Industrijski roboti

Intenzivan razvoj, proizvodnja i primena industrijskih robota u 80-tim godinama prošiogveka su nametnuli potrebu da inženjeri budu osposobljeni za ovu oblast kroz redovnoškolovanje. Ovo je dovelo do toga da se već u ranim 90-tim godinama uvode predmetirazličitog sadržaja iz oblasti robotike na univerzitetima širom sveta. Danas se robotiizučavaju na svim nivoima studija na različitim usmerenjima mašinskih, elektrotehničkih i drugih fakulteta.
Prateći ove trendove, Katedra za proizvodno mašinstvo Mašinskog fakulteta
Univerziteta u Beogradu je prva u bivšoj Jugoslaviji, na tada dodiplomskim studijama,uvela predmet Industrijski roboti školske 1991/92 godine. Predmet su u VIII i IX semestru, kao obavezni, slušali studenti smera za proizvodno mašinstvo i, kao izborni,studenti smera za automatsko upravljanje. Autoru je, kao prvom izabranom nastavniku za ovaj predmet iz redova stalno zaposlenih na mašinskom fakultetu bilo povereno da sačini program predmeta i obezbedi potrebnu laboratorijsku opremu i učila.
Nakon reformi studijskih programa u skladu sa Bolonjskom deklaracijom, predmet
Industrijski roboti se od školske 2008/09 godine, kao obavezni, sluša u I semestru
master akademskih studija na modulu za Proizvodno mašinstvo i obuhvata industrijske robote serijske strukture odnosno serijske robote.
Prateći stalne i intenzivne promene kako u pogledu usavršavanja osnovnih podsistema (pogona, upravljanja, senzora, itd.) tako i u pogledu velikih promena koncepcija istruktura industrijskih robota i mašina alatki Katedra je, kao izborni predmet za veći broj modula na master akademskim studijama, uvela predmet Mašine alatke i roboti novegeneracije.
Jedna od važnih tematskih celina, koja je takođe bila poverena autoru, obuhvata
paralelne mašine odnosno paralelne robote i paralelne mašine alatke bazirane na
mehanizmima sa paralelnom kinematikom. I pored suštinskih razlika u zahtevanim performansama između paralelnih robota i paralelnih mašina alatki, koje se često nazivaju i robotske mašine alatke, metode modeliranja i analize su im zajedničke i predstavljaju logičku celinu sa metodama modeliranja i analize serijskih robota.

SADRŽAJ
1. UVOD 1
1.1 Roboti i robotika 1
1.2 Industrijski roboti 5
1.3 Industrijska robotika 12
1.4 Istorijat razvoja industrijskih robota 12
2. KINEMATIČKA (MEHANIČKA) STRUKTURA ROBOTA 23
2.1 Broj stepeni slobode krutog tela 23
2.2 Kinematički parovi 24
2.3 Kinematički lanci 26
2.4 Predstavljanje mehaničke strukture robota 29
2.5 Indeks pokretljivosti i broj stepeni slobode manipulatora 31
2.6 Indeks pokretljivosti i broj stepeni slobode serijskih manipulatora
strukture prostog otvorenog kinematičkog lanca 36
2.7 Konfiguracioni prostor i prostor zadatka 38
2.8 Opšta struktura serijskih manipulatora 40
2.9 Veza između broja stepeni slobode serijskih manipulatora i
tehnoloških zadataka 47
2.10 Redudantnost serijskih manipulatora 49
2.11 Singulariteti serijskih manipulatora 53
2.12 Radni prostor serijskih manipulatora 54
3. PROSTORNI OPISII TRANSFORMACIJE 59
3.1 Opis pozicije tačke u prostoru 59
3.2 Pozicija i orijentacija krutog tela 61
3.3 Matrica rotacije kao matrica transformacije 63
3.4 Transformacija koordinata i opis koordinatnog sistema 64
3.5 Osnovne matrice rotacija 65
3.6 Kompozitna matrica rotacije - apsolutne i relativne transformacije 68
3.7 Uobičajeni načini opisa i parametrizacije orijentacije 69
3.8 Homogene transformacije i koordinatni sistemi (frejmovi) 79
4. KINEMATIKA SERIJSKIH MANIPULATORA 1: DIREKTNI
KINEMATIČKI PROBLEM 95
4.1 Kinematički model serijskog manipulatora
4.2 Denavit-Hartenberg-ovi kinematički parametri, specifikacija A
matrica 102
4.3 Direktni kinematički problem 106
4.4 Primeri rešavanja direktnog kinematičkog problema 110
5. KINEMATIKA SERIJSKIH MANIPULATORA 2: INVERZNI
KINEMATIČKI PROBLEM 143
5.1 Postavka problema 143
5.2 Analitičko rešavanje inverznog kinematičkog problema 147
5.3 Numeričko rešavanje inverznog kinematičkog problema 153
5.4 Primeri rešavanja inverznog kinematičkog problema 154
5.5 Analiza i simulacija rešenja inverznog kinematičkog problema 174
6. KINEMATIKA SERIJSKIH MANIPULATORA 3: BRZINE I UBRZANJA
SEGMENATA I END-EFEKTORA, JAKOBIJAN MATRICA 177
6.1 Translatorna i ugaona brzine end-efektora 177
6.2 Brzina i ubrzanje segmenata i end-efektora 185
6.3 Jakobijan matrica manipulatora 194
7. STATIKA SERIJSKIH MANIPULATORA 219
7.1 Analiza sila i momenata koji deluju na izolovani segment
manipulatora 219
7.2 Rekurzivni metod određivanja sila i momenata reakcija u
zglobovima segmenata 222
7.3 Jakobijan matrica u statici manipulatora 228
7.4 Pokazatelji manipulabilnosti manipulatora 229
7.5 Analiza statičke krutosti manipulatora 237
8. DINAMIKA SERIJSKIH MANIPULATORA 247
8.1 Osnovne postavke i zakoni 249
8.2 Njutn-Ojlerova formulacija dinamike serijskih manipulatora 264
8.3 Lagranževa formulacija dinamike serijskih manipulatora 280
8.4 Dinamičke jednačine u prostoru zadatka 286
8.5 Opšti osvrti na problematiku dinamičkog modeliranja manipulatora 287
9. PLANIRANJE TRAJEKTORIJE 291
9.1 Klasifikacija trajektorija 291
9.2 Trajektorije u prostoru unutrašnjih koordinata - PTP kretanje 292
9.3 Trajektorija u prostoru spoljašnjih koordinata 318
10. POGONSKI SISTEMI 347
10.1 Pneumatski pogoni 348
10.2 Hidraulički pogon 348
10.3 Elektromotori
10.4 Merni sistemi ocQ
10.5 Prenosnici qR7
11. SENZORI 373
11.1 Zadaci, klasifikacija i osnovne karakteristike senzora 373
11.2 Unutrašnji senzori 374
11.3 Senzori sila i momenata 375
11.4 RCCjedinice 380
11.5 Spoljašnji senzori 382
12. UPRAVLJANJE ROBOTIMA 391
12.1 Povratna sprega i upravljanje zatvorenim sistemom 393
12.2 Linearni sistemi drugog reda 394
12.3 Upravljanje kretanjem u unutrašnjim koordinatama 410
12.4 Upravljanje kretanjem u spoljašnjim koordinatama 427
12.5 Upravljanje silom 429
12.6 Arhitektura upravljačkog sistema 439
13. VIZUELNI SISTEM ROBOTA 445
13.1 Funkcionalna struktura vizuelnog sistema robota 447
13.2 Konfiguracije vizuelnog sistema robota 456
13.3 Formiranje slike - geometrijski model nastanka slike 456
13.4 Modeliranje perspektivne kamere 463
13.5 Kalibracija kamere 473
13.6 Obrada slike 478
13.7 Izdvajanje karakteristika 499
13.8 Prepoznavanje objekata 508
13.9 Određivanje pozicije i orijentacije objekta/kamere 519
13.10Vizuelno servo upravljanje 531
14. PROGRAMIRANJE INDUSTRIJSKIH ROBOTA 539
14.1 Metode programiranja 541
14.2 On-line metode programiranja 542
14.3 Off-line metode programiranja 547
15. ZAVRŠNI UREĐAJI - END EFEKTORI 565
15.1 Hvatači 5®6
15.2 Uređaji, mašine i alati 575
15.3 Veza robota i end efektora 576
16. KOLABORATIVNl INDUSTRIJSKI ROBOTI 579
16.1 Koncepti podsistema kolaborativnih robota 582
16.2 Klasifikacija odnosa čovek - robot 584
16.3 Osnovne definicije i bezbednosni zahtevi u primeni kolaborativnih
robota prema ISO standardima 585
17. PRIMENA ROBOTA
17.1 Ćelije sa robotom 591
17.2 Primena robota u manipulacionim zadacima 602
17.3 Procesni zadaci 999
17.4 Primena robota u montaži 641
17.5 Metodologija uvođenja robota 650
18. OSVRT NA PROJEKTOVANJE, ISPITIVANJE I KAUBRACIJU
INDUSTRIJSKIH ROBOTA 657
18.1 Projektovanje industrijskih robota 657
18.2 Ispitivanje robota 658
18.3 Kalibracija robota 659
19. ROBOTII MAŠINE SA PARALELNOM KINEMATIKOM 663
19.1 Osvrt na karakteristike serijskih struktura robota i mašina alatki i
pojava novog koncepta 663
19.2 Osvrt na istorijski razvoj paralelnih mehanizama i mašina baziranih
na njima 665
19.3 Generalizovana definicija paralelinih mehanizama 668
19.4 Pasivni zglobovi 670
19.5 Kinematički lanci za vezu baze i platforme 671
19.6 Klasifikacija paralelnih mehanizama prema vrstama nogu i
načinima pogona aktivnih zglobova 671
19.7 Predstavljanje strukture paralelnih mehanizama 674
19.8 Klasifikacija paralelnih mehanizama prema karakteristikama
kretanja i broju stepeni slobode 675
19.9 Uporedne karakteristike serijskih i paralelnih mehanizama 691
20. MODELIRANJE MANIPULATORA PARALELNIH ROBOTA I
MAŠINA ALATKI 697
20.1 Kinematičko modeliranje paralelnih manipulatora 697
20.2 Statika paralelnih manipulatora 744
20.3 Dinamika paralelnih manipulatora 746