Roboty przemysłowe, usługowe, specjalne - zastosowania, przykłady

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

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

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

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.

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

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

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.

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

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

Elastyczne linie produkcyjne

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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

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.

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

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

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)

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

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

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

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

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)

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

Przykładowe rozwiązania Port w Hamburgu

Przykładowe rozwiązania Transport ludzi - Robosoft Platformy holonomiczne - Robosoft

Przykładowe rozwiązania Transport ludzi - Robosoft

Przykładowe rozwiązania Platformy holonomiczne - Robosoft

Roboty transportowe - Savant Automation

Roboty transportowe - Savant Automation

Roboty transportowe - Savant Automation

Roboty saperskie Statystyka Mina lądowa zabija człowieka średnio co 20 minut Rocznie ginie z powodu min około 26000 ludzi (w tym 8000 dzieci) Każdego roku zostaje usuniętych około 100 tysięcy min Ilość min na świecie szacuje się na około 65-75 milionów (!) Kraj / Region Angola Afganistan Egipt Kambodża Kuwejt Ameryka Łacińska Mozambik Somalia Republiki byłej Jugosławii (bez Kosova) Liczba min lądowych i niewybuchów 10-15 milionów 9-10 milionów 22 miliony 8-10 milionów 5-10 milionów 0,3-1 milion 2 miliony 1 milion 6 milionów

Przykładowe konstrukcje

Sterowane roboty saperskie

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

Robot saperski Cobra

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

Robot saperski Inspector

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

Robot saperski Inspector

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

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)

Roboty usługowe w domu

RoboMower

RoboMower

Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

Roboty asystujące - Assistive Robotic Manipulator

Roboty chirurgiczne

Robot przyjaciel?

Astronaut A3 Robotic Milking System

Astronaut A3 Robotic Milking System

Kiva System

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

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

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

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

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

Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS)

Kiva Mobile Fulfillment System (Kiva MFS)

Roboty rozładunkowe dla kontenerów