtoarele criterii:a) dup modul de determinare a punctului int;b) dup modul de execuie a deplasrii;c) dup coordonatele utilizate la conducerea propriu-zis.a) Dup modul de determinare a punctului int un robot poate fi condus ntre punctele intprindoumetode:metodadeprogramareprinnvareimetodadeprogramareprin calcul.Metodadeprogramareprinnvare(teachin)esteometod deconducererspndit. La aceast metod un operator uman cu experien execut un proces tehnologic avnd mna legatdebraulrobotuluintimpulprocesului.Astfel,braulrobotuluisemicsimultancu mnaoperatorului,ntimpcetraductoareledepoziie,viteziacceleraiedincuplele cinematice conductoare (c.c.c.) sunt n funciune. Periodic, la comand manual sau n mod automat, se nregistreaz (se memoreaz) datele msurate de traductoare n timpul desfurrii procesului. n acest mod punctele de pe traiectoria impus de operatorul uman sunt nvate. Dupaceea,nregimautomatrobotulreproducepunctelenvateanterior.Ometodmai simpl (la fel de des utilizat) este acea n care prin intermediul unei cutii de instruire (teach in box) robotul este deplasat prin comenzi manuale, n punctele via i int de pe traiectorie i suntmemoratecoordonatelec.c.c.saucartezienealeacestorpoziii.Lamemorarefiecrei poziiiiseatribuienumrdeordine.Latrecereanregimautomatrobotulestemicatn poziiilenvate,darsuccesiuneapoziiilordepetraiectoriaparcursesteindicatde programul de aplicaie n care poziiile sunt apelate doar prin numrul de ordine.Metodadeprogramareprincalculseutilizeazcndechipamentuldeconducereeste prevzutcuunsistemdecalculpentrumodelareamediuluidelucru,iaretapeleprocesului tehnologicsedesfoarnconformitatecuevenimenteleprodusenetapeleanterioareale procesului. n acest caz se vor calcula valori concrete pentru matricea de situare pentru fiecare etap a procesului tehnologic.b) Dupmoduldeexecuiealdeplasriiexisturmtoarelemetodedeconducerea roboilorindustriali:comandasecvenial,comandapunctcupunct,comandamultipuncti comanda pe o traiectorie continu.Comandasecvenialpermiterealizareamicrilorrelativealeelementelorcuplelor cinematiceconductoarenmodsuccesiv,launmomentdatexistndmicaredoarntr-o singurcuplcinematic.Deexemplu,nfigura3.8,ncazulunuirobotTTTlacare deplasareapunctuluicaracteristicntrepunctele1i2serealizeazsuccesiv:ntise realizeaz o translaie paralel cu OX.Figura3.8.28Comandasecvenialprezintavantajuluneiconducerisimplificate,fiindcontrolato singuraxlaunmomentdat.Dezavantajulconstnfaptulcdeplasareapnlapunctul intdureazfoartemult(ntimpuldeplasriiuneicuplecelelaltestau)decirezulto productivitatesczut.Deregulcomandasecvenialesteutilizatlaroboisimpliiila manipulatoare, iar punctele int sunt nvate. Lacomandapunctcupunct(PTP-pointtopoint) singuracondiieimpusesteca traiectoriasnufieunadecoliziune.Neintereseazdoartrecereaobligatorieapunctului caracteristic prin poziiile 1 i 2 (figura 3.9).Figura3.9.Micrile pe fiecare ax ncep deodat i se termin deodat. Astfel, micarea avnd loc simultanduptoateaxele,seobineocretereaproductivitii,dartraiectoriaobinuteste unaoarecare,imprevizibil,greuexprimabilmatematicicuunaspectabsolutoarecare pentruobservatoruluman.Comandapunctcupunctdecelemaimulteoriestecorelatcu programareaprinnvare,cndseexecutodatprocesultehnologicpentrunvareise memoreazdirectncoordonatec.c.c.puncteleobligatorii(intivia).Laredareseculege cteofunciedeconducerepentrufiecarecoordonatacteuneic.c.c.isereproducetrecereaprinpuncteiartraiectoriavafiunaarbitrar.MetodadecomandPTPestedeseori folosit la sudarea caroseriilor de autoturisme.Comandamultipunct(MTP)esteasemntoaremetodeideconducerepunctcupunct, dar n cazul MTP se memoreaz mult mai multe puncte dect cele dou puncte 1 i 2 (figura 3.10). Figura3.10.Deexemplupentrucazulalessuntdateipunctelevia(dela11la15)princarese impune trecereaobligatorieapunctuluicaracteristic (ndrumulsaudelapoziia1 lapoziia 2). Cel mai frecvent caz de aplicare a metodei de conducere multipunct este n cazul vopsirii prinpulverizare.Lanvare,unvopsitorcuexperienarepistoluldevopsitnmnide 29mnaluiestelegatefectorulfinalalrobotului.Dacbraulrobotuluiestedeconstrucie masivseutilizeazinstalaiidetipulmaster-slave ncaremaster-ulestedeconstrucie miniatur i se leag nemijlocit de mna vopsitorului, iar slave-ul este robotul propriu-zis care executaceiaimicarecaimaster-ul.Cuofrecvencuprinsntre20200Hzse memoreazpuncteleatinselanivelulfiecreic.c.c.Evident,laredareaautomatrobotul executsingurtrecereaprinpunctelenvate.naczulutilizriimetodeidecomand multipunct,numruldepunctememoratefiindmare,estenevoiedeunspaiudememorare adecvat.Deseoriseutilizeaznacestscopmetodedecompresiedinamicadatelorcare urmeaz a fi memorate.Metodadeconducerepetraiectoriecontinu(CP-ContinousPath)seutilizeazla aceleoperaiitehnologicencarepunctulcaracteristictrebuie surmezeotraiectorieanume n spaiul cartezian. De exemplu, sudura dup rost, debavurarea, etc. n cadrul acestor operaii seimpunecapunctulcaracteristicsurmezerigurosunanumedrum.Estecelmaicomplex cazdeconducereaunuirobotindustrial.Deregul,sencearcexprimareaanalitica traiectoriei impuse i apoi aceast expresie se folosete n cadrul generatorului de traiectorie, pentrugenerareapunctelorpetraiectorie.nmajoritateacazurilornsexpresiaanalitica traiectoriei impuse este complicat. n aceste cazuri se procedeaz la aproximarea traiectoriei impusepeporiunicusegmentedecurbesimple:drepte,arcedecerc,arcedeparabol, fraciunidesinusoid.Seobservcseprocedeazlaaproximareatraiectoriei,adiclaun prim nivel de interpolare.c) Dup tipulcoordonatelor utilizateexist metoda de conducerencoordonatec.c.c. (spaiul articulaiilor) respectiv, metod de conducere n coordonate carteziene. ncadrulmetodeideconducerencoordonatec.c.c.micareaesteurmritn coordonate poziionale relative ale elementelor cuplelor cinematice conductoare.3.6. Generarea micrii ntre dou puncte n spaiul articulaiilorncazulutilizriifunciilordeconducerepolinomiale,pentrufiecarecuplcinematic conductoare (c.c.c.) se alege ca evoluia n timp s se desfoare dup o expresie de forma:nn1 n1 n22 0t a t a t a t a a ) t ( q1+ + + + + = (3.1)Coeficienii n 1 n 2 0a , a , , a , a , a1 sedeterminlaspecificareamicriidincondiiile impuse adic trecerii prin poziiile impuse: poziia de start, poziia int, poziiile intermediare (punctevia).Celmaifrecventnacestscopseutilizeazpolinoamedegradul2,3,4,dar exist i cazuri de utilizare de polinoame de gradul 1 i gradul 5.Pentruexemplificare,sevaprezentancontinuareconducereantredoupuncte intermediare, bazat pe utilizarea unui polinom de gradul 3.Astfel, se cunosc 2 puncte via pentru o cupl cinematic conductoare, micarea ncepe lamomentul0 t = iseterminlamomentul ft ,0 , g tT T .nfigura5.25 suntprezentateprincipalele semnalecaredescriumsurarea turaieiprin evaluareaperioadeiderepetiieaimpulsurilorfurnizatedetraductorulincrementalde deplasare. Figura 5.25.n intervalul de msurare este valabil egalitatea:g 2tMT n2TT = =, unde I60Nft =, respectivNI60Tt =.Rezult:g 2T n2NI60=, 2 gn1I T30N =, min] / rot [nkN22=55unde constanta I T30kg2 =.Precizia ridicat la turaii mici i medii este ns afectat la turaii mari pentru care sunt valabile relaiile:g tf f ~ , g tT T ~ ,n aceste situaii i acest principiu de msurare determin erori ce pot avea valori foarte mari.5.3.3. Msurarea turaiei cu precizie minim prestabilitMsurareaturaieicuprecizieminimprestabiliteliminerorilegrosolanecarear putea s apar n cazul ambelor metode prezentate mai sus, chiar i atunci cnd:g tf f ~ , g tT T ~ .Aceastmetoddemsuraresebazeazpemsurareaperioadeiderepetiiea impulsurilor de la TID, dar la turaii mari se procedeaz la extinderea numrului de perioadeTt,pecaresefacemsurarea(figura5.26).Accesulimpulsurilorutrespectivugn numrtoarele N2 i N2, prin porile P1 i P2, sunt controlate cu semnalul de msurare uM.Figura 5.26.Asigurareaprecizieinecesareseobineprinterminareamsurriinumaidupcen numrtorulN2,secumuleazunnumrdeimpulsurin2a,cedepindedeeroareamaxim admis, e:|| % 100n 1ea 2=.nfigura5.27suntprezentateprincipalelesemnalecaredescriumsurarea turaieicu precizie minim prestabilit.Pe durata intervalului de msurare este valabil egalitatea:g 2 t 1 MT n T n T = = , unde I60Nft =, respectivNI60Tt =.56Rezult:NI60n T n1 g 2=, 21gnnI T60N =, min] / rot [nnk N213=unde constanta I T60kg3 =.Figura 5.27.n momentul n care n numrtorul N2, s-a cumulat numrul minim de impulsuri n2a, ce asigur precizia impus, logica de comand mai prelungete timpul de msurare cu un interval de timp t, pn la contorizarea a nc unui front de ridicare din impulsul ut:t T n Tg a 2'MA + =PentrucaeroareadeterminatdenumrtorulN1sfieneglijabil,procesulde msurarea ncepe i se termin cu frontul de ridicare a impulsului ce provine de la traductor. EliminareaimpulsuluisuplimentarceaparelanumrtorulN1,seobineprininiializarea acestuialavaloarea(FFFF)h.Spredeosebiredeacesta,numrtorulN2esteiniializatla valoarea(0000)h.Astfel,lacontorizareaacestorimpulsuricunumrtorulN1,varezulta eroarea 0, n timp ce la numrtorul N2, eroarea rezultat poate fi cel mult 1 impuls. 576. Sisteme de acionare6.1. GeneralitiSistemul de acionare al unui robot cuprinde totalitatea surselor energetice ale robotului precum i elementele de control direct ale acestora. n acest sens, prin sistem de acionare se vanelegeansamblulmotoareloriconvertoarelorprincareseobineenergiamecanic necesardeplasriirobotuluiprecumidispozitivelesuplimentarececontroleazacest transfer energetic.Un astfel de sistem va cuprinde :- surs primar de energie;- un sistem de conversie al energiei primare n energie mecanic;- un sistem pentru transmisia energiei mecanice la articulaia corespunztoare;- un control al parametrilor caracteristici ale acestor sisteme.Structura general a unui sistem de acionare este prezentat n figura 6.1.SursprimarConvertor(motor)Sistem detransmisieROBOTSistem decontrolEnergie mecanicEnergie primarFigura 6.1.Sistemeleuzualedeacionarefolosesctreisurseprimaredeenergie:electric, pneumaticsauhidraulic.Oarielargoauacionrileelectrice,utilizatendeosebidatorit facilitilordecontrolpecarelepotasigura.Deasemenea,sistemelederoboiindustriali moderni utilizeaz i acionarea hidraulic datorit unor caracteristici deosebite pe care aceste echipamente le ofer n ceea ce privete raportul dintre fora exercitat la dispozitivul motor i greutatea acestuia. Acionarea pneumatic ocup o pondere redus n aceast direcie, ea fiind de obicei utilizat n sistemele de comand ale dispozitivelor auxiliare.6.2. Sisteme de acionare electricAcionareaelectricocupoarientinslaroboiiindustrialidatoriturmtoarelor avantaje principale:a) sursa de energie electric primar este uor de gsit;58b) sistemeledecontrolsuntprecise,sigureirelativuordecuplatlaoconducere numeric la nivel nalt;c) se poate asigura o funcionare autonom prin alimentarea cu baterii;d) nu se impun probleme specifice de poluare.6.2.1. Motoare de curent continuuAcionareacumotoaredecurentcontinuuareavantajulimportantcmomentulcreat estepracticindependentdepoziiaivitezamotorului,depinzndnumaidecmpul nfurrilor icurentul dinarmturi. Dac nfurrile de cmp suntnlocuite cu un magnet permanent atunci momentul dezvoltat este proporional cu valoarea curentului din armturi i deci cu tensiunea aplicat.Anumite proceduri tehnologice au permis micorarea greutii motoarelor. Ele se refer, deexemplu,laeliminareanfurrilordeexcitaieprinutilizareamotoarelorcumagnetsau micorareagreutiirotoruluiprinmotoareledisc.Deiteoretic,oricemotorelectriceste susceptibil de utilizare, pentru acionarea roboilor se utilizeaz aproape exclusiv motoare de curentcontinuuimaipuinmotoaredecurentalternativimotoarepascupas.Utilizarea preponderentamotoarelordecurentcontinuuestejustificprinexistenasistemelor performantedecontrol,ntimpcemotoarelepascupasoferfacilitincontrolulnbucl deschis la operaiile de poziionare.Dezavantajulprincipalalacestoracionriestegreutateacomponentelor.Raportul putere-greutatesau moment - greutateeste mai mic dect laacionrile hidraulice. Aceast greutatenupoatefiredusnmodsemnificativdatoritcircuituluimagneticcare,pentru asigurarea unor performane ridicate necesit o geometrie corespunztoare.Utilizarea motorului de cc n acionarea roboilor impune:a) un sistem de control utiliznd tahogeneratoare i transformatoare de poziie;b) unsistemmecaniccaresrealizezeconversiamicriiderotaieinmicarede translaie;c) un sistem mecanic pentru blocarea motorului.Motoareledecurentcontinuusuntformatedindoupri:unsistemdeexcitaieio nfurare dispus ntr-o armtur rotoric. Un sistem de comutaie, asigur n permanen un sens unic al curentului n raport cu cmpul magnetic, deci asigur o for n direcie constant.Schemaechivalentsimplificatamotoruluidecurentcccuexcitaieseparateste prezentat n figura 6.2.IeR L IReLeueEc+ueM-Figura 6.2.Fluxul magnetic este proporional cu valoarea curentului de excitaie,e eI k = u (6.1)iar ecuaiile ce guverneaz regimul staionar (neglijnd anumite efecte secundare) sunt:I R Ue e = (6.2)59cE I R U + = (6.3)u e = k Ec(6.4)iar cuplul electromagnetic creat M:I E M = e (6.5)Dac motorul lucreaz sub curent de excitaie constant, atunci fluxul este constant decie = ' k Ec(6.6)I k M1 = , iar (6.7)MkRkU211 = e (6.8)Caracteristicile statice de funcionare se obin din aceast ultim relaie, (figura 6.3).eeM UU2>U1U1M=M0MM0Figura 6.3.Dac opereaz n curent de excitaie variabil i tensiune de alimentare constant, atunci ecuaiile de funcionare devin :I k M = u (6.9)I R k U + = u (6.10)2) k (M RkUuue= (6.11)Ultima relaie indic o dependen neliniar pronunat a vitezei n raport cu fluxul, deci curentul de excitaie. Aceast neliniaritate complic legea de control i face ca reglajul turaiei prin controlul curentului de excitaie s fie rar utilizat n sistemele de acionare, n general, i a roboilor, n particular.Regimul tranzitoriu al motorului ce opereaz sub flux constant se obine din figura 6.2.) t ( kdt ) t ( diL ) t ( i R ) t ( u e + + = (6.12)iar cuplul motor va fi:s f fM M kdt) t ( dJ M + + + = ee(6.13)undeJeste momentul de inerie al elementelor de rotaie, fkdefinete coeficientul de frecare vscoas, fMeste cuplul corespunztor frecrii uscate iar sMeste cuplul de sarcin.Din (6.9) i (6.13) se obine:( )( )s f fM M kdtt dJ t ki + + + = ee(6.14)AplicndtransformareaLaplacerelaiilor(6.12)i(6.13),considerndcondiiiiniiale nule, rezult:) s ( k ) s ( I ) s L R ( ) s ( U e + + = (6.15)) s ( M ) s ( M ) s ( ) k J ( ) s ( I ks f f s+ + + = e (6.16)Ecuaiile acestea definesc schema bloc echivalent a motorului (figura 6.4).60S fM M+kk( ) s eufk Js +1kLs R +1( ) s U( ) s JFigura 6.4.Din (6.15) i (6.16) rezult,) s J k )( s L R ( k) L R ( )) s ( M ) s ( M () s J k )( s L R ( k) s ( U k) s (f2s s ff2 + + ++ + + + += e (6.17) Considerndcupluriledefrecare fM foartemiciineglijndcupluldesarcin sMrezult funcia de transfer ntre vitez i tensiune :( )( )( )( ) ( )2f f2k Rk s Lk RJ LJsks Uss Y+ + + += = e, sau (6.18)( )2 2s s 2 1As Yt t + += (6.19)unde2fk k RkA+ = ;2f2k k RJ L+ = t ; 2ffk k Rk L J R2+ + = ,t (6.20)Dac fkse consider suficient de mic, atunci funcia de transfer (6.19) poate fi rescris sub forma:) s 1 ( ) s 1 (A) s ( Ym et t + += (6.21)Unde etdefinete constanta de timp electric, RLe = t (6.22)iar, mt constanta de timp electromecanic, 2mkJ R = t (6.23)Ecuaiiledemaisussunt,nprincipiu,specificemotoarelordisc,darpotfiaplicatela toatemotoareleutilizatensistemeledeacionarealeroboilor,diferenierilefiinddeordin tehnologic.Acesteecuaiiindicreglajulpreferenialalturaieiprinreglareatensiuniide alimentareU . Controlul de tensiune al turaiei este utilizat practic n peste 85% din sistemele deacionarealroboilor(cuacionareprinmotordecc)inumaiomicparteutilizeaz controlulprincurent,aceastultimprocedurfiindavantajoasdatoritfuncieidetransfer mai simple ntre cuplu i curent. Controlulntensiunealturaieinacionarearoboilorsepoaterezolvaprindou metode:a) redresoare comandate; b) convertoare cc-cc.Ambele procedee sunt frecvent utilizate n controlul roboilor, avnd o literatur extrem de bogat care abordeaz aceast problematic. 61Redresoaremonofazatenpunte.Acestesistemesuntutilizatenspeciallaputerii tensiuni mici. Schema general a unui redresor de acest tip este prezentat n figura 6.5.tUd etIdetidb+MLusTh1Th2Th3Th4aFigura 6.5.Controlul redresrii este obinut printr-o punte, n circuitul exterior al redresorului fiind montat motorul de cc. Se remarc conducia, pe fiecare alternan a tensiunii din secundar, a doutiristoareopuse.Deexemplu,ntr-osemialternanconductiristoareleTh2iTh3(linie nentrerupt), iar n cealalt semialternan grupul Th1, Th4 (linie punctat). Controlul valorii curentuluiredresatseobineprincontrolulunghiuluideaprinderealtiristoarelor.Pentru atenuareacomponenteloralternativeceaparnaceastredresare,ncircuitulmotoruluise introduce o bobin de netezire L.Redresoaretrifazatenpuncte.Circuiteledeacesttipreprezintstucturaceamai eficientpentrualimentareamotoarelordeccsubraportulputeriiirandamentului. Configuraia de baz a unui astfel de circuit este prezentat n figura 6.6.ML LL LiFigura 6.6.Convertoaredetensiunecontinu.Acestedispozitivetrasformotensiunecontinu aplicatlaintrare,nimpulsuridreptunghiularedetensiune,laieire,astfelnctvaloarea medie a tensiunii de ieire se poate modifica n funcie de factorul de umplere al impulsurilor. Schema de principiu a unei astfel de valori este prezentat n figura 6.7.ElementulprincipalaldispozitivuluiesteuncomutatorstaticCSrealizat,deobicei, dintr-untiristorcomandat.nchidereacomutatoruluinseamnaplicareasemnaluluide tensiunedeamplitudineUpebornelemotorului,regimmenionatpeoduratadetimpTi. Prezena induciei L determin o cretere a curentului, presupus idealizat ca o cretere liniara (figura 6.7b),62LEdtdi= (6.24)autbt+MLE+CSDiEUCCiTiTFigura 6.7.Deschiderea ntreruptorului nseamn decuplarea alimentrii E i nchiderea curentului de autoinducie prin dioda D. Valoarea medie a tensiunii la bornele motorului va fi: TTE Uicc = (6.25)Aceastrelaieindicdoumodalitidecontrolacomponenteicontinue:a)prin ajustareadurateiimpulsuluiTincadruluneiperioadeTdecomutareconstant;b)prin meninereadurateiTiconstantaivariereaperioadeiT.Ambelemetodedetermin funcionareamotoruluintr-unsingurregim,regimuldemotor.Osoluiembuntiteste oferit de funcionarea motorului n dou regimuri n cadrul unei perioade de lucru, regim de motorpopriu-zisiregimuldefrn.Schemadeprincipiuaunuiastfeldevariatoreste reprezentat n figura 6.8.EUIFrn Motorb+ML+iaCS1D2CS2D1Figura 6.8.nprimulregimestedeschiscomutatorulCS1,diodaD1avndroldedescrcare.nal doilearegimseblocheazCS1isedeschideCS2motorultrecndnregimdefrnprin scurtcircuitareaindusului,energiacinetictransformndu-senenergiemecanic.Cndse deschideCS2tensiuneaelectromotoareamainiimpreuncuceadeautoinducie determin deschiderea diodei D2 i trecerea curentului spre sursa E, deci energia magnetic acumulat se transformnenergieelectric.CeledouzonefuncionalecorespundcadranelorIiIIa curenilori tensiunilor de alimentare. O structur funcional mai complex corespunde operrii n patru cadrane (figura 6.9). Sistemul cuprinde patru comutatoare statice CS1-CS4 a cror comutare dup o anumit ordine 63determin funcionarea n regim de motor i frn pentru ambele polariti de alimentare a le motorului.E+ML+L L LCS1CS3CS2 CS4D1D2D3D4Figura 6.9.6.2.2. Motor pas cu pasMotoarelepascupassuntsistemesincronecarerealizeazocorelaiedirectntre mrimea comandat i poziia obinut. Aceste motoare asigur conversia direct a semnalului deintrare,datsubformnumeric,ntr-omicaredepoziionareunghiularprincumulri incrementale. Aceast proprietate determin o utilizare larg a motoarelor pas cu pas n toate sistemele de poziionare n bucla deschis. Conversia intrinsec a comenzii n poziie asigur schemedecontrolsimple,eficienteattsubaspecttehnic,ctieconomic. Pelngaceste avantaje, trebuiesc subliniate i cteva dezavantaje printre care se menioneaz: acceleraii i deceleraiidiscontinue,variaiacupluluicupoziiarotorului,puterimici,randamentsczut,etc. Principiul de funcionare al unui motor pas cu pas este prezentat n figura 6.10.NSII1234Figura 6.10.64Statorulcuprindepatrupoliiarrotorulesterealizatdintr-unmagnetbipolar.Dacse alimenteaz nfurrile 1-3, atunci rotorul se va deplasa ntr-o poziie n care fluxul magnetic prinacestenfurriestemaxim,decielsevaaliniapaaxanfurrilor13.Dacse alimenteaznfurrile 2 4 atunci rotorulse va roti cu 90 , sensul de rotaie depinznd de polaritatea aplicat, pn se va alinia cu noua nfurare. O combinaie de semnale aplicate va determina poziii intermediare corespunztoare. In absena oricrui semnal de alimentare a nfurrilor,rotorulvaocupaopoziiebinedeterminataliniindu-secuuniidinpolii statorului , fr a conta polaritatea .n acest tip de motor, cuplul dezvoltat va depinde evident de poziia rotorului i n orice caz valorile de cuplu obinute sunt relativ mici.Osoluietehnologicsuperioaresteoferitdemotoarelepascupascureluctan variabil.Constructiv,acestemotoaresuntcurotorpasiv,avndicrestturiuniform repartizate pe suprafaa rotorului. Prin alimentarea unei faze statorice, rotorul se va roti astfel nct circuitul magnetic s prezinte reluctana magnetic minim producnd alinierea dinilor statorici i rotorici. Comutnd alimentarea pe faza urmtoare se obine o deplasare a rotorului pentru o nou realiniere a dinilor acestora, determinnd apariia unui cuplu.Dupsoluiileconstructiveutilizateacestemotoaresempartn:motoarecustructur monostatoric (o singura unitate stator-rotor) i motoare cu structura polistatoric.Primaconfiguraie,monostatoric,reprezintosoluiemaiavantajoas,datorit simplitiiconstruciei.Acestemotoarepotfirealizatendouvariante,cunumrdedini egal pe stator i rotor i cu numr de dini n rotor mai mare dect n stator (figura 6.11).a bFigura 6.11.n figura 6.11a este prezentat un motor pas cu pas cu 8 dini pe stator i 6 dini pe rotor, funcionndn4fazecupasde 15 .nfurrileuneifazesuntdispusepe2polistatorici diametralpui.Laalimentareauneifaze,diniirotoriciseaeaznfaadinilorstatoricipe care este conectat faza comandat . La alimentarea fazei urmtoare, rotorul se va roti cu 15 .Pentru obinerea unui pas de rotaie mai mic se mrete numrul de dini statorici i rotorici. n figura 6.11b este reprezentat un astfel de motor cu 6 poli apareni statorici.Motoarele pas cu pas polistatorice sunt realizate sub forma unor multistructuri statoric-rotorice,fixatemecanicnaceeaicarcasdarindependentedinpunctdevedereelectrici magnetic. Statorul i rotorul au acelai numr de dini. Subsistemele rotorice sunt montate pe acelai ax, dar sunt separate din punct de vedere magnetic. Pentru a realiza rotaia este necesar decalareasubsistemelorrotoricesaustatorice,radialunelefaadealtele.nfigura6.12este prezentatunmotorcutreifaze,custatorulaliniatiundecalajdeotreimedinpasuldentar realizat prin cele trei subsisteme rotorice.65a bFigura 6.12.Indiferent de principiul de funcionare al motorului, comanda acestuia se realizeaz prin comutareasuccesivafazelornfurrilor.nfigura6.13sepoturmriidiagramele tensiunilor de alimentare n cteva variante funcionale aplicate unui motor cu patru faze.u1u2u3u4u1u2u3u4u1u2u3u4tttttta bcttttttFigura 6.13.nfigura6.13aestereprezentataanumitacomandsimetricsimplncare alimentarea fazelor este comutat succesiv pe fiecare nfurare, semnalele de comand fiind disjuncte.nfigura6.13bsuntalimentatenpermanendounfurri,sensulderotaieal motoruluifiinddeterminatdeordineadeconectareideconectareaacestora(comanda simetricdubl).Aceastmetodaestembuntitnfigura6.13cnsensulcintervalulde timpasociatuneinfurriestedefalcatntreizone.Primaiultimacorespundalimentrii simultanecufazaprecedentirespectivsuccesoareiarnadouaesteasiguratnumai alimentarea fazei proprii.Comutareasemnalelorpenfurriesterealizatcuschemedecomandaspecific. Acestescheme trebuiesconin,pedeoparte,logicdecomutareafazelor,iarpedealta parte dispozitive electronice de putere cuplate direct pe nfurrile motorului. n figura 6.14 se pot urmri principalele elemente ce intr n componena acestor scheme.66Control1CircuitdistribuitorBloc contactor staticMPPGenerator de tact Control2fdF1FnF2Figura 6.14.Circuitul distribuitor este format dintr-un numrtor n inel, cu numrul strilor egal cu numrulfazelormotorului,urmatdeologicdedecodificarecepermiteactivareaunei singure ieiri ntr-o stare a numrtorului. 6.3. Sisteme de acionare hidraulicAceste dispozitive se bazeaz pe principiul conversiei energiei unui fluid incompresibil n energie mecanic. Lichidul utilizat este un ulei mineral ce acioneaz la presiuni de pn la 100atm.,sursadepresiunehidraulicfiindncorporatnsistemuldeacionarepropriual robotului sau aparinnd unui sistem centralizat.Dispozitivulcuceamailargutilizarenacestesistemeestereprezentatdepistonul hidraulic liniar (figura 6.14).Bloc controlSVSPHPP1P2(M)xhhFigura 6.14.Diferenele de presiune create n cele dou camere determin valoarea forei exercitate, ) p p ( S F2 1 = (6.26)Acestepresiunisuntcreateprinasigurareacirculaieifluiduluipeanumitecidefluid prinintermediulunuiservoventilSVdelaosursdeputerehidraulicaSPH.Controlul servoventilului este realizat electric.67Considerndogeometriesimetricadoptatnconstruciapistonuluiinotndprinxdeplasarea fa de punctul median al cilindrului, dinamica micrii este definit prin ecuaiile, SvRpRpqdtdpB) x h ( S2 111 + =+(6.27)22 1 2) (q SvRpRpdtdpBx h S + =(6.28)r f 2 1F v k Sp Spdtdvm =(6.29)vdtdx= (6.30)unde v este viteza elementului, B reprezint modul de compresibilitate, kf, Fr,determin frecrile vscoase i uscate, iar q1i q2 sunt debitele realizate pe cele dou trasee.O structur similar este utilizat i pentru acionarea ntr-o micare de rotaie. n figura 6.15 sunt prezentate dou variante constructive, prima realiznd o rotaie sub un unghi maxim de cca 330, iar a doua de cca 130.Figura 6.15.Acestedispozitiveseutilizeazpescarlargnacionarearoboilordatoritunor avantajespecificeprintrecaremenionm:realizareaunuiraportputere/greutatemare, posibilitateaacionriidirecte,interconectarealordirectnarticulaiilederotaieale robotului etc.Comportarea static este determinat de ecuaia cuplului activ creat, ) p p ( V M2 1 = (6.31)unde V este capacitatea de volum a sistemului. Regimul dinamic are o form analogic cu cel de la pistoanele liniare, 12 1 1 0q VRpRpdtdpB) ( V+ + =+eu u(6.32)22 1 2 0q VRpRpdtdpB) ( V + =+eu u(6.33)r f 2 1M k ) p p ( VdtdJ = ee(6.34)eu =dtd(6.35)unde coeficienii au semnificaii similare.Unrolesenialncomandaacestoracionriljoacsistemeledecontrolalcilorde fluid, servovalvele. Aceste dispozitive permit blocarea unor ci de fluid, schimbarea sensului 68peoanumitcalesaucomutareatraseelordecaledupologicimpus(figura6.14).Un astfel de servosistem hidraulic este prezentat n figura 6.16.Pentrupoziiadezeroapistonuluiambelecidefluidsuntblocate,elementele pistonului obturnd cile de transmitere a fluidului ctre sarcin sau de la aceasta (cile A i B).OdeplasarefoartemicAxspredreaptaapistonuluidetermindeschidereatraseului fluidicS-AiB-R1,deciunanumitsensnsarcinadispozitivului.Deplasareainversa pistonuluiproduceblocareaciiderecirculare R1 ideschidereacilor pe traseele S-B iA-R2, inversnd astfel sensul fluidului n sarcin.R1R2MB ASxR1SAB0xSA0BR2SarcinSarcinFigura 6.16.Oanalizdetaliatadebituluidefluidcetraverseazocaledeieire(AsauB)n funciedepoziiapistonuluipermitedeterminareacaracteristiciidetransferservovalvei(figura 6.17).a) 1 > Axn acest caz se obine un debit maxim de fluid,Mq q = (6.36)b a 1 Mp p k q = (6.37)b) 1 0 s A s xdispozitivul realizeaz o obturare parial a debitului de fluid, deci) ( 2b ap p x k q A = (6.38)x k q A =1(6.39)c) 0 1 s A s xcantitativregimuldelucruestesimilarcucelanteriordarschimbareasensuluide deplasare determin o schimbare a sensului fluidului pe calea A.( )bp p x k q A = 2 (6.40)x k q A =1(6.41)d) 1 s Ax69naceastsituaieserealizeazdeblocareatotalaciiAutilizatacumcatraseude retur al debitului de fluid,Mq q = (6.42)Caracteristica global de transfer este prezentat n figura 6.17.b. Se observ c forma ei estespecificelementelorneliniarecupragdesaturaie.Aceastalurcorespundeunei configuraiiidealizateaelementelorpistonului.Structurilerealenrutesccaracteristican sensul introducerii unor neliniariti suplimentare, caracteristici cu zona de insensibilitate, cu zone liniare cu pant variabil etc. Se poate remarca, de asemenea, sensibilitateadeosebit a sistemuluinsensulcvariaiifoartemicidedeplasaremecanicAxdeterminregimuri fluidice total diferite.Comandapistonului,deplasrileacestuia,suntrealizatedeobiceielectriccuelemente speciale, motoare pas cu pas, motoare de cc cu sisteme mecanice de conversie a micrii sau electromagnei tripoziionali.lPaPbA-ee-qM+qMx Aa bx AqFigura 6.17.Utilizare larg a acionrii hidraulice este datorat urmtoarelor avantaje:- puterea realizat n aceste sisteme este mult mai mare dect a oricrui sistem, lund ca referin greutatea echipamentului utilizat;- acionrile hidraulice sunt mult mai robuste dect cele electrice amplificarea rezultat este mai mare, precizia i rspunsul la frecven sunt mai bune;- acionarea hidraulic are performane foarte bune la viteze mici;- sistemele hidraulice se pot cupla direct la sarcin fr dispozitive suplimentare.ncellaltsens,anumitedeficienealeacestorsistemedeterminolimitareautilizrii lor.Sepoatemenionaneliniaritateaextremdepronunatamajoritiielementelor,ceeace ngreuneaz mult realizarea unui control eficient. De asemenea, incompresibilitatea fluidului, factoresenialntr-oacionarehidraulic,devine unelementdeficitarn condiiilencarese impuneimplementareauneilegidereglare.Realizareaunorelementedereglarefluidicede tip P, PI, PID se obine extrem de dificil, cu dispozitive electromecanice complexe. Mai mult, dacoservovalvblocheazocaledefluidaceastadevinepracticneoperant,controlul fluidic ncetnd cu totul.706.4. Sisteme de acionare pneumaticCaracteristicaprincipalaacestordispozitiveestedatdeutilizareaaeruluicafluid compresibil al sistemului de acionare.Funciiledeoperarealesistemelorpneumaticesuntsimilarecucelehidraulice, particularitile tehnologice i constructive specifice lor fiind datorate schimbrii fluidului, cu specificul i proprietile sale. Dinfactoriicareargumenteaznfavoareautilizriisistemelorpneumatice,sepot reine:- simplitatea echipamentului de acionare;- robusteea dispozitivelor utilizate;- nepoluarea mediului de lucru;- sisteme de control simple;- raportul putere/greutate relativ ridicat;- rezistena la suprasarcini de valori mari.Compresibilitateafluidului(aerului)facecasistemeledecontrolsfieutilizaten specialla elementele mecanice care lucreazpe principiul binar fr afi necesar un reglaj intermediar.Caurmare,elepotfiintrodusecusuccesladispozitiveledeacionareale elementelorfinaleundesuntconturatentotdeaunanumaidoustridistincte:deschisi nchis.Controlulpoziieiunuielementmecanicprinsistemepneumaticeesterarutilizat datoritperformanelorslaberezultatencomparaiecuceleelectricesauhidraulice.Aceste rezultateslabeseatribuiecompresibilitiifluiduluicareintroduceuntimpdepropagare,de ntrziere, n dinamic dispozitivului. De asemenea, o deficien de baz o constituie faptul c aceste sisteme utilizeaz controlul dup debit, parametru ce nu este ntotdeauna indicat pentru controlul pneumatic al unei micri. Din acest motiv, se recomand utilizarea unui control al presiunii ce duce la o mbuntire considerabil a performanelor dar este mult mai complex i costisitor.717. Sistemul senzorial al robotului7.1. Caracteristici generalePrinsistemul senzorial al unui robot se nelege ansamblul tuturor senzorilor amplasai pestructuramecanicialecrorsemnalefuzionateservesccontroluluiadaptivalrobotului (conducerii adaptive a robotului). Senzorulreprezintundispozitivcareconverteteomrimefizicntr-omrime electric(semnalelectric).Conversiamrimiifizicecuajutorulsenzorilorsefacenudin raiunienergeticecicuscopulobineriideinformaiidespremrimeaaplicatlaintrare reprezentatsubformelectric.Dinpunctdevedereconstructivacetisenzoriaulabaz componentelesistemelordeachiziiiidistribuiiadatelor.nfigura7.1esteprezentat structuradeprincipiua unuisistemdeachiziiidedatepentruutilizrigenerale.Arhitectura sistemului este organizat pe dou niveluri: unul pentru achiziia iar cellalt pentru distribuia datelor.Semnalele ce urmeaz afi achiziionate suntfurnizate de mai mulisenzori (S1,S2, S3)(elementesensibile),careinteracioneazcuprocesuldeservit.Acestesemnalesuntmai nti condiionate i apoi convertite sub form numeric. Condiionarea presupune operaii ca amplificare,filtrare,modificareaniveluluicomponenteicontinue,etc.,astfelnctsemnalul condiionatscorespunddomeniuluideintrarealconvertoruluianalognumeric(A/N). Aceste operaii se presupun a fi efectuate n blocul denumit generic amplificator instrumental. Conversia A/N presupune mai nti eantionarea semnalului (discretizarea lui n timp) urmat deconversiaA/Npropriu-zis(discretizarenvaloare).Acesteoperaiisuntefectuatede circuitele incluse n blocul Convertor A/N. AmplificatorinstrumentalFiltruantialiasRS-232USBPortparalelAchiziii de dateDistribuie de dateIntrridigitaleIeiri digitaleAmplificatorieireFiltrureconstituireConvertorN/AConvertorA/NS1ProcesorS2S3A1A2A3PCFigura 7.1.Filtrul antialias (antialiere) care precede convertorul A/N are un comportament de filtru trece-jos.ElareroluldealimitaspectrulsemnaluluiaplicatlaintrareaconvertoruluiA/N, astfelnctpentrufrecvenacucareareloceantionareasfiesatisfcutteorema eantionrii. n acest fel, erorile de aliere rezultate ca urmare a unei frecvene de eantionare insuficiente, sunt diminuate. Nivelul inferior din arhitectura prezentat n figura 1.2 are n principal rolul de a furniza laieiresemnalelenecesarepentrucomandaactuatorilor(A1,A2,A3),porninddela informaii numerice furnizate de blocul procesor. Se utilizeaz n acest scop un bloc convertor 72numeric analogic (N/A), urmat de un filtru de reconstituire i circuite de condiionare (bloculamplificator ieire). O serie de intrri/ieiri digitale completeaz funcionalitatea sistemului.Se menioneaz, n fine, funciile multiple asigurate de blocul procesor (implementat de regul sub forma unui sistem cu microcontroler sau uneori procesor numeric de semnal):-guverneazfuncionareantreguluisistem,avndroldedispozitivdecomandsau circuit de control a achiziiei;- realizeaz o preprocesare local a datelor achiziionate;- asigur interfaarea cu calculatorul (procesorul) central de pe nivelul ierarhic superior. ndomeniulroboticiitendineleactualeprivesctransmisialadistanainformaiei senzorialesubreprezentarenumericutilizndnacestscopaproapeexclusivtransmisia serialainformaieisenzorialedeoarecenecesitmaipuineconductoaredelegturieste posibil izolarea galvanic a senzorilor de unitatea central de comand. Standardele utilizate n robotic pentru transmisia serial sunt: RS 232, RS 485 (1km, 100kb), CAN (10km, 1Mb, I2C(pentrudistanemici).Tendinadetransmitereserialainformaieisenzorialeeste ncurajatideposibilitateapreprocesriinumericeainformaieiachiziionate,astfelnct spreunitateacentraldecomandsfietransmisnumaiinformaiarelevant.Aceast tendinestenplindesfurare.Deasemenea,sedoreterealizareapecaleintegrata traductoruluicuincludereapeacelaichipacircuitelordecondiionare,etc.Suntilustrative dinacestpunctdevederedispozitivelevideocaptoareintegrate(CCD)precumimatricele tactilencazulsenzorilortactili.Aceasttendinestencurajatdeprogreseleobinuten domeniulmicromecaniciisiliciuluiceconstnfabricareaelementelor(componentelor) mecanice utiliznd tehnologiile specifice de realizare a circuitelor integrate.Obiectivulgeneralurmritprindezvoltareasistemuluisenzorialalrobotuluieste modelareamediuluidelucru,aspectdeosebitdeimportantlainteraciuneadintreroboti mediu.Informaiile de la sistemul senzorial al robotului se obin prin:- monitorizare(polling),adicprinurmrireastrilorsenzorilorprinbucledeprogram rulatenpermanenntr-unmodinvizibilpentruprogramulprincipalSuntincluse instruciunispecificedeaciunenfunciedeoanumitstaresauvaloarealunei mrimifurnizatedeunsenzor.nfunciederezultatulprelucratdininformaia furnizat de senzori programul principal ndeplinete aciuni de tipul dac atunci, altfel;- metoda ntreruperilor care ofer pentru programul principal posibilitatea unei utilizri mult mai eficiente a resurselor de calcul.Dupcriteriulnaturiiinformaiilorfurnizatesenzorii(traductoareleexterne)utilizain robotic pot fi:- senzorivizuali;Roboiievoluai,inteligeni,suntobligatoriudotaicusistemde vedere artificial. De regul sistemul de vedere este realizat cu un echipament de sine stttor analiz i prelucrare a imaginii, care desigur se afl n dialog direct cu sistemul de conducere central (vezi curs PAI; VA, RF, BTV, etc.).- senzori de gabarit;- senzori de proximitate;- senzori tactili;- senzori for moment;- senzori de rost, etc.ngeneral,indiferentdetipullor,senzoriiutilizainrobotictrebuiesaib urmtoarele caracteristici pentru utilizarea industrial:- liniaritate caracteristicii de transfer suficient de bun;73- histerezis redus pentru caracteristica de transfer;- s fie robust, compact i fiabil;- s fie uor de integrat din punct de vedere constructiv n structura robotului;- pre de cost redus.7.2. Senzori de gabaritSenzoriidegabaritoferinformaiicuprivirelaordinuldemrimealobiectelordin mediu i n funcie de acestea se vor putea lua decizii cu privire la modalitile de apucare i la evitarea coliziunilor.a) Determinarea gabaritelor prin triangulaie (figura 7.2).Funcionare acestui senzor se bazeaz pe utilizarea unei raze nguste de lumin care este baleiatnplanuldeterminatdeliniaobiectului-detectorprecumideliniadetector-surs. Detectorul fiind focalizat pe o mic poriune a obiectului, n momentul n care este detectat o raz de lumin se msoar unghiul u cu un sistem de msurare a unghiului legat de sursa de lumin i se calculeaz distana D cu relaia:u tg B D = (7.1)Dacattsursadeluminctidetectorulsuntdeplasateinplanulverticalpelinia bazei se poate realiza a scanare tridimensional a obiectului.Figura 7.2.b)Utilizarealuminiistructurate,(figura7.3), arelabazopnzdeluminsubire obinut cu o lentil cilindric sau cu o fant foarte subire.Figura 7.3.74Interseciilepnzeidelumincuobiecteledinmediusunturmritecuocamervideo aflatladistanaBdesursadeluminisuntanalizatecuajutorulunorprocesoare.Astfel, dacrezultolinefrntainterseciei,acestavaaveasemnificaiaschimbriiaplanuluila suprafeeleobiectelor.Pedealtparte,ontreruperepeliniadeintersecieindicunspaiu liber ntre obiecte. Camera video se poate baleia ntr-unplan orizontal i astfel se pot obine diferitedistane.Procedeulestedestuldegreoi,necesitomareputeredecalcul,imaginile fiinddificildeprelucrat,maimultdectatt,existposibilitateadearezultachiarierori grosolane.c) Calculul gabaritelor prin msurarea deplasrii de faz a unei unde Laser (figura 7.4).Acest procedeu reprezint unul dintre cele mai moderne sisteme pentru msurarea distanelor ideterminareagabaritelor.nacestscopsefoloseteorazLaserisemsoardefazajul dintre unda direct i cea reflectat.Figura 7.4.Dup cum se observ din figura 7.4, raza Laser este distribuit n dou: una, numit raz dereferin,vaparcurgedistanaLpnlafazmetru;ceadeadouarazparcurgenplusi distanaD dusintors.ntreceledourazedatoritdifereneidedrumparcursapareo diferen de faz u, care se msoar cu fazmetrul. Relaia de calcul pentru distana parcurs de raza reflectat este:u0360L ' D + = (7.2)unde este lungimea de und a razei LaserSe poate observa c pentru:0360 n = urezult (7.3) n L ' D + =dar fazmetrul nu va indica nici o diferen de faz.n consecin s-ar impune la prima vedere o condiie de limitare: 0360 < u (7.4)ceea ce este echivalent cu condiia: < D 2 (7.5)75Avnd n vedere c n cazul utilizrii unui Laser He-Ne lungimea de und este =632,8 nm, metoda prezentat mai sus apare din punct de vedere practic ca fiind inutilizabil pentru msurarea gabaritelor reale ale obiectelor. De aceea, n msurarea propriu-zis a distanelor i gabaritelor nu se utilizeaz o raz Laser pur, ci se procedeaz la modularea n amplitudine a razeiLasercuounddefrecvendeordinula10MHz(pentrucare=30m).nacestcaz fazmetrul determin defazajul produs pentru unda modulatoare i deci se pot msura distane i gabarite pn la limita de 15 m.7.3. Senzorii de proximitateSenzoriideproximitatefurnizeazinformaiicuprivirelapoziiilerelativeale obiectelor,pentruaputeaverificadacopoziieestecorectsaunu,dacooperaieafost executat corect sau