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 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

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

9 Elastyczne linie produkcyjne

10 Elastyczne systemy produkcyjne - elementy Maszyny i urządzenia produkcyjne Urządzenia transportowe Magazyny Systemy sterujące

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. AGV z nawigacją laserową AGV z nawigacją magnetyczno-żyroskopową

20 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

21 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

22 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)

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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)

28 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

29 Przykładowe rozwiązania Port w Hamburgu Port w Rotterdamie Port w Rotterdamie

30 Konecranes Gottwald automated guided vehicles (AGVs)

31 Roboty transportowe - Savant Automation

32 Roboty transportowe - Savant Automation

33

34 Elettric 80 - LGV

35 Elettric 80 - LGV

36 Elettric 80 - zrobotyzowane owijarki

37 Elettric 80 - zrobotyzowane owijarki

38 Elettric 80 - paletyzacja

39 Elettric 80 - paletyzacja

40 Elettric 80 - system kontroli palet

41 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

42 Przykładowe konstrukcje

43 Wyposażenie robotów saperskich Typowe rozwiązania zawierają takie wyposażenie jak: 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

44 Robot saperski Inspector

45 Robot saperski Inspector Zachowanie stałej orientacji w przestrzeni poszczególnych części manipulatora podczas ruchu pozostałych ułatwia precyzyjne operowanie niebezpiecznymi ładunkami System kontroli robota umożliwia jednoczesne sterowanie wszystkimi jego napędami Program automatycznego składania manipulatora do pozycji transportowej przyspiesza i ułatwia 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

46 Robot saperski Inspector

47 Roboty PIAP

48 Akcesoria dla robotów PIAP

49 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)

50 Roboty usługowe w domu

51 RoboMower

52 Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

53 Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

54 Egzoszkielety i protezy bioniczne

55 Roboty społeczne - projekt Lirec ROBOT SPOŁECZNY - Robot społeczny jest to robot autonomiczny zdolny do komunikacji i podejmowania interakcji z człowiekiem zgodnie z oczekiwanymi przez niego normami zachowań. Robot społeczny powinien być zdolny do: wyrażania, postrzegania emocji komunikowania sie w oparciu o pewne modele dialogowe używania naturalnych dla człowieka sygnałów (gesty, spojrzenia itp) wykazywania więzi pomiędzy człowiekiem a robotem uczenia sie

56 Robot społeczny Emys

57 Robot społeczny EMYS

58 EMYS Team

59 Robot Nao

60 Nao Wymiary robota to: 573 x 311 x 275 mm. Waży 5,2 kg. NAO ma wbudowane 2 głośniki i 4 mikrofony. Na głowie ma zamonotwane 2 kamery wideo o max. rozdzielczości nagrywania 1280x960 px w tempie 30 kl/s. Jest w stanie rozpoznawać przedmioty i twarze. Oprogramowanie Choregraphe pozwala NAO czytać na głos tekst napisany w jednym z 19 języków. Robot posiada także zestaw dwóch czujników IR w oczach i dwa dalmierze ultradźwiękowe umieszczone na klace piersiowej. W utrzymaniu równowagi pomagają mu 2 żyroskopy, akcelerometr i 8 czujników nacisku umieszczonych w stopach. Pozycja każdej części ciała jest dokładnie śledzona dzięki 36 czujnikom hallotronowym w przegubach, dzięki czemu nigdy nie dojdzie do niechcianej kolizji między ruchliwymi kończynami NAO, zapewniającymi mu 25 stopni swobody. Za ruch ciała odpowiada 26 serwomotorów (szczotkowych, bezrdzeniowych). Ma wbudowaną bezprzewodową kartę sieciową umożliwiającą mu łączenie się z internetem. Oczy robota mogą przybierać różne kolory, reprezentując jego nastrój. Robot kontrolowany jest za pomocą systemu Linux. Procesor Intel Atom Z530, 1 GB RAM oraz 2 GB pamięci Flash z możliwością powiększenia jej o dodatkowe 8 GB dzięki czytnikowi kart MicroSD. Posiada port Ethernet i odbiornik WiF

61 Roboty humanoidalne Robot Asimo (Honda) W roku 2003 towarzyszył premierowi Japonii podczas jego oficjalnej wizyty w Czechach, jako ambasador dobrej woli wszystkich robotów. Złożył także wtedy kwiaty pod pomnikiem pisarza Karela Čapka, który jako pierwszy użył słowa robot w roku 1920.

62 Roboty humanoidalne Robonaut 2

63 Robonaut 2 W przyszłości R2 będzie mógł pod nadzorem człowieka wykonywać prace zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz stacji. Urządzenie umożliwiające mu samodzielne poruszanie, jest w trakcie fazy projektowej. Nie ma planów powrotu robota na Ziemię.

64 Robonaut 2 Robonaut 2 (R2) wyruszył 24 lutego 2011 wraz z misją STS-133 na Międzynarodową Stację Kosmiczną. jest to pierwszy humanoidalny robot w kosmosie. Robot składa się z "głowy", w której umieszczone są kamery, dwóch ramion zakończonych chwytakami i tułowia, w którym znajduje się jego komputer sterujący. Posiada ponad 350 sensorów, 42 stopnie swobody, waży 150 kilogramów.

65 Roboty inspirowane bionicznie SmartBird Festo SmartBird ma rozpiętość skrzydeł wynoszącą 196 cm i waży niespełna 450 g.

66 Roboty chirurgiczne

67 Robot da Vinci

68 Robot da Vinci

69 Astronaut A3 Robotic Milking System

72 Kiva System

73 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

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