Aria Culicular Tehnologic Specialitatea:Tehnician Mecatronist ndrumtor: Executant: Prof.Dsclete Remus Elev:Gman MihaiClasa a XII-a G

1

Cuprins Introducere.3 Prezentare general....5 Domenii de utilizare.9 Previziuni Statistici.................................... Roboti industriali la lucru in cadrul departamentului de livrri

2

Introducere. Clasificarea roboilor industriali conform I.S.O. Robotul poate fi definit ca o instalaie pentru automatizarea operaiilor pe care n condiii clasice le realizeaz omul, cu mana sa, sub supravegherea ochiului, coordonarea ochi-mana realizndu-se de ctre creier. Pe lng roboi, operaii de manipulare executa si manipulatoarele. Din cele de mai sus putem realiza urmtoarele definiii:o o

Robotul are o structura mecanica mai complexa (mai multe grade de mobilitate) si este condus dup un program flexibil. Manipulatoarele au o structura mecanica mai simpla (mai puine grade de mobilitate) si este condus dup un program rigid (greu modificabil).

Avem doua mari categorii de roboti : - Fici, cei care sunt imobili fata de anumite componente ale mediului in care evolueaz Mobili, cei care se pot deplasa, folosind in acest scop: roi enile prin pire trre.

Vehiculele ghidate automat sunt roboi mobili, cu deplasare pe roi / enile. Familia roboilor este compusa din: o o o roboi manipulatoare instalaii de teleoperare3

o o o o o o

proteze orteze manipulatoare medicale exoschelete amplificatoare vehicule ghidate automat maini pitoare si trtoare

Toate care se aseamn structural (au un sistem de conducere, unul de acionare si unul mecanic) i constructiv (au ca baza mecanisme cu cuple cinematice inferioare), realizeaz familia roboi. Robot industrial este un sistem integrat mecano-electronoinformational, utilizat in prcesul de productie in scopul realizarii unor functii de manipulare analoage cu cele realizate de mana omului, conferind obiectului manipulat orice miscare programata liber, in cadrul unui proces tehnologic ce se desfasoara intr-un mediu specific. Robotul industrial executa miscari dupa un program flexibl,usor modificabil,in functie de sarcinile de productie si de conditiile de mediu. Flexibilitatea (n programarea roboilor): -usurinta cu care pot fi schimbate programele de functionare; -limitele intre care se pot comanda valorile parametrilor cinematici; -numarul si modul de miscare a secventelor de miscare; -posibilitatea dozarii miscarilor in vederea generarii unor miscari complexe; -modul de introducere a programelor;

4

Fig1.1 Bra robotic manipulator

5

Roboi Industriali prezentare general Noiunea de robot dateaz de peste 4 mii de ani. Omul i-a imaginat dispozitive mecanizate inteligente care sa preia o parte nsemnat din efortul fizic depus. Astfel a construit jucrii automate i mecanisme inteligente sau si-a imaginat roboii in desene, cri, filme "SF" etc. Termenul "robot" a fost folosit in 1920 de cehul Karel Capek intr-o piesa numit "Robotul universal al lui Kossum". Ideea era simpl: omul face robotul dup care robotul ucide omul. Multe filme au continuat sa arate c roboii sunt mainrii duntoare i distrugtoare. Dup 1977 tendina multor productori a fost de a umaniza forma roboilor i de a crea androizii. In 1941 Isaac Asimov a folosit cuvntul "robotizare" pentru descrierea tehnologiei roboilor i a prezis creterea unei industrii robotice puternice. n 1956 a luat fiina prima companie ce realiza roboi industriali, iar n 1961 Compania de automobile "General Motors" "angaja" primul robot industrial. ncepnd cu 1980 asistm la o expansiune a roboilor industriali in diverse industrii. Roboii ofer beneficii substaniale muncitorilor, industriilor i implicit rilor. In situaia folosirii in scopuri panice, roboii industriali pot influena pozitiv calitatea vieii oamenilor prin nlocuirea acestora n spaii: periculoase, cu condiii de mediu duntoare omului, cu condiii necunoscute de exploatare etc. Este adevrat c roboii industriali prin calitile lor pot cauza reduceri masive de personal acolo unde sunt implementai, dar creeaz si meserii alternative: tehnicieni n industria robotizrii; ingineri; vnztori; programatori; supervizori etc. Beneficiile introducerii roboilor n industrie includ managementul controlului i al productivitii i creterea evidenta a calitii produselor. Roboii pot lucra zi si noapte fr a obosi sau a-i reduce performana. Consecvent realizeaz reduceri substaniale ale preului de cost in primul rnd prin reducerea consumurilor de materii prime i al prelucrrii automate a acestora. De asemenea utilizarea roboilor aduce avantaje pe piaa concurenial. Prin dezvoltarea rapid a industriei i a tehnicii de calcul,

6

putem observa evoluia roboilor industriali ctre generaiile inteligente ce le ofer caracteristica de a "nelege" mediul in care lucreaz. Structura general a roboilor industriali depinde foarte mult de utilitatea si scopul pentru care sunt produi. Funciile de baz sunt reprezentate de: subsistemul cinematic; subsistemul de acionare; subsistemul de comand i programare; subsistemul senzorial. Subsistemul cinematic cuprinde structura capabil sa execute micrile pentru a aciona asupra mediului nconjurtor. Astfel n funcie de mediul in care este folosit, robotul poate fi dotat cu: roi; enile; picioare mecanice; diveri supori benzi transportoare

Fig2.1 Banda transportoare Organul de execuie al robotului este alctuit dintr-un lan cinematic nchis sau deschis oferind diverse grade de libertate prin intermediul crora dispozitivul de lucru poate aciona: man mecanic; dispozitiv de manevrare;7

dispozitiv de apucare Aceste dispozitive finale ce interacioneaz direct cu prelucrarea final a obiectelor supuse unui ciclu de producie, pot fi nlocuite cu dispozitive specializate pentru anumite operaii tehnologice: vopsire, sudare, testare etc. Forma si mecanismele de micare a roboilor industriali depind de sistemul de coordonate in care se realizeaz micarea diverselor segmente. Dac in situaiile unor coordonate cilindrice si sferice, robotii au grade relativ reduse de micare, in coordonatele polare prezint un coeficient ridicat de antropomorfism. Ansamblu alctuit din "bra", "antebra" legate prin articulaii "cot" se poate deplasa att in plan orizontal ct i vertical. n prezent s-au impus soluii de ncheieturi cu trei axe de rotaie dotate cu servo-comenzi ce permit o poziionare uoar.

Fig2.2 Bra mecanic cu articulaii In ceea ce privete dispozitivele de apucare, pe lng sistemele clasice de apucare cu "degete" robotii industriali pot fi dotai si cu alte modaliti de apucare: vacumatic, magnetic etc. Dispozitivele de presiune trebuie sa corespunda dorinei utilizatorului, fiind o condiie determinanta pentru succesul unei aplicaii cu roboi industriali. O alta caracteristic important este reprezentat de subsistemul senzorial al roboilor in strnsa legtura cu subsistemul de comand i8

programare. Dac n anii '80 erau folosite benzile de hrtie perforate pentru introducerea software-ului, in zilele noastre sunt folosite cipuri evoluate ce ofer in anumite situaii putere de "decizie". Astfel, in septembrie '94 noiunea de robot industrial cunoate o alternativa in sistemul de acionare: acionarea prin intermediul reelei World Wide Web. Astfel prin intermediul unui computer conectat la Internet se realiza posibilitatea de a accesa si controla robotul. Ecranul de control oferea utilizatorului suficiente informaii pentru a decide micarea robotului intr-un spaiu cartezian ctre urmtoarea destinaie. Sunt folosite cele trei coordonate x,y,z de micare in spaiu. Este poate unul dintre cele mai bune exemple de implementare cinematica si senzoriala.

Domenii variate in care sunt utilizai Primele cercetri in domeniul roboticii au fost iniiate la nceputul anilor '60. Dup un avnt substanial al aplicaiilor roboticii in domeniul industrial, cu precdere in industria automobilelor, la nceputul anilor '90 s-au conturat multiple aplicaii in domeniile neindustriale (nemanufacturiere). Asupra acestor aplicaii dorim sa atragem atenia, cu att mai mult cu cat s-a estimat ca robotica urmeaz sa joace un rol nsemnat in restructurarea civilizaiei mileniului trei. Aceast dezvoltare, chiar spectaculoas, in direcia aplicaiilor neindustriale justific trecerea in rndurile de mai jos a principalelor subdomenii in care roboii nemanufacturieri sau roboii de serviciu i pot gsi aplicabilitate. Aceste domenii sunt construciile, reabilitarea bolnavilor,comer,transport si circulaia mrfurilor,administraia local,protecia mediului nconjurtor si agricultur; supraveghere, inspecie, protecia de radiaii si intervenii in caz de catastrofe; hoteluri si restaurante; in medicin, gospodrie,hobby i petrecerea timpului liber. Pentru a sugera aplicaii concrete in aceste subdomenii, aplicaii abordabile in colective interdisciplinare de ingineri, sunt precizate mai departe direciile care pot fi avute in vedere. In medicin: sisteme robotizate pentru diagnoza prin ecografie, sisteme robotizate pentru intervenii neurochirurgicale; telemanipulatoare pentru chirurgie laporoscopic; vehicule ghidate automat pentru transportul

9

bolnavilor imobilizai la pat; vehicule ghidate automat pentru transportul medicamentelor, alimentelor, buturilor si lenjeriei de schimb; vehicule ghidate automat pentru activiti de curenie si dezinsecie in spitale; sisteme robotizate pentru pregtirea prin simulare, nainte de operaie, a unor intervenii chirurgicale etc.Pentru reabilitare se pot identifica urmtoarele aplicaii: scaun cu rotile pliant, mbarcabil in autoturisme; manipulator pentru deservirea persoanelor paralizate, vehicul pentru conducerea nevztorilor etc. In construcii: vehicul ghidat automat pentru asfaltarea oselelor, sistem robotizat pentru stropirea betonului in construcia tunelurilor; robot mobil pentru cofraje glisante; excavatoare autonome, sistem robotizat pentru compactarea si nivelarea suprafeelor turnate din beton; sistem robotizat pentru inspectarea faadelor cldirilor; sistem robotizat pentru montarea/demontarea schelelor metalice etc. In administraia locala: vehicul autonom pentru curirea zpezii de pe autostrzi; vehicul autonom pentru meninerea cureniei pe strzi; sistem robotizat pentru inspecia si ntreinerea automat acanalelor etc. Pentru protejarea mediului nconjurtor: sistem robotizat de sortare a gunoiului n vederea reciclrii, sistem automat de inspectare, curare i recondiionare a courilor de fum nalte; platforme autonome mobile pentru decontaminarea persoanelor, cldirilor strzilor; vehicul ghidat automat pentru decontaminarea solului etc. n agricultura, dintre aplicaiile posibile amintim: sistem robotizat de plantare a rsadurilor; sistem robotizat de culegere a fructelor; sistem robotizat de culegere a florilor; sistem robotizat de tundere a oilor etc. In comer,transporturi,circulaie: vehicule ghidate automat pentru ntreinerea cureniei pe suprafee mari (peroane de gri,autogri si aerogri); sistem robotizat de curire automat a fuselajului si aripilor avioanelor; sistem automatizat de alimentare cu combustibil a autovehiculelor etc. Hotelurile si restaurantele pot fi prevzute cu: sisteme robotizate pentru pregtirea automata a slilor de restaurant, de conferine; sistem de manipulare automat a veselei; minibar mobil pentru transportul buturilor, ziarelor etc. Pentru sigurana si paza: robot mobil de paza pe timpul nopii in muzee; robot mobil pentru paza cldirilor si antierelor; vehicul autonom pentru stingerea incendiilor; robot mobil pentru detectarea si dezamorsarea minelor; sistem robotizat pentru intervenii in spatii periculoase etc. In gospodrie, pentru hobby si petrecerea timpului liber se pot identifica urmtoarele aplicaii: robot de supraveghere copii pentru diverse10

intervale de vrsta; robot de gestionare si supraveghere generala a locuinei, robot mobil pentru pentru tunderea automata a gazonului; instalaie robotizata pentru curirea brcilor de agrement si sport etc. Aspectele prezentate vin sa sprijine inteniile de a demara activiti in domeniul roboticii, unele din acestea putnd deveni chiar activiti de succes, care pot constitui adevrate provocri pentru specialitii in robotica sau in domeniile apropiate.

Roboi industriali Previziuni Statistici Avantajele menionate se observ i in statisticile privind roboii industriali. Numrul lor este intr-o continu cretere iar repartiia lor ncepe sa se uniformizeze intre zonele de interes industrial. Dintr-un volum estimat nc din anul 2000 de aproximativ 742.400 de roboi n ntreaga lume, repartiia acestora era estimata astfel: Japonia: 402.200 Uniti; USA: 92.900 Uniti; Germania: 81.200 Uniti; Italia: 35.000 Uniti; Coreea: 33.700 Uniti; Frana: 18.200 Uniti; Marea Britanie: 11.500 Uniti; Spania: 10.500 Uniti; Rusia: 10.000 Uniti; Investiiile in roboi au fost condiionate de performanele roboilor, dar au suferit modificri importante pentru aceleai performante insa la date diferite. Astfel in 1999 un robot cu aceleai performane avea un pre de cost de 1/5 din suma aferenta pentru anul 1990. Preul relativ a sczut de la 100 uniti in 1990 la 31 uniti in 1999, fr ajustri calitative importante si chiar la 15 uniti pentru mbuntirea celor existeni. Creterea exploziv a numrului de roboi a fost cauzat de creterea economic rapida n rile care au fcut investiii n acest domeniu. Creterea11

productivitii muncii a realizat modificri de preuri importante pe pieele respective si daca la nceput s-a mers pe o perioada de 12-16 ani pentru amortizrile investiiilor, s-a constatat ca o parte nsemnat din aceste investiii au fost amortizate uneori mult nainte de termen. Un alt amnunt important rezult din capabilitatea roboilor industriali de a prelua din ce in ce mai multe operaii si aplicaii. O componenta important in robotizare este cererea crescut de calitate in ceea ce privete industria de componente i subansamble care produce "materii prime" ce in alte condiii nu ar fi posibila fr roboi. Ci roboti lucreaz in aceste industrii? ncepnd cu anii '60 pana in 1999 s-au achiziionat peste 1.100.000 uniti, incluznd industria dedicata roboilor industriali din Japonia. Creterea cea mai mare este concetrat in Statele Unite si Europa. Intre 1999 si 2003, vnzrile de roboi industriali in Statele Unite sunt previzionate sa creasc de la 15,000 uniti la 24,000 uniti ceea ce va aduce o cretere de peste 12%. Pentru aceeai perioada, pia europeana este pregtit sa creasc vnzrile de la 25.000 la 37.000 uniti, adic o cretere de peste 10%.

12

Roboti industriali la lucru in cadrul departamentului de livrri Mai ieftin si mai bun devine o condiie pentru implementarea roboilor industriali i a ridicrii capacitilor i performanelor de exploatare. In anii 1990 preul roboilor industriali ncep sa suporte modificri destul de importante innd cont de performantele acestora dar mai ales de caracteristicile mecanice i electronice care sufer o continua dezvoltare. Fcnd o paralela intre 1985 i 1995 obinem date statistice importante, astfel robotii industriali au nregistrat urmtoarele mbuntiri:o o o o o

Capacitate de manevrare +50% Viteza +40% Capaciti mecanice +20% Reducerea numrului de componente de la 100 la 35 Funcionare continua de la 5,000 la 40,000 ore Robotii domestici destinai uzului casnic cu sistem de vacuum sunt introdui pe piaa la sfritul anului 2000. Vnzrile bune ntresc preul bun si conform marketingului acestui produs se pare c vom avea pe piaa peste de milion de uniti. De asemenea apar de la zi la zi roboi miniaturizai ce vor intra intr-o mulime de case si vor suplini o parte din activitile umane. Mai mult dect att tehnologia actuala poate fi folosita in scopul complementarii asistentei umane in cazuri dificile prin intermediul roboilor de asistenta ce suplinesc cu succes asistenii persoanelor handicapate.

13

n cadrul sectorului roboi de serviciu, preul destul de ridicat este nc un impediment, nsa avantajele multiple care le ofer n timp justific investiia. Exact cum ne folosim acum de telefoane mobile, PC-uri aa ne vom putea folosi de "buctrii inteligente" sau "case inteligente" in care diverse echipamente vor fi conectate la un PC care va coordona "muncile" in casa prin intermediul roboilor de serviciu.

14