Roboty przemysłowe, usługowe, specjalne - zastosowania, przykłady

Transkrypt

1 Roboty przemysłowe, usługowe, specjalne - zastosowania, przykłady dr inż. Wojciech Muszyński Zakład Podstaw Cybernetyki i Robotyki wojciech.muszynski@pwr.wroc.pl

2 Elastyczne systemy wytwarzania Elastyczna automatyzacja FMS Flexible Manufacturing System FAS Flexible Assembly System

3 Geneza systemów klasy FMS i FAS Zmiana priorytetów : koszt, jakość szybkość wdrożenia i dostarczenia na rynek. Technologia wytwarzania. Filozofia. Traktowanie produkcji jako system, którym można sterować

4 Elastyczne systemy produkcyjne FMS FMS Flexible Manufacturing System Zintegrowane i sterowane komputerowo kompleksy automatycznych urządzeń transportowych i manipulacyjnych obrabiarek sterowanych numerycznie lub komputerowo, zdolne realizować produkcję szerokiego asortymentu detali przy często zmieniających się wielkościach serii. Systemy te cechuje łatwość przystosowania się do zmian asortymentu, wysoka jakość i wydajność procesu wytwarzania, niskie koszty magazynowania oraz terminowość realizacji zamówienia.

5 Elastyczne systemy montażowe FAS Flexible Assembly System Zautomatyzowana jednostka montażowa mająca możliwość częstego i szybkiego dostosowywania się do zmian zapotrzebowania Składa się z maszyn sterowanych numerycznie i/lub centrów montażu, automatycznych systemów transportu i magazynowania oraz wymiany narzędzi

6 Jak rozumieć elastyczność systemu produkcyjnego? Elastyczność maszyn Elastyczność asortymentu produkcji Elastyczność wielkości montażu Elastyczność procesu wytwórczego Elastyczność montażu Elastyczność personelu

7 Trzy poziomy elastyczności Poziom podstawowy (Basic) Elastyczność maszyn, Elastyczność w zarządzaniu materiałami, Elastyczność operacji Poziom główny (System) Elastyczność ilościowa, Elastyczność rozbudowy, Elastyczność marszruty, Elastyczność procesu, Elastyczność produktu. Poziom nadrzedny (Aggregate) Elastyczność sterowania, Elastyczność produkcji, Elastyczność w stosunku do rynku.

8 Elastyczność produkcji - własności zdolność produkowania zróżnicowanych części bez konieczności generalnego przezbrajania maszyn pozwala określić jak szybko przedsiębiorstwo może przezbroić linie w celu produkcji nowego wyrobu zdolność do zmiany marszruty w celu modyfikacji produkowanych części zdolność do efektywnej produkcji wyrobu odpowiadającego zapotrzebowaniu klientów, szeroka gama oferowanych produktów możliwość szybkiej zmiany poziomu produkcji i wielkości serii

9 Elastyczne systemy produkcyjne Wózek AGV Obrabiarka CNC Magazyn centralny Układnica regałowa Frezarka CNC Robot przemysłowy

10 Elastyczne linie produkcyjne

11 Elastyczne systemy produkcyjne - elementy Maszyny i urządzenia produkcyjne obrabiarki sterowane numerycznie z automatycznymi wymianami narzędzi maszyny pomiarowe, roboty z głowicami narzędziowymi, roboty montażowe Urządzenia transportowe roboty przemysłowe wózki samojezdne (AGV Automated Guided Vehicle) transportery, przenośniki karuzelowe, zmieniacze palet suwnice, układnice regałowe

12 Elastyczne systemy produkcyjne - elementy Magazyny magazyny centralne (AS/RS Automated Storage/Retrieval System) magazyny lokalne magazyny (bufory) międzyoperacyjne przy obrabiarkach, maszynach

13 Elastyczne systemy produkcyjne - elementy Systemy sterowania sieci nadzorujących komputerów i mikroprocesorów dla: kierowania przepływem części i materiałów przez system śledzenia wykonywanych operacji przekazywanie instrukcji do wykonywania operacji do maszyn zabezpieczenie narzędzi nadzorowanie wykonywanych operacji, monitorowanie zdarzeń sygnalizowanie stanów wymagających interwencji

14 Elementy składowe FMS Flexible Manufacturing Module (FMM) np. obrabiarka CNC, bufor cześci, zmieniacz palet

15 Elementy składowe FMS Flexible Manufacturing (Assembly) Cell (F(M/A)C). np. 4 FMM i 1 AGV Flexible Manufacturing Group (FMG). np. 2 FMC, 1 FMM i 2 AGV Flexible Production Systems (FPS). np. 1 FMG, 1 FAC, 2 AGV, automatyczny magazyn narzędzi i cześci Flexible Manufacturing Line (FML). np. kilka stacji ustawionych w linii, z wózkami AGV

16 Wózki AGV Automatic Guided Vehicles Poczatki siegaja lat 50-tych Wyposażone w silniki elektryczne, Poczatkowo ich jedyna funkcja był transport, Teraz dodaje się manipulatory do (za/roz)ładunku towaru Bezzałogowe pojazdy transportowe, Ładowność od kilku kg do 100 ton, Przewożą także ludzi.

17 Rodzaje wózków AGV Wózki holownicze (Towing Vehicle) - pierwsze z wózków AGV, mogą holować wiele przyczep, maksymalna ładowność oferowanych modeli sięga od 3 do 27 ton. Wózki pojedyńczego załadunku (Unit Load Vehicles) - ładowność od ok. 1 do 27 ton, występują w różnych wersjach, z różnymi platformami załadunkowymi w zależności od konkretnych zastosowań.

18 Rodzaje wózków AGV Wózki widłowe (Fork Vehicles) - ładowność od ok 0.5 do ponad 2 ton Cart Vehicles - wózki o ładowności do 2 ton, mogące pracować jako wozki pojedyńczego załadunku lub wozki holownicze.

19 Nawigacja Początkowo wykorzystywano przewody montowane w podłożu W latach 80-tych wprowadzono nawigację laserową Obecnie stosuje się nawigację magnetyczno-żyroskopową. AGV z nawigacją laserową AGV z nawigacją magnetyczno-żyroskopową

20 Planowanie ruchu Systemy przewodowe wykorzystuja różne czestotliwości W pozostałych wykorzystuje się przeważnie ścieżki wbudowane Taśmy magnetyczne sterujące wózkiem Planowanie ruchu Kontrola strefowa Najpopularniejsza metoda zarządzania ruchem Podział obszaru na sektory Obszary są blokowane przez wózki Sterowanie centralne, albo równoległe Czujniki zewnętrzne Wykorzystuje się oczujnikowanie wózka (sonary, zderzaki itp) Nie wymaga żadnego systemu kontroli Wykorzystuje sie go w systemie gdzie występuje dużo długich odcinków prostych W praktyce łączy się powyższe rozwiazania. Oczujnikowanie zabezpiecza system na wypadek awarii sterownika.

21 Metody nawigacji wózków AGV: metoda pętli indukcyjnej, metoda pętli magnetycznej (metalicznej), metoda nawigacji laserowej, metoda linii refleksyjnej, metoda układu współrzędnych, metoda żyroskopowa, metoda ultradźwiękowa, metoda GPS

22 Zasada działania i nawigacji Metoda pętli indukcyjnej W podłodze umieszczony jest przewód, który pod wpływem przepływu prądu o określonej częstotliwości generuje pole magnetyczne. Natężenie pola wykrywane jest przez antenę umieszczoną w dolnej częsci wózka. Zalety: duża skuteczność możliwość stosowania w otwartej i zamkniętej przestrzeni Wady: problemy ze zmianą trasy wozkow

23 Zasada działania i nawigacji Metoda pętli magnetycznej (metalicznej) Do podłogi przyklejana jest taśma ferromagnetyczna, generująca pole magnetyczne wykrywane przez antenę wózka. Zalety: prosta i tania instalacja i dezinstalacja możliwość szybkiej zmiany trasy wózka Wady: mała wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne podatność na zakłócenia (sąsiedztwo innych ferromagnetykow)

24 Zasada działania i nawigacji Metoda nawigacji laserowej Skaner laserowy umieszczony w górnej części wózka omiata pomieszczenie, w którym pracuje wózek z częstotliwością od kilku do kilkunastu razy na sekundę. Na ścianach i kolumnach umieszczone są specjalne odbłyśniki. Pomiar kąta odbicia i odległości umożliwia pozycjonowanie i orientowanie wózka Zalety: możliwość pracy na zewnątrz i wewnątrz budynków duża dokładność (1-2mm) łatwo modyfikowalna Wady: odbłyśniki muszą być widoczne dla robota

25 Zasada działania i nawigacji Metoda linii refleksyjnej Na podłodze malowana jest linia farbą refleksyjną. Tak wyznaczona trasa śledzona jest kamęrą cyfrową Zastosowane materiały refleksyjne mają ściśle określone własności odbijania światła istotnie różne od refleksyjności elementów otoczenia. Zalety: łatwo modyfikowalna trasa Wady: mała niezawodność duża czułość na zabrudzenia nie nadaje się do zastosowań na zewnątrz budynkow

26 Zasada działania i nawigacji Metoda układu współrzędnych Na podstawie zamontownych w podłodze punktów nadajnikowych układ sterowania wózka AGV kordynuje jego położenie w przestrzeni. Zalety: stosunkowo prosta w modyfikacji Wady: wymaga zastosowania rozbudowanego układu punktów w podłożu

27 Zasada działania i nawigacji Metoda żyroskopowa Metoda wykorzystuje żyroskop do detekcji zmian w kierunku jazdy wózka. W podłodze instalowane są magnesy wykrywane przez odpowiednie czujniki. Magnesy dają pewność, że robot znajduje się we właściwym miejscu Zalety: bardzo dobre pozycjonowanie (przy osprzęcie odpowiedniej jakości) Wady: rozwiązanie kosztowne

28 Zasada działania i nawigacji Metoda ultradźwiękowa Nawigacja odbywa się w odniesieniu do powierzchni pionowych. Sonary zbierają dane i oceniają odległość do przeszkod w określonym kierunku Zalety: nie ma konieczności stosowania dodatkowych znaczników Wady: zastosowanie w niewielkich przestrzeniach (np. korytarze międzyregałowe)

29 Zasada działania i nawigacji Nawigacja GPS Metoda wykorzystująca Globalny System Pozycjonowania. W celu wyeliminowania błędów stosuje się pomiar różnicowy z wykorzystaniem stacji referencyjnej Zalety: stosunkowo prosta do wdrożenia Wady: konieczność umieszczenia stacji referencyjnej dokładność od 0,5-2m możliwość stosowania tylko na zewnątrz

30 Przykładowe rozwiązania Port w Hamburgu

31 Przykładowe rozwiązania Transport ludzi - Robosoft Platformy holonomiczne - Robosoft

32 Przykładowe rozwiązania Transport ludzi - Robosoft

33 Przykładowe rozwiązania Platformy holonomiczne - Robosoft

34 Roboty transportowe - Savant Automation

35 Roboty transportowe - Savant Automation

36 Roboty transportowe - Savant Automation

37 Roboty saperskie Statystyka Mina lądowa zabija człowieka średnio co 20 minut Rocznie ginie z powodu min około ludzi (w tym 8000 dzieci) Każdego roku zostaje usuniętych około 100 tysięcy min Ilość min na świecie szacuje się na około milionów (!) Kraj / Region Angola Afganistan Egipt Kambodża Kuwejt Ameryka Łacińska Mozambik Somalia Republiki byłej Jugosławii (bez Kosova) Liczba min lądowych i niewybuchów milionów 9-10 milionów 22 miliony 8-10 milionów 5-10 milionów 0,3-1 milion 2 miliony 1 milion 6 milionów

38 Przykładowe konstrukcje

39 Sterowane roboty saperskie

40 Wyposażenie aparatura telewizyjna, kamery telewizyjne, oraz przenośny monitor reflektory oświetlające teren manipulatory umożliwiające przemieszczanie niewybuchów przenośna aparatura rentgenowska do zbadania na miejscu wykrytego obiektu i określenia stopnia zagrożenia urządzenia do niszczenia na miejscu środków bojowych (np. palniki, karabiny ze specjalnymi pociskami) komplet narzędzi do demontażu niewybuchów i min oraz niszczenia ich zapalników zestawy mikrofonowo - stetoskopowe do identyfikacji zapalników

41 Robot saperski Cobra

42 Robot saperski Cobra Wyposażony w silnik elektryczny o mocy 14,7 kw Napęd na 4 koła Hydrauliczne napędy: mechanizmów sterujących, ramienia manipulatora i przesuwu kamery Sterowanie radiowo z odległości do 2 km Podwozie wykonane ze stopów aluminium W płaszczyźnie poziomej manipulator może wykonywać ruchy w zakresie od 90 do + 90 Długość ramienia wynosi 2 m Robot ma antenę wideo i antenę do odbierania sygnałów radiowych Może poruszać się z prędkością do 7 km/h

43 Robot saperski Inspector

44 Robot saperski Inspector Zachowanie stałej orientacji w przestrzeni poszczególnych częś ęści manipulatora podczas ruchu pozostałych ułatwia u precyzyjne operowanie niebezpiecznymi ładunkami System kontroli robota umożliwia jednoczesne sterowanie wszystkimi jego napędami Program automatycznego składania manipulatora do pozycji transportowej przyspiesza i ułatwia u przygotowanie robota do transportu Robot może holować lub przepychać pojazdy samochodowe o masie do 1500 kg pozostawione na dowolnym biegu Gąsienica przednia (o zmiennym, zdalnie sterowanym nachyleniu) zwiększa możliwości trakcyjne, stabilizację wzdłużną oraz umożliwia płynne poruszanie się po schodach i znacznych nierównościach terenu Manipulator robota posiada duży udźwig, który wynosi na wyciągniętych ramionach 30 kg, a na złożonych 60 kg Obrót podstawy manipulatora wynosi aż 400

45 Robot saperski Inspector

46 Robot saperski Comet III 4 m x 2,5 m x 1 m 900 kg Wykrywacz potrafi znaleźć 4 g metalu na głębokości do 30 cm Wbudowany radar sięga do 80 cm w ziemię

47 Big dog Posiada system aktywnego balansowania Prędkość biegu ponad 6 km/h Udźwig 150 kg Kąt zbocza pod jakie może wejść do 35º Zobacz film (plik BigDog.wvm)

48 Roboty usługowe w domu

49 RoboMower

50 RoboMower

51 Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

52 Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

53 Roboty chirurgiczne

54 Robot przyjaciel?

55 Astronaut A3 Robotic Milking System

56 Astronaut A3 Robotic Milking System

57 Kiva System

58 Kiva System Szybkie podejmowanie (podawanie) Sprawna instalacja Realizacja zamówień w czasie rzeczywistym Wysoka precyzja w rozpoznawaniu przedmiotów (bar code lub system wizyjny) Duża gęstość w magazynach (oszczędność miejsca) Modułowa rozszerzalność (dodawanie magazynowych podów czy też jeżdżących jednostek w miare potrzeby) Większa produktywności pracownika

59 Elementy Kiva System 1.Split-Case picking 2.Case picking 3.Shipping sortation 4.Mixed Palet building 5.Split-Case replenishment

60 Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS) ItemFetch Split-Case Picking System

61 Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS) OrderFetch Shipping Sorter CaseFetch Case Picking System

62 Zasada działania systemu MFS stacja pobierania stacja uzupełniania kaset Pobieranie Wysyłanie Zapasy stacja wysyłania stacja przyjęć

63 Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS)

64 Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS)

65 Roboty rozładunkowe dla kontenerów