Индустријски робот је скуп машина, електронике, контроле, рачунара, сензора, вештачке интелигенције и друге мултидисциплинарне напредне технологије у једној од савремених производних индустрија у значајној опреми за аутоматизацију. Роботика, ЦНЦ технологија и ПЛЦ технологија су познате као три главне пратеће технологије за индустријску аутоматизацију. Технологија роботике и њени производи се развијају веома брзо и постали су алати за аутоматизацију флексибилног производног система (ФМС), аутоматизације фабрике (ФА), компјутерски интегрисаног производног система (ЦИМС), као и важан део индустрије 4.0 интелигентне фабрике.
1. Састав индустријског роботског система и индикатори перформанси
1) Састав индустријског роботског система
Индустријски робот је више-зглобни манипулатор или машински уређај са више-степена--слободе оријентисан на индустријско поље, који може да обавља посао аутоматски, и представља врсту машине која се ослања на сопствену снагу и способност управљања да би реализовала различите функције. Може да прихвати људску команду или да се покреће према унапред-програмираном програму, савремени индустријски роботи такође могу бити засновани на технологији вештачке интелигенције да би развили принцип програмске акције. Типичан индустријски робот приказан је на слици 1. Индустријски роботи се према степену технолошког развоја могу поделити у три генерације: прва генерација робота за демонстрациону репродукцију, друга генерација перцептивних робота и трећа генерација интелигентних робота.
Прва генерација индустријских робота састоји се од три главна дела у погледу спољашње структуре: оператера (или тела робота), контролора и демонстратора. За другу и трећу генерацију индустријских робота такође спадају систем перцепције и систем анализе и{1}}одлучивања, који се реализују помоћу сензора и софтвера.
(1) Оператер:Главни део машине који се користи за обављање различитих оперативних задатака, који углавном садржи роботску руку, погонску јединицу, јединицу за пренос и унутрашње сензоре.
(2) Контролор:То је уређај за контролу тела робота да изврши одређене радње у складу са упутствима и информацијама сензора, што је кључни део за одређивање функције и перформанси робота, а такође и део који се најбрже ажурира и развија у индустријском роботу.
(3) Наставник:То је интеракцијски интерфејс робота{0}}машине, преко којег оператер може да програмира робота или да ручно манипулише роботом да се креће.
Индустријски роботи се функционално састоје од 3 главна дела и 6 подсистема. 3 главни делови су механички део, контролни део и сензорни део. 6 подсистеми су погонски систем, систем механичке структуре, систем интеракције људи-машине, контролни систем, систем за детекцију и систем интеракције робота- са околином.
2) Индекс перформанси индустријских робота
Индекс перформанси индустријских робота су технички подаци које произвођач робота даје у тренутку испоруке производа, који одражавају обим примене и радне перформансе робота, што се мора узети у обзир при избору робота. Иако технички подаци које даје произвођач робота нису потпуно исти, структура индустријских робота, апликације и потребе корисника нису исти, али су његови главни показатељи перформанси генерално: степени слободе, тачност рада, радни опсег, називно оптерећење, максимална радна брзина.
Важно је напоменути да робот може имати сингуларности у свом радном опсегу. Сингуларности су тачке у којима зглобови губе степене слободе у одређеним правцима због ограничења у структури робота. Сингуларности се обично налазе на ивицама радног простора, а када се сингуларности групишу заједно, називају се „празнинама“. Када се робот креће близу сингуларитета, положај зглобова се драстично мења услед постепеног губитка степена слободе, што резултира великим оптерећењем погонског система и преоптерећењем. Стога, за роботе са сингуларитетима, њихов радни опсег такође захтева уклањање сингуларитета и шупљина.
2. Управљање индустријским роботима
1) Карактеристике и захтеви управљања индустријским роботом
Покрети зглобова већине индустријских робота су независни један од другог, а потребна је координација више зглобова да би се постигла тачност положаја крајњег{0}}ефектора робота. Стога је систем управљања индустријским роботом сложенији од обичног управљачког система и има следеће карактеристике:
(1) То је у суштини нелинеаран систем.
(2) То је мултиваријабилни контролни систем састављен од више спојева, а између зглобова постоји спојница.
(3) То је временски{1}}променљив систем чији се динамички параметри мењају са променом положаја покрета зглоба.
(4) Потребно је измерити и анализирати услове околине и упутства за контролу и аутоматски изабрати најбољи закон контроле.
(5) Има високу поновљиву тачност позиционирања и добру крутост система.
(6) Прекорачење положаја није дозвољено, иначе може доћи до судара, а динамички одговор треба да буде брз.
С обзиром да управљање индустријским роботом има горе наведене карактеристике, при пројектовању система управљања индустријским роботом морају се испунити следећи основни захтеви:
(1) Координисана контрола више-оси кретања да би се произвела потребна путања рада.
(2) Висока тачност положаја, велики опсег брзине.
(3) Стопа статичког диференцијала система треба да буде мала, тј. захтева се да систем има добру крутост.
(4) Положај без прекорачења, брз динамички одговор.
(5) Потребна је контрола убрзања и успоравања.
(6) Коефицијент грешке брзине сваког зглоба треба да буде што је могуће доследнији.
(7) Са оперативне тачке гледишта, контролни систем мора да има добар човек{1}}машински интерфејс, да минимализује захтеве оператера.
(8) Са становишта цене система, потребно је што је могуће више смањити хардверски трошак система и више употребе софтверских серво метода за побољшање перформанси система управљања.
2) начин управљања индустријским роботом
Од управљачких карактеристика и управљачких захтева индустријских робота, реализација управљања индустријским роботима подразумева низ елемената, који се углавном деле на контролу доњег слоја робота и контролу горњег слоја. Међу њима, контрола доњег слоја укључује тело робота (тј. механички део), део погонског кола, део сензора и стратегију управљања (нпр. ПИД контрола). Контрола горњег слоја укључује анализу кретања робота, планирање путање и софтверски део робота [4]. Према различитим методама категоризације, управљање роботима се може класификовати на различите начине. Према контролисаном објекту се може поделити на контролу положаја, контролу брзине, контролу силе, контролу обртног момента, хибридну контролу силе/позиције, итд. То су углавном контрола доњег слоја, а главне методе контроле су сада објашњене.
(1) контрола позиције индустријског робота:сврха је да спојеви робота остваре унапред{0}}планирано кретање и да се на крају обезбеди да крајњи-ефектор индустријског робота ради дуж унапред одређене путање, обично користећи АЦ серво систем или ДЦ серво систем за постизање.
(2) Контрола радне снаге (окретног момента) индустријске машине:потребу да се анализира крајњи{0}}ефектор робота и окружење стања ограничења, и да се у складу са ограничењима развију стратегије управљања. Поред тога, сензор силе мора бити инсталиран на крају робота да би се открила сила контакта између робота и околине. Контролни систем обрађује ове информације о сили у складу са унапред-успостављеном стратегијом управљања, а затим контролише робота да обавља операције у несигурном окружењу које су компатибилне са тим окружењем, тако да робот може да обавља сложене оперативне задатке.
(3) Контрола брзине индустријског робота:обично се реализује истовремено са контролом положаја. На пример, у случају континуираног режима контроле трајекторије, индустријски роботи треба да контролишу брзину покретних делова и примењују убрзање и успоравање према унапред одређеним упутствима, како би испунили захтеве глатког кретања и прецизног позиционирања. Пошто је индустријски робот врста променљивог радног стања (или оптерећења), машина за велике покрете са инерционим оптерећењем, да би се суочила са контрадикцијом између брзог и глатког, мора да контролише убрзање и успоравање покретања пре него што заустави два прелазна секција кретања. А у целом процесу кретања обично је неопходна контрола брзине.
3) Интелигентна контрола индустријских робота
Метода интелигентне контроле индустријских робота углавном се односи на рад под неизвесним или непознатим условима, робот треба да добије информације о околини преко сензора, донесе одлуке према сопственој интерној бази знања, а затим контролише различите актуаторе како би аутономно извршио задати задатак, који припада вишем нивоу контроле робота. Ако се користи технологија интелигентне контроле, робот ће имати снажну прилагодљивост околини и способност-самоучења. Интелигентне методе управљања су уско повезане са развојем вештачке интелигенције као што су вештачке неуронске мреже, расплинути алгоритми, генетски алгоритми, експертни системи и тако даље. Примена алгоритама неуронске мреже у мобилним роботима је коришћена као пример за илустрацију комбинације интелигентне контроле и индустријских робота.
Узимајући за пример мобилног робота приказаног на слици, камера је инсталирана на врху мобилног робота да би се добила тродимензионална{0}}слика препреке. Комплет ултразвучних сензора је постављен испред мобилног робота (директно испод камере) да би се добила информација о удаљености између препреке и мобилног робота.
Фузија визуелних и ултразвучних сензорских информација се врши коришћењем метода неуронске мреже и излази на следећи ниво да би се препознала врста препреке, што омогућава мобилном роботу да избегне препреке када хода у несигурном окружењу и побољшава његову способност навигације. Главни кораци за индустријске роботе да искористе интелигентне информације за интегрисано доношење одлука како би избегли препреке су следећи:
(1) Док робот путује, систем за одређивање домета врши детекцију околине у кратким интервалима како би утврдио да ли мобилни робот треба да успори и да ли треба да узме узорке са ЦЦД камере на основу информација о удаљености о препреци добијених ултразвучним сензором.
(2) Када је раздаљина препреке од мобилног робота средња као што је детектовано од стране система домета, брзина робота се смањује; када је удаљеност препреке од мобилног робота блиска, из ЦЦД камере се добија дводимензионална слика дотичне препреке и издвајају се координате њене леве и десне ивице.
(3) Информације о препреци добијене од ултразвучног сензора и ЦЦД камере су груписане и претходно обрађене и послате контролеру неуронске мреже БП на фузију.
(4) Контролор БП неуронске мреже, који је претходно-научен са знањем о избегавању препрека, доноси одговарајућу одлуку о избегавању препрека на основу информација прикупљених од стране екстерних више-сензора и избегава препреке.
Референце
[1] Зху Хонгкиан. Технологија индустријских робота [М]. Пекинг: Мацхинери Индустри Пресс, 2019. [2] Цхен Ванми. Технологија управљања роботом [М]. Пекинг: Мацхинери Индустри Пресс, 2017. [3] Гуо Тонгиинг, Ан Донг. Роботика и њена интелигентна контрола [М]. Пекинг: Пеопле'с Постс анд Телецоммуницатионс Пресс, 2014. [4] Зханг Ксианмин. Роботика и њена примена [М]. Пекинг: Мацхинери Индустри Пресс, 2017. [5] Зханг Ксинкинг. Основи примене индустријских робота [М]. Пекинг: Пекинг Институте оф Тецхнологи Пресс, 2017.