cap2 generalitati privind robotii

39
2. Capitolul II – Generalităţi privind roboţii . 2.1. Ce este un robot? 2.1.1. Definitie.Particularitati. 2.1.2. Terminologie.Scurt istoric. 2.1.3. Legi ale roboticii. 2.1.4. Clasificare roboti. 2.2. Tipuri de roboti.Aplicatii. 2.3. Robot mobil. 2.3.1. Definitie. 2.3.2. Caracteristici. 2.3.3. Exemple de roboti mobile. 2.4. Robot mobil autonom. 2.4.1. Definiţie. 2.4.2. Caracteristici. 2.4.3. Probleme ale navigaţiei autonome 2.4.4. Exemple de roboţi mobili autonomi.

Upload: marinescu-mihaela-dana

Post on 01-Dec-2015

117 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

scoala

TRANSCRIPT

Page 1: Cap2 Generalitati Privind Robotii

2. Capitolul II – Generalităţi privind roboţii .

2.1. Ce este un robot?

2.1.1. Definitie.Particularitati.

2.1.2. Terminologie.Scurt istoric.

2.1.3. Legi ale roboticii.

2.1.4. Clasificare roboti.

2.2. Tipuri de roboti.Aplicatii.

2.3. Robot mobil.

2.3.1. Definitie.

2.3.2. Caracteristici.

2.3.3. Exemple de roboti mobile.

2.4. Robot mobil autonom.

2.4.1. Definiţie.

2.4.2. Caracteristici.

2.4.3. Probleme ale navigaţiei autonome

2.4.4. Exemple de roboţi mobili autonomi.

Page 2: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

2. Capitolul II – Generalităţi privind roboţii .

2.1.Ce este un robot?

2.1.1. Definiţie.Particularitati.

Robotul poate fii definit ca un sistem sau un echipament cu funcţionare automată,

adaptabilă prin programarea condiţiilor unui mediu complex şi variabil in care acţionează,

înlocuind sau amplificând una sau mai multe din funcţiunile umane in acţiunea acestuia

asupra mediului.

Robotul este un produs al mecatronicii care combină tehnologia mecanică cu cea

electronică fiind o componetă evaluată de automatizare care inglobează electronica de tip

calculator cu sistemele avansate de acţionare pentru a realiza un echipament independent de

mare flexibilitate.Mecanica stabileşte înfăţişarea robotului şi mişcările posibile pe timp de

funcţionare. Senzorii şi actorii sunt întrebuinţaţi la interacţia cu mediul sistemului.

Mecanismul de direcţionare are grijă ca robotul să-şi îndeplinească obiectivul cu succes,

evaluând informaţiile senzorilor. Acest mecanism reglează motoarele şi planifică mişcările

care trebuiesc effectuate.

Astăzi, roboţi sunt folosiţi pe scară largă în efectuarea de munci ieftine şi cu o mai

mare precizie şi fiabilitate decat cele executate de om. In general oamenii au o percepţie

pozitivă de roboţi fiind larg folositi în procesul de fabricaţie, montaj şi ambalare, de

transport, de explorare in spatiu, chirurgie, armament, laboratoare de cercetare, producţie de

masă şi de bunuri de consum sau industriale.

Particularitatile robotului ER-6.

Putem defini patru particularitati importante pe care le indeplineste ER-6 ca sa poata fi

incadrat in categoria robot mobil autonom:

1. Interactiunea.

ER-6 poate interactiona cu mediul, cu alti roboti sau cu oamenii, luand decizii pentru

a-si putea îndeplini obiectivul cu succes.

2. Autonomia.

ER-6 poate opera fara interventie umana pentru a efectua diferite activităţi într-o

varietate de situaţii specifice lumii reale.

3. Mobilitatea.

ER-6 se deplaseaza corect in spatiu.

4. Reprogramarea.

1

Page 3: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

ER-6 poate fi reprogramat prin intermediul software-ul IziLab pe baza de module si în

C folosind WINAVR.

Tinand cont de aceste particularitati putem intelege de ce ER-6 nu este o masina

automata ci un robot. Am subliniat acest aspect deoarece unii sunt adeptii definitiei simpliste

conform careia "un robot este o masina programata sa indeplineasca o anumita sarcina" deci o

masina de spalat poate fi considerata un robot. Aceasta definitie simplista produce confuzie

generala si nu poate fi luata serios in considerare.

2.1.2. Terminologie. Scurt istoric.

Cuvantul “robot” a apărut pentru prima dată in anul 1921 introdus in piesa R.U.R.

( Robotul Universal al lui Rossum) scrisă de scenaristul ceh Karel Capek in care autorul

parodia cuvantul “robota” (in traducere inseamna muncă in limba rusa şi corvoadă in limba

ceha) . Tema acestei scenete era despre dezumanizarea persoanei intr-o civilizatie bazata din

ce in ce mai mult pe tehnologie. In anul 1923 piesa fiind tradusă in limba engleză, cuvântul

robot a trecut neschimbat în toate limbile pentru a definii fiinţe umanoide protagoniste ale

povestirilor ştiintifico-fantastice. Čapek foloseşte în lucrarea sa motivele clasice de golem.

Denumirea de astăzi a creaturilor lui Čapek este de android. Înaintea apariţiei termenului de

robot s-au utilizat de expemplu în uzinele lui Stanisław Lem termenii automat şi semiautomat.

Termenul de robotica, “robotics” se refera la stiinta care se ocupa de studiul si

utilizarea robotilor.Acest termen a fost prima data folosit de scriitorul si omul de stiinta

american de origine rusa, Isaac Asimov, intr-o scurta povestioara numita “Runaround” in anul

1942.

Pentru a intelege aparitia robotilor si dezvoltarea in timp a roboticii voi prezenta

evolutia cronologica si etapele semnificative care au pus bazele progresului tehnologic din

acest domeniu.

2

Page 4: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

ANUL SEMNIFICATIA NUME

ROBOT

INVENTATOR

/ COMPANIE

Primul

secol

d.Hr

Descrieri a peste 100 de masini si automate,

incluzand motorul de foc, moara de vant,

masini de executat monezi precum si

motorul electric cu abur.

Ctesibius din

Alexandria,

Philo din

Byzantium,

Heron din

Alexandria

1206 Robot umanoid programabil O barca cu

patru roboti

muzicieni

Al-Jazari

1495 Design pentru un robot umanoid Mechanical

knight

Leonardo da

Vinci

1733 Rata artificiala confectionata din cupru

suflat cu aur.Rata intindea gatul, lua

grauntele din mana si apoi le

inghitea.Transparenta cavitatii ventrale,

permitea spectatorilor sa urmareasca

procesul de digestie.

Digesting

Duck

Jacques de

Vaucanson

1736 Muzicantul flautist ce interpreta 12 melodii

diferite.

Muzicantul

flautist

Jacques de

Vaucanson

1772 Omul-papusa scria unele cuvinte, propozitii

sidesena cu o deosebita precizie.

Androidul

Gramatic

Jacques-Pierre

Droz

1800 Jucarie mecanica japoneza care servea

ceaiul, picta.

Karakuri toys Hisashige

Tanaka

1801 Joseph Jacquard inventeaza o masina de

produs textile operata de cartele perforate.

Masina de

produs textile

Joseph Jacquard

1865 Omul cu aburi era o locomotiva cu chip de

om.

Omul cu aburi Johny Brainerd

1885 Robotul avea un proiector puternic iar din

ochi ieseau descarcari electrice.

Omul electric Frank Reade

1900 Un gigant cu o inaltime de 2 m din lemn Omul automat Luis Philip

3

Page 5: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

cauciuc si metal.

1921 Termenul de Robot a fost introdus pentru

prima data de Karel Capek in piesa

“R.U.R." sau "Rossum's Universal Robots".

Rossum's

Universal

Robot

Karel Capek

1938 Willard Pollard si Harold Roselund

realizeaza o masina de vopsit programabila.

Masina de

vopsit

programabila

Willard Pollard

si Harold

Roselund

1939 Primul robot construit a fost Electro si era

insotit de un ciine robot: Sparko. Ei au fost

prezentati la Expozitia Mondiala din New

York din 1939. Electro spunea 77 de

cuvinte si se putea misca inainte si inapoi.

Electro si

Sparko

Westinghouse

Electric

Corporation

1940 Realizarea manipulatoarelor sincrone pentru

manevrarea unor obiecte in medii

radioactive.

1942 Isaac Asimov a inceput sa scrie despre

roboti punand bazele stiintei pe care o

numim astazi robotica.Autorul a propus

legile roboticii sau mai bine zis ale

existentei unui robot .

Povestirea

„Pribeagul”

Isaac Asimov

1946 George Devol patenteaza "a playback

device for controlling machines "

George C.

Deval

1948 Norbert Wiener, profesor la M.I.T., publica

Cybernetic

Lucrarea

„Cybernetic”

Norbert Wiener

1951 Un brat dirijat de la distanta este facut de

Raymond Goertz pentru Atomic Energy

Commission.

Brat dirijat de

la distanta

Raymond

Goertz

1954 Kernward din Anglia a brevetat un

manipulator cu două braţe.

Manipulator

cu două braţe

Kernward

1954 Primul robot programabil este construit de

George C. Deval. Unimation, devine prima

companie de produs roboti. George C.

Deval a brevetat in anul 1954 un dispozitiv

de transfer automat, dezvoltat in anul 1958

Robot

programabil

George C.

Deval

4

Page 6: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

de firma americană Consolidated Control

Inc.

1959 Joseph Engelberger achiziţionează brevetul

lui Deval şi realizează in 1960 primul R.I.

Unimate in cadrul firmei Unimation Inc.

R.I. Unimate Joseph

Engelberger

1959 Planet Corporation devine prima companie

ce produce roboti pentru productie.

Roboti pentru

productie

Planet

Corporation

1962 General Motors instaleaza primul robot pe o

linie de asamblare a automobilelor.

Robot de

asamblare a

automobilelor

General Motors

1968 In uzina din Lordstown s-a instalat prima

linie de sudare a caroseriilor de automobile

dotată cu 38 de roboţi Unimate. A rezultat

ca robotul era cel mai bun automat de

sudură in puncte.

Roboţi

Unimate

1968 Prin asocierea cu firma Kawasaki N.I., în

Japonia a început fabricaţia de roboţi

Unimate, implementarea lor in industria

automobilelor având loc în 1971 la firma

Nissan-Motors.

Fabricaţia de

roboţi

Unimate

Kawasaki N.I

1971 Firma A.S.E.A. din Suedia realizează in

1971 robotul industrial cu acţionare

electrică Irb6 destinat operaţiilor de sudură

cu arc electric.

Robotul

industrial cu

acţionare

electrică Irb6

A.S.E.A.

1973 Primul robot controlat de un minicomputer

este realizat de Richard Hohn for Cincinnati

Milacron Corporation. Robotul este denumit

T3, The Tomorrow Tool.

Robotul T3 Richard Hohn

1975 Firma de maşini unelte Cincinatti Milacron

(S.U.A.) realizează o familie de roboţi

industriali actionaţi electric T3 ( The

Tommorow’s Tool).

Roboţi

industriali

actionaţi

electric T3

Cincinatti

Milacron

Brate atriculate robotice sint folosite de

5

Page 7: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

1976 probele spatiale Viking 1 si Viking 2. 

1978 Companiile Unimation şi General Motors

lansează robotul PUMA(Programable

Universal Machine for Assembly).

Robotul

PUMA

Victor

Scheinman

1980 Incepe practic explozia industriala

robotica.In Romania in anul 1980 s-a

fabricat primul robot RIP63 la Automatica

Bucureşti după modelul A.S.E.A. iar prima

aplicaţie industrială cu acest robot de sudare

in arc electric a unei componente a şasiului

unui autobuz a fost realizată in anul 1982 la

Autobuzul Bucureşti. Un alt robot indigen

este REMT-1 utilizat intr-o celula de

fabricaţie flexibilă la Electromotor

Timişoara pentru prelucrarea prin aşchiere a

arborelor motoarelor electrice.

Robot RIP63

Robot indigen

REMT-1

Automatica

Bucureşti

Electromotor

Timişoara

1997 P3 – robot umanoid realizat de Honda

Motor Co.

Robot P3 Honda Motor

Co.

1999 AIBO un cine robot cantarind 1,6kg facut

de Sony.

AIBO Sony

2000 ASIMO – robot umanoid realizat de Honda. ASIMO Honda

2002 Expozitia de roboti Robodex la care a fost

prezent robotul destinat gospodariei SDR-

4X la firmei Sony care recunoaste dupa

glas, memoreaza cuvinte si comenzi

SDR-4X Sony

2003 Robotul dadaca are trasaturi omenesti si este

destinat pentru supravegherea copiilor

Wakamuru

2004 Robot android ce canta la trompeta Robot android Toyota

6

Page 8: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

2.1.3. Legi ale roboticii.

Scriitorul de literatura Science Fiction si omul de stiinta american de origine rusa,

Isaac Asimov, intr-o scurta povestioara numita “Runaround” publicata in anul 1942 a propus

trei legi ale roboticii sau ale existentei unui robot.Ulterior, Isaac Asimov a formulat si ceea ce

in robotica poarta numele de legea zero.Isaac Asimov este recunoscut ca fiind printre oamenii

care au pus bazele roboticii si care a influentat profund alti scriitori si ganditori in privinta

acestui subiect. Ca urmare a Legii 0, toate celelalte legi se modifica corespunzator, Legea 0

fiind legea suprema. Legile existentei unui robot sunt:

Legea 0.Un robot nu are voie sa provoace vreun rau umanitatii, sau prin inactivitate sa

permita vreun rau umanitatii.

Legea 1.Un robot nu are voie sa raneasca o persoana umana, sau sa permita ranirea

unei personae umane prin inactivitatea acestuia, cu exceptia cazului cand aceasta lege

contravene cu vreo lege anterioara.

Legea 2.Un robot trebuie sa respecte toate ordinele date de o persoana umana, cu

exceptia acelor reguli care intra in conflict cu vreo lege anterioara.

Legea 3.Un robot trebuie sa-si protejeze propria existenta atat timp cat aceasta

activitate nu intra in conflict cu legile anterioare.

Aceste legi au fost preluate mai tarziu de alti scriitori de Science Fiction cat si de

oameni de stiinta, ca si principii de baza pentru existenta unui robot.

7

Page 9: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

2.1.4. Clasificare roboti.

2.1.4.1. Din punctual de vedere al gradului de mobilitate se cunosc roboti ficsi

si mobile.

2.1.4.2. Din punct de vedere al informatiei de intrare si a metodei de instruire

exista:

2.1.4.2.1. Roboti actionati de om;

2.1.4.2.2. Roboti cu sistem de comanda cu relee (secvential);

2.1.4.2.3. Roboti cu sistem secvential cu program modificabil ;

2.1.4.2.4. Roboti repetitori (cu programare prin instruire);

2.1.4.2.5. Roboti inteligenti;

2.1.4.3. Din punct de vedere al sistemului de coordonate robotii sunt in sistem

de coordonate carteziene, cilindrice si sferice;

2.1.4.4. Din punct de vedere al sistemului de comanda:

2.1.4.4.1. Comanda punct cu punct (unde nu intereseaza traiectoria

propriuzisa);

2.1.4.4.2. Comanda pe contur (implica coordonarea miscarii axelor);

2.1.4.4.3. Comanda pe intreaga traiectorie (implica toti parametrii de

miscare);

2.1.4.5. Din punct de vedere al sistemului de actionare : hidraulica, electrica,

pneumatica, mixta;

2.1.4.6. Din punct de vedere al preciziei de pozitionare : sub 0,1mm,

(0,1÷0,5)mm, (0,5÷1)mm, (1÷3)mm, peste 3 mm;

2.1.4.7. Din punct de vedere al tipului de programare :

2.1.4.7.1. Cu programare rigida (fara posibilitati de corectie);

2.1.4.7.2. Cu programare flexibila (exista posibilitatea modificarii

programului);

2.1.4.7.3. Cu programare adaptiva (exista posibilitatea adaptarii automate

a programului in timpul functionarii)

8

Page 10: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

2.2. Tipuri de roboţi. Aplicatii.

Termenul de robot descrie un domeniu vast si din aceasta cauză roboţii sunt sortaţi pe

categorii. O clasificare a celor mai intalnite tipuri de roboti ar putea fi:

2.2.1. Roboti industriali.

Robotul industrial este un manipulator cu program de lucru

variabil, autonom si cu functionare automata, care reproduce anumite functii

motrice si intelectuale ale omului in realizarea unor operatii de productie auxiliare

sau de baza. El poate realiza cele mai variate succesiuni de operatii de

manipulare in cadrul unor procese de fabricate, aceasta flexibilitate fiind

asigurata pe de o parte prin disponibilitatea unui numar suficient de grade de

libertate(grade de miscare), iar pe de alta parte prin programabilitate.

Din punct de vedere al relatiei om-robot in timpul desfasurarii lucrului

robotilor, acestia se impart in trei mari categorii:

2.2.1.1. Roboti automati realizeaza functiile lor fara participarea directa a

omului in procesul de comanda. Avand in vedere adaptibilitatea lor la

conditiile(starea) mediului in care isi realizeaza functiile, robotii automati se

impar in trei generatii:

2.2.1.1.1. Robotii din generatia I, care se caracterizeaza prin program fix

de functionare, ei fiind capabili sa repete in mod strict operatiile

specificate in program, sub conditia invariabilitatii mediului in care

lucreaza, fara perturbatii externe.Ei nu se adapteaza la schimbarile

mediului, neavand, practic, nici o informatie despre mediul extern.

Programul acestor roboti se poate schimba intr-o oarecare masura si

sunt utilizati cel mai bine la aplicatii industriale pentru operatii ce se

repeta stereotip.

2.2.1.1.2. Generatia a II-a cuprinde robotii adaptivi, capabili sa lucreze in

conditii de mediu variabile sau partial necunoscute initial.Capacitatea

de adaptare robotului la actiunea perturbatiilor date de schimbarile de

mediu este determinate de senzorii cu care se doteaza acesti roboti, de

la care se obtin informatii asupra schimbarii conditiilor externe. Acesti

9

Page 11: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

roboti lucreaza dupa un ciclu de operatii definite in prealabil, dar pot

sa efectueze si operatii sub schimbarea conditiilor de operare.

2.2.1.1.3. Generatia a III-a cuprinde robotii inteligenti, posedand oarecari

caractere de inteligenta artificiala, gradul lor de inteligenta variind in

raport cu functiile care au fost dorite initial. Acesti roboti sunt capabili

sa-si defineasca actiunile instantanee luand in considerare informatiile

obtinute prin senzori tactili, vizuali sau de zgomot asupra mediului de

operare, sa rezolve probleme particulare si sa-si modifice modul de

actiune in concordanta cu variatiile mediului de operare.

2.2.1.2. Roboti biotehnici sunt robotii la care exista o permanenta participare a

operatorului uman in procesul de comanda. Sunt impartiti in trei subgrupe:

2.2.1.2.1. Roboti comandati pas cu pas, prin actionarea de catre

operatorul uman a unui buton sau maneta, este pus in functiune unul

din gradele de miscare ale robotului.

2.2.1.2.2. Roboti copiativi, denumiti si master-slave robots sunt constituiti

din doua lanturi cinematice deschise, primul lant (master) avand

miscarea comandata de operatorul uman, iar al doilea (slave) copiind

la scara aceasta miscare si efectuand operatiile de manipulare pentru

care este destinat robotul. In alte cazuri, legatura dintre master si slave

este indirecta, prin teletransmisie. In ambele cazuri, operatorul uman

trebuie sa vada tot timpul miscarea elementului manipulat de slave,

aceasta printr-o fereastra sau pe un ecran display.

2.2.1.2.3. Roboti semiautomati la care operatorul uman participa

nemijlocit in procesul de comanda, dar in acelasi timp cu el lucreaza si

un calculator universal sau specializat. Semnalul de comanda la aceste

sisteme este dat de operatorul uman, obisnuit printr-o maneta de

comanda ce poate avea 3-6 grade de miscare. Semnalul obtinut prin

apasarea manetei dupa un grad de miscare oarecare este preluat de

calculator, care efectueaza calcule si formeaza semnalele de comanda

pentru fiecare grad de miscare al organului de executie al robotului.

2.2.1.3. Robotii interactivi se caracterizeaza prin faptul ca operatorul uman are

numai o participare periodica in procesul de comanda, in restul timpului

robotul fiind comandat automat de calculatorul electronic. Acesti roboti pot

functiona in regim automatizat, cu alternarea permanenta a regimului

10

Page 12: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

biotehnic cu eel automat, cu comanda de supervizare sau cu comanda

dialog. Prin utilizarea acestor roboti se ating doua scopuri. Pe de o parte,

efectuandu-se automat toate operatiile robotului, se obtine productivitatea

maxima a lucrului acestuia. Pe de alta parte, infaptuind comanda la distanta

a robotului de catre om, se obtine posibilitatea efectuarii unor operatii

complexe in locuri in care omul nu poate actiona nemijlocit.Aplicatiile

robotilor interactivi sunt in cercetarea spatiului cosmic, a oceanului, in cazul

unor operatii complexe din mediul industrial, in exploatarea minelor cu

instalatii de teleoperare.

Figura 2.1 Roboti industriali tip manipulator.

2.2.2. Roboti mobili.

Robotii mobili difera in functionare fata de robotii industriali . Din aceasta cauza

problematica robotilor mobili este diferita de cea a robotilor industriali . Problemele unui

robot mobil sunt : stabilitatea vehiculului, propulsia, comanda si controlul.Daca robotul se

deplaseaza singur avem probleme cu software-ul(alegerea traseului si ocolirea obstacolelor) .

Daca robotul este telecomandat sau radioghidat sunt probleme legate de transmiterea si

primirea informatiilor de la robot .

Robotii mobili au intrebuintari multiple datorita diverselor functii pe care le

indeplinesc.

2.2.2.1. Robot mobil teleoperat

2.2.2.1.1. Aplicatii ale robotilor in medii ostile.

2.2.2.1.1.1. Detectarea minelor antipersonal.

11

Page 13: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Distrugerea acestor mine este o peraţiune periculoasă şi costisitoare. Din acest motiv

există în prezent mai multe proiecte ce încearcă rezolvarea acestei probleme. Soluţiile alese

constau de obicei dintr-un robot mobil (ca unitate de execuţie) un algoritm de scanare a

suprafeţei ce trebuie eliberată, un element pentru detonarea sau dezamorsarea minelor

reperate. Reperarea se face în funcţie de tipul minelor folosite cu diferiţi senzori: detector de

metale, senzor infraroşu, electro-optic, multi spectral, cu dispozitive radar cu diferite lungimi

de undă, senzori cu unde acustice, detectarea particulelor cu sarcini, rezonanţă, senzori

chimic, biologici.

Figura2.2.Robot mobil detector de mine.

2.2.2.1.1.2. Inspecţia în zone contaminate nuclear.

Acest tip de robot trebuie să fie proiectat să facă faţă unei astfel de situaţii, să fie imun

la radiaţii ridicate, să poată depăşi obstacole de diferite forme (obstacole ce rezultă în urma

unei exploziei), să fie capabili să furnizeze date corecte în aceste situaţii personalului de

teleoperare.

Figura 2.3- Robot mobil folosit la inspecţii în urma dezastrelor nucleare

2.2.2.1.1.3. Intervenţiile în cazul ameninţărilor cu bombe şi a

muniţiei neexplodate.

Aceşti roboţi mobili au posibilitatea de a urca si coborî scări, deschide uşi, ridica

obiecte. În majoritatea cazurilor sunt echipate cu un dispozitiv folosit la detonarea voită a

explozibilului.

12

Page 14: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Figura 2.4.a) Robot mobil folosit la detectarea dispozitivelor explozive capcană.

Figura 2.5.b) Robot mobil echipat cu dispozitiv de distrugere a bombelor (disruptor).

2.2.2.1.1.4. Roboţii mobili folosiţi în cercetarea spaţială.

NASA este unul dintre sponsorii principali ai Institutului de Robotică de la CMU;

unele din proiectele de cercetare explorează construcţia roboţilor care ar putea funcţiona pe

staţia spaţială, în lipsa gravitaţiei, şi care se pot deplasa pe structuri metalice de forma unor

schele.

Unul dintre cei mai cunoscuţi roboţi mobili teleoperaţi este Sojourner.

Sojourner a fost conceput de către JPL (Jet Propulsion Laboratory, laborator NASA) în

cadrul proiectului Mars Pathfinder. Sojourner este un robot cu 6 roţi motoare pe un şasiu

inovativ introdus de către NASA. Acest tip de şasiu ales de către NASA a fost special

conceput pentru a face faţă problemelor apărute datorită suprafeţei plenetei Marte. Aceasta

este cunoscută pentru multitudinea de obstacole de diferite dimensiuni întălnite.

13

Page 15: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Figura 2.6. - Robot mobil Sojourner- depăşirea unui obstacol.

2.2.2.1.2. Teleoperarea în zone inaccesibile omului

2.2.2.1.2.1. Inspecţia conductelor

Sistemele de inspecţie a conductelor sunt formate uzual din mai multe părţi: robotul

mobil ce oferă platforma locomotorie, o cameră video uzual montată pe un dispozitiv ce

permite rotirea şi înclinarea acesteia şi unelte necesare efectuarea altor teste sau reparaţii.

Dintre testele ce pot fi efectuate amintim cele de natură nedistructivă, cum ar fi probe cu

lichide penetrante, scanări ultrasonice, cu raze x. Acestea se efectuează periodic pentru a

verifica parametrii conductei în cauză.

Figura 2.7. - Robot mobil folosit la inspecţia ţevilor.

2.2.2.1.3. Inspecţia în zone greu accesibile.

Pentru a putea pătrunde în zone greu accesibile este nevoie de roboţi mobili de

dimensiuni foarte reduse. Aceste dimensiuni reduse au însă un impact asupra calităţii

teleprezenţei. În special calitatea imaginilor video teletransmise este scăzută datorită distanţei

la sol foarte mici. Pentru a depăşi acest inconvenient au fost concepuţi roboţi mobili ce îşi

modifică forma în timpul operării.

14

Page 16: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Printre aplicaţiile cele mai importante pentru acest tip de roboţi mobili enumerăm:

descoperirea de victime în cazul cutremurilor sau a unor explozii, inspecţia clădirilor (în

special inspecţia fundaţiilor).

Figura 2.8. - Robot mobil pentru zone greu accesibile. Modificarea formei în timpul

operării.

2.2.2.1.4. Roboţii subacvatici.

Aceştia operează uzual la adâncimi destul de mari, de până la 7000-8000 de metri

adâncime. Printre aplicaţiile uzuale numărăm: cartografiere, detectarea de epave, readucerea

la suprafaţă a diferitor obiecte (cum ar fi bucăţi de epavă, chiar elicoptere sau alte aparate de

zbor), inspecţia epavelor, salvarea scufundătorilor sau a altor naufragiaţi.

Figura 2.9. - Robot subacvatic de recunoaştere teleoperat.

2.2.2.1.5. Roboţii militari mobili.

În cadrul militar folosirea roboţilor mobili aduce numeroase avantaje. Se pot efectua

operaţiuni de recunoaştere, de spionaj fără riscul pierderilor de trupe (sau de divulgare a

15

Page 17: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

informaţiilor la capturarea acestora), suport logistic (transport de muniţie, medicamente,

combustibil), evacuare medicală a soldaţilor răniţi, operaţiuni de căutare şi salvare.

Figura 2.10. - Robot mobil militar multifuncţional.

2.2.3. Robot mobil autonom.

2.2.4. Robot mobil umanoid.

Roboţi umanoizi trebuie să acţioneze şi să reacţioneze autonom în mediu, mobilitatea

lor fiind restrânsă la cele două picioare ca locomoţie. Roboţii umanoizi pot fi clasificaţi ca

roboţi păşitori, abilitatea mersului biped, în poziţie dreaptă, este considerată ca o condiţie

esenţială.Acestia mai trebuie să fie capabili de a lucra cu braţele şi mâinile (manipularea şi

prinderea).

Figura 2.11. Robotul umanoid ASIMO produs de Honda.

16

Page 18: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Figura 2.12. Robotul umanoid SUMO-Fujitsu

2.2.5. Robot casnic.

Robotul casnic lucrează autonom în gospodărie. Printre aplicatiile cunoscute se

numara: robot aspirator, robot de tuns gazonul, robot de spălat ferestrele.

2.2.6. Robot jucarie.

Nu se cunoaste exact unde este granita dintre un robot si o jucarie electronica

avansata.Orice jucarie cu un circuit integrat care executa cateva sarcini elementare este

denumita imediat robot pentru ca suna bine, dar cred ca se abuzeaza excesiv de acest termen.

Figura 2.13.-Robot jucarie Robosapien V2

Robosapien V2 este un robot jucarie, bazat pe stiinta aplicata a roboticii biomorfice,

ceea ce il face sa se miste si sa reactioneze asemeni unui organism viu.

Acesta face parte din penultima generatie de roboti, dotati cu functii care le ofera

autonomie (pot interactiona cu mediul inconjurator fara a avea nevoie de comenzi date de

utilizatorul uman prin intermediul telecomenzii) ; interactiunea cu mediul inconjurator se

bazeaza in special pe senzorii sonori (stereo-fonie distinge din ce parte ii vin sunetele - stanga

sau dreapta), senzorii de miscare, senzorii de atingere (maini, picioare), camera video

(recunoastere forme si culori).

17

Page 19: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Privind tipurile de roboti ne putem da seama ca acestia raspund unor aplicatii

industriale sau neindustriale.

Aplicatiile neindustriale au o dezvoltare spectaculoasa si voi detalia aplicatii concrete

precum si aplicatii abordabile in colective de ingineri din diferite domenii.Aceste domenii

sunt constructiile, reabilitarea bolnavilor, comert, transport si circulatia marfurilor,

administratia locala, protectia mediului inconjurator si agricultura; supraveghere, inspectie,

protectia de radiatii si interventii in caz de

catastrofe; hoteluri si restaurante; in medicina, gospodarie, hobby si petrecerea

timpului liber.

In medicina: sisteme robotizate pentru diagnoza prin ecografie, sisteme

robotizate pentru interventii neurochirurgicale; vehicule ghidate automat pentru transportul

bolnavilor imobilizati la pat; vehicule ghidate automat pentru transportul medicamentelor,

alimentelor; vehicule ghidate automat pentru activitati de

curatenie si dezinsectie in spitale; sisteme robotizate pentru pregatirea prin

simulare, inainte de operatie, a unor interventii chirurgicale.

Pentru reabilitare se pot identifica urmatoarele aplicatii: scaun cu rotile

pliant, imbarcabil in autoturisme; manipulator pentru deservirea persoanelor

paralizate, vehicul pentru conducerea nevazatorilor .

In constructii: vehicul ghidat automat pentru asfaltarea soselelor; excavatoare

autonome, sistem robotizat pentru compactarea si nivelarea suprafetelor turnate din beton;

sistem robotizat pentru inspectarea fatadelor cladirilor; sistem robotizat pentru

montarea/demontarea schelelor metalice.

In administratia locala: vehicul autonom pentru curatirea zapezii de pe

autostrazi; vehicul autonom pentru mentinerea curateniei pe strazi; sistem

robotizat pentru inspectia si intretinerea automata a canalelor.

Pentru protejarea mediului inconjurator: sistem robotizat de sortare a

gunoiului in vederea reciclarii, sistem automat de inspectare, curatare si

reconditionare a cosurilor de fum inalte; platforme autonome mobile pentru

decontaminarea cladirilor, strazilor; vehicul ghidat automat pentru

decontaminarea solului.

In agricultura, dintre aplicatiile posibile amintim: sistem robotizat de

plantare a rasadurilor; sistem robotizat de culegere a fructelor; sistem robotizat

de culegere a florilor; sistem robotizat de tundere a oilor etc.

In comert, transporturi, circulatie: vehicule ghidate automat pentru

18

Page 20: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

intretinerea curateniei pe suprafete mari (peroane de gari, autogari si aerogari);

sistem robotizat de curatire automata a fuselajului si aripilor avioanelor; sistem

automatizat de alimentare cu combustibil a autovehiculelor etc.

Hotelurile si restaurantele pot fi prevazute cu: sisteme robotizate pentru

pregatirea automata a salilor de restaurant, de conferinte; sistem de manipulare

automata a veselei; minibar mobil pentru transportul bauturilor, ziarelor etc.

Pentru siguranta si paza: robot mobil de paza pe timpul noptii in muzee;

robot mobil pentru paza cladirilor si santierelor; vehicul autonom pentru stingerea

incendiilor; robot mobil pentru detectarea si dezamorsarea minelor; sistem

robotizat pentru interventii in spatii periculoase etc.

In gospodarie, pentru hobby si petrecerea timpului liber se pot identifica

urmatoarele aplicatii: robot de supraveghere copii pentru diverse intervale de

varsta; robot de gestionare si supraveghere generala a locuintei, robot mobil

pentru pentru tunderea automata a gazonului; instalatie robotizata pentru

curatirea barcilor de agrement si sport.

Aplicatiile industriale cuprind robotii ce actioneaza in medii industriale care au capatat

denumirea de roboti industriali. In general, acestia sunt roboti automati si in cazuri mai rare se

utilizeaza in industrie si roboti biotehnici sau interactivi. Sunt raspanditi, in special, robotii

programati si, mai putin, cei adaptivi. Robotii inteligenti se afla in faza de incercari in

laboratoare sau aplicatii la unele operatii de montaj automat.

Aplicabilitatile robotilor industriali sunt in fabricarea automobilelor (linie de

productie automatizata de sudat, lipit, vopsit si asamblare), in ambalare şi paletizare de bunuri

fabricate, in electronica la fabricarea de circuite sute de mii de componente pe oră, depasind

performantele un om în viteză, precizie şi fiabilitate.

Robotii industriali interactivi sunt utilizati in cercetarea spatiului cosmic, a oceanului,

in cazul unor operatii complexe din mediul industrial, in exploatarea minelor cu instalatii de

teleoperare.

2.3.Robot mobil.

2.3.1. Definitie.

Robotul mobil este un sistem complex care se deplaseaza intr-un anumit mediu fara

interventia umana si poate efectua diferite activităţi într-o varietate de situaţii specifice lumii

reale. El este o combinaţie de dispozitive echipate cu servomotoare şi senzori (aflate sub

19

Page 21: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

controlul unui sistem ierarhic de calcul) ce operează într-un spaţiu real, marcat de o serie de

proprietăţi fizice (de exemplu gravitaţia care influenţează mişcarea tuturor roboţilor care

funcţionează pe pământ) şi care trebuie să planifice mişcările astfel încât robotul să poată

realiza o sarcină în funcţie de starea iniţială a sistemului şi în funcţie de informaţia apriori

existentă, legată de mediul de lucru.

2.3.2. Caracteristici.

Principala lor caracteristica este mobilitatea.

Exista marii diversităţi de variante şi tipuri de roboţi mobili şi o ampla paleta

de utilizări. Există:

2.3.2.1. în funcţie de dimensiuni: macro-, micro- şi nano-roboţi.

2.3.2.2. în funcţie de mediul în care acţionează: roboţi tereşti – se deplasează

pe sol, roboţi subacvatici – în apă, roboţi zburători – în aer, roboţi

extratereştri – pe solul altor planete sau în spaţiul cosmic;

2.3.2.3. în funcţie de sistemul care le permite deplasarea în mediul în care

acţionează, există, de exemplu, pentru deplasarea pe sol: roboţi pe roţi sau

şenile; roboţi păşitori: bipezi, patrupezi, hexapozi, miriapozi; roboţi

căţărători: roboţi târâtori: care imită mişcarea unui şarpe, care imită

mişcarea unei râme etc; roboţi săritori, care imită deplasarea broaştelor,

cangurilor; roboţi de formă sferică (se deplasează prin rostogolire).

2.3.3. Exemple de roboti mobile.

Experienţa multor universităţi prestigioase din lume a confirmat faptul că roboţii

mobili şi, în special, roboţii programabili sunt sisteme mecatronice ideale, care pot fi utilizate

pentru a spori creativitatea studenţilor si interesul ştiinţific.

Robotul ER-6 care face scopul acestei lucrari, este un robot folosit in scopuri

educationale, programabil in software-ul IZIlab in functie de diferite tipuri de module.Din

acest motiv voi insista in acest subcapitol asupra unui singur tip de roboti mobili, si anume

robotii didactici folositi doar pentru cercetare in domeniul universitar.

ActivMedia Robotics LCC este recunoscuta ca fiind printre firmele din domeniul

tehnologiei cu o gama larga de roboti folositi in scopuri educationale pentru cercetare.Dintre

robotii educationali care s-au bucurat de un real success sunt robotii din seria Pioneer, precum

si robotul AmigoBot.

20

Page 22: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

2.3.3.1. Pioneer 3 DX

Robotul Pioneer 3 DX de dimensiune 44×38×22 cm suporta greutati de pana la 23 kg

datorita scheletului mecanic din aluminiu si a celor trei roti(doua de diametru 16.5cm si o a

treia mai mica pentru stabilitate) si poate atinge viteza de 1.6 metri/secunda.

Acest robot are opt senzori cu ultrasunete asezati intr-o configuratie de 180 grade care pot citi

date corect intre 15 cm si 7 m.

Figura 2.14.a)-Pioneer 3 DX, vedere frontala.

Gama de accesorii pentru robotul Pioneer 3 DX contine: acces la retea wireless

Ethernet, sistem de localizare si navigare bazat pe senzori laser, gripper, senzori pentru

evitarea coliziunilor (bumper sensors), camera video stereo, senzori bazati pe unde in spectru

infalrosu, siatem de localizare bazat pe GPS.

21

Page 23: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Figura 2.14.b)-Pioner 3 DX, vederea din spate.

2.3.3.2. Pioneer 3 AT.

Dotarile standard ale acestui robot sunt : 16 senzori cu ultrasunete, camera cu vedere

de noapte, baze radio wireless Ethernet, GPS, patru roti ce pot fi folosite pe orice tip de teren,

cu precedere cel accidentat.

Figura 2.15-Pioneer 3 AT.

2.3.3.3. AmigoBot.

Amigobot este ideal pentru aplicatii didactice datorita dimensiunilor si pretului redus.

Acestra este echipat cu 8 senzori cu ultrasonice, sase dispuse in fata robotului si doua in

spatele acestuia.Exista doua versiuni de Amigobot:

2.3.3.3.1. Amigobot “Tethered”, versiunea cu fir a robotului ce permite

deplasarea pana la distante de maxim 5 m de calculatorul personal la

care este conectat.

Figura 2.16.a) Robotul Amigobot in versiunea tethered.

2.3.3.3.2. Amigobot “Wireless”, versiunea fara fir a robotului ce foloseste

o baza radio instalata pe robot pentru a comunica cu un

calculator.Distanta maxima pana la care comunicatie se poate

desfasura cu success este de 100m.

22

Page 24: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Figura 2.16.b) Robotul Amigobot versiunea wireless.

2.4.Robot mobil autonom.

Testarea sistemelor robot mobile se bazeaza pe notiunea de autonomie, adica abilitatea

unui robot de a îndeplini în siguranta misiunea primita (fara interventia omului). Autonomia

robotului este implementata cu ajutorul tehnicilor de inteligenta artificial.

2.4.1. Definitie.

Un robot autonom este o combinatie de dispozitive echipate cu servomotoare si

senzori aflate sub controlul unui sistem ierarhic de calcul. El opereaza intr-un spatiu real,

populat cu obiecte fizice, si trebuie sa-si planifice miscarile astfel incit sa poata realiza o

sarcina in functie de starea initiala a sistemului si functie de informatia apriori existenta,

legata de mediul de lucru.Succesul in indeplinirea acestor sarcini depinde atit de cunostiintele

pe care acesta le are asupra configuratiei initiale a spatiului de lucru cit si de cele obtinute pe

parcursul evolutiei sale.

2.4.2. Caracteristici.

2.4.3. Probleme ale navigaţiei autonome.

2.4.4. Exemple de roboţi mobili autonomi.

Figura 2.17.Robotul Rovio

23

Page 25: Cap2 Generalitati Privind Robotii

Generalitati privind robotii

Acest robot poate fi controlat de la distanta cu ajutorul unui dispozitiv capabil de

navigare pe internet, oferind posibilitatea de a monitoriza locuinta din orice loc din lume.

Sistemul audio si video de inalta rezolutie (640×480) foloseste formatul de codare MPEG4,

robotul putand captura si imagini statice pe care le trimite automat la o adresa email.

Microfonul si difuzoarele incorporate permit comunicarea in ambele sensuri.

Sasiul robotului se sprijina pe trei roti iar camera este amplasata pe un brat care se poate

extinde pentru a cupride o zona cat mai larga de observatie. Robotul poate fi programat sa

urmeze 10 cai personalizate de patrulare. Acesta va urma calea programata depistand si

ocolind obstacolele cu ajutorul unui senzor infrarosu.

Robotul are o autonomie de doua ore dupa care poate localiza singur dispozitivul de

reincarcare utilizand un senzor infrarosu. O reincarcare completa dureaza doua ore.

24