23 listopada 2023
Coboty
?
Prowadzący :
dr Igor Ostrowski
Wykładowca PW, Wydział Mechatroniki
Instytut Automatyki i Robotyki,
Nauczyciel w Technikum Mechatronicznym nr1 w Warszawie
pasjonat robotyki przemysłowej
Treść wykładu:
• Rozwój robotyki - skąd to się wzięło ?
• Działy robotyki - jakie roboty istnieją
współcześnie?
• Systematyzacja robotów
• Podstawowe pojęcia
• Kryteria klasyfikacji
• Zasady standaryzacji
• COBOTY – co to i dlaczego są fajne ?
Ważniejsze daty w historii robotyki (1921-2006)[1921 – Słowo „robot” stało się znane dzięki sztuce „R.U.R” 1938
– Isaac Asimov umieszcza termin „robotyka” w noweli science-fiction i formułuje Trzy Prawa Robotyki.
•? – Nikola Tesla konstruuje maszynę kroczącą, maszynę latającą i maszynę pływającą
•1947 – Opracowanie pierwszego teleoperatora z serwonapędem elektrycznym.
•1948 – Opracowanie teleoperatora ze sprzężeniem zwrotnym siły.
•1949 – Rozpoczęcie badań nad obrabiarkami sterowanymi numerycznie.
•1954 – Pierwszy patent dotyczący robotyki w Wielkiej Brytanii Nr. 781465 złożony 19 marca.
•1954 – zaprojektowanie pierwszego programowalnego robota przez Georga Devola
•1956 – Zakupienie praw do robota Devola i założenie firmy Unimation przez Josepha Engelbergera.
•1958 – Pierwszy prototyp robota Unimate zainstalowany w fabryce General Motors.
•1960 – Zespół sztucznej inteligencji w Stanfordzkim Instytucie Badawczym w Kalifornii i Uniwersytet w Edynburgu
w Szkocji rozpoczynają pracę nad zastosowaniem wizji w robotach.
•1961 – Pierwszy seryjny robot Unimate zainstalowany w fabryce General Motors w Trenton w stanie New Jersey.
•1961 – Opracowanie pierwszego robota ze sprzężeniem zwrotnym siły.
•1961 – Pierwszy patent dotyczący robotów w USA Nr 2.998.237 złożony przez G.C Devola.
•1963 – Opracowanie pierwszego systemu wizyjnego dla robota.
•1963 – Wypuszczenie na rynek robota przemysłowego Versatran.
•1964 – Pierwszy robot malarski Trallfa pracujący w fabryce w Norwegii.
•1966 – Automatyczny lądownik księżycowy „Surveyor” ląduje na Księżycu.
•1968 – Unimation otrzymuje z zakładów General Motors zamówienie na serie robotów.
•1969 – W General Motors rozpoczęto montaż nadwozi Chevrolet Vega przy pomocy robotów Unimate.
•1970 – General Motors staje się pierwszą firmą wykorzystującą systemy wizyjne w zastosowaniach
przemysłowych. System Consight zostaje zainstalowany w zakładzie w St. Catharines, Ontario, Kanada. robotem za
pomocą myśli
•1971 – opracowanie robota „Stanford Arm” na Uniwersytecie Stanford.
•1972 – Na uniwersytecie Nottingham w Anglii stworzono „SIRCH”, układ zdolny do rozpoznawania dowolnie zorientowanych dwuwymiarowych
części.
•1972 – Kawasaki instaluje zrobotyzowaną linię produkcyjną w zakładach Nissan z robotami firmy Unimation.
•1972 – ASEA, część przedsiębiorstwa Vasteras ze Szwecji prezentuje roboty elektryczne IRb 6 i IRb 60 przeznaczone do automatycznych
operacji szlifierskich.
•1973 – Opracowanie pierwszego języka programowania robotów (WAVE) na Uniwersytecie Stanford.
•1974 – Wprowadzenie przez firmę Cincinnati Milacron robota ze sterowaniem komputerowym.
•1974 – Hitachi prezentuje robota Hi-T-Hand używającego czujników dotykowych i siłowych pozwalających na wkładanie sworzni do otworów.
•1974 – Założenie Stowarzyszenia Robotyki Przemysłowej (Robotics Industries Association)
•1976 – Trallfa robot malarski zostaje zaadaptowany do spawania kątowego.
•1977 – założenie Brytyjskiego Stowarzyszenia Robotyki (British Robotics Association)
•1978 – Wprowadzenie przez Unimation robota PUMA (Programmable Universal Assmebly), opracowanego na podstawie projektu powstałego w
trakcie badań w fabryce General Motors.
•1979 – Wprowadzenie robotów SCARA (Selective Compliance Robot Arm) w Japonii.
•1982 – Robot Pedesco zostaje użyty do usunięcia skażonego materiału po wycieku paliwa radioaktywnego z elektrowni nuklearnej.
•1984 – Zostaje opracowany PROWLER, pierwszy z serii robotów militarnych.
•1986 – Rozpoczęcie prac nad robotem humanoidalnym przez firmę Honda.
•1997 – Robot mobilny Sojourner ląduje na Marsie 4 lipca.
•1998 – Skonstruowanie pierwszego bionicznego ramienia.
•2004 – Prezentacja nowej generacji robota ASIMO, pozwalającego samodzielnie poruszać się w pomieszczeniach, włączać światło, otwierać
drzwi.
•2005 Boston Dynamics prezentuje BIG DOG
•2006 – Prezentacja interfejsu do robota ASIMO, pozwalającego na sterowanie za pomocą fal mózgowych
•2012 – SOPHIA - Hanson Robotics - robot humanoidalny wyposażony w mimikę
•Na podstawie : Ryszard Zdanowicz: Robotyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej,
2013, ISBN 978-83-7880-011-8.
https://youtu.be/tpRlpXJCTYw
Iliada Homera (800 rok p.n.e.)
zawiera opis przyjęcia, na które kulawy Hefajstos przybył
w towarzystwie dwóch pięknych dziewcząt:
…”Dwa zaś posągi, w kształcie dwóch dziewic zrobione
Krok niepewny swym pewnym krokiem podpierały
I ruch i głos, i rozum bogi im nadały
I przemysł, najcudniejsze dzieła robić zdolny.
Idą, pilnie zważając na pana krok wolny.” …
Inny wybitny wynalazca z Grecji, Archytas z Tarentu, ok. 420 r. p.n.e.
skonstruował z kolei drewnianego gołębia, który potrafił latać
W dziele Automaty Heron z Aleksandrii (1. wiek naszej ery)
opisał zasadę działania tańczących figurek w jednej z greckich
świątyń – figurki poruszały się pod działaniem gorącego
powietrza, pochodzącego z ogniska na ołtarzu ofiarnym, w
czasie tańca figurki polewały również winem ofiarę złożoną
bogom.
Pierre Jaqued-Droz, pisarz
Tania zabawka
wykorzystująca zdobycze
robotyki
https://youtu.be/_sBBaNYex3E
Sophia
https://youtu.be/S5t6K9iwcdw
BIG DOG
Gliwice, 2023…
W przeszłości uważano (jeszcze w latach ’90
ubiegłego wieku), że prowadzenie samochodu
jest zbyt skomplikowane aby je
zautomatyzować.
Rok 2004 – start programu DARPA Grand
Challenge czyli sponsorowanych przez przez Defense
Advanced Research Projects Agency (DARPA) zawodów
samochodów autonomicznych
Robotaxi – Shenzhen (Chiny) 2020
Prototypowy samochód autonomiczny
2010 Google
Prototypowy samochód autonomiczny
2009 Stanford
„Natura nie wynalazła systemu lokomocji opartego na
funkcjonowaniu koła –
jednak to nie powód, byśmy mieli się wyrzec korzyści wynikających
z jego używania”
Prof. Ryszard Tadeusiewicz, dr hab. inż., dr h.c. mult.
Rozszerzając tą myśl – my, jako ludzie wykonujemy różne czynności w
określony sposób, jednak to nie powód aby roboty robiły to tak jak my.
https://creator.nightcafe.studio
Bot telefoniczny
Termin robotyka wprowadził Isaac Asimov w swoim opowiadaniu Zabawa w berka (Runaround, 1942).
Jest on też autorem trzech praw robotyki:
1.Robot nie może skrzywdzić człowieka, ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek
doznał krzywdy.
2.Robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z
Pierwszym Prawem.
3.Robot musi chronić sam siebie, jeśli tylko nie stoi to w sprzeczności z Pierwszym lub Drugim
Prawem.
Następnie w opowiadaniu Roboty i Imperium (Robots and Empire) Asimov dodał prawo zerowe, które stało
się nadrzędne wobec trzech pozostałych:
0. Robot nie może skrzywdzić ludzkości, lub poprzez zaniechanie działania doprowadzić do
uszczerbku dla ludzkości.
Genisys 0 – Asimov 1
Wyróżniono następujące działy robotyki:
· robotykę teoretyczną
· robotykę ogólną
· robotykę metrologiczną
· robotykę maszyn lokomocyjnych
· robotykę medyczną i rehabilitacyjną
· robotykę przemysłową
· robotykę pozaprzemysłową
· robotykę usługową
· mikrorobotykę.
Na podstawie : Morecki A., Knapczyk J. (red.): Podstawy robotyki. Teoria i elementy manipulatorów i
robotów. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 1993, 1999
Robotyka teoretyczna obejmuje zagadnienia teorii manipulatorów i robotów, między innymi
ich struktury kinematyczne, kinematykę, statykę i dynamikę. Prace teoretyczne obejmują
bardzo szeroki zakres tematyczny – nie tylko teorię mechanizmów lecz również teorię
sterowania. Rozwijane są prace teoretyczne w zakresie inteligencji maszynowej, obejmujące
takie problemy jak pozyskiwanie informacji z otoczenia robota (rozpoznawanie obrazów i
dźwięków), podejmowania decyzji i opracowania strategii działania.
Robotyka ogólna dotyczy w znacznym stopniu zagadnień społecznych (między innymi
sprawy socjalne, ekonomiczne, kształcenie, ochrona i bezpieczeństwo pracy człowieka),
lecz także zajmuje się terminologią i klasyfikacją, standaryzacją i oznaczeniami,
rozwojem i trendami przyszłościowymi robotyki.
Robotyka metrologiczna zajmuje się problemami pomiarowymi, obejmującymi głównie
zastosowania robotów do kontroli elementów, diagnostyki urządzeń oraz inspekcji otoczenia.
Robotyka maszyn lokomocyjnych obejmuje wszystkie problemy związane z
przemieszczaniem się maszyn. Funkcje lokomocji mogą być realizowane
systemami kołowymi lub kroczącymi i innymi (np. śmigła w powietrzu i śruby
napędowe w wodzie). Interesującą dziedzinę stanowią roboty kroczące (jedno-,
dwu-, cztero-, sześciu- i wielonożne) umożliwiające realizację różnych form ruchu
(chód, bieg, skok itp.).
https://www.youtube.com/watch?v=_qRGIRvr06w  FESTO Bionic Learning Network
Robotyka medyczna i rehabilitacyjna zajmuje się
zastosowaniem robotów w medycynie (np. operacje
chirurgiczne, protetyka) oraz w rehabilitacji (np. przy
niedowładzie kończyn, wspomaganie terapii).
Robotyka przemysłowa dotyczy różnorodnych zastosowań
robotów i manipulatorów w gospodarczej działalności człowieka,
głównie w przemyśle (maszynowym, elektronicznym,
elektrotechnicznym, spożywczym), ale także w rolnictwie,
budownictwie i górnictwie.
Robotyka pozaprzemysłowa obejmuje wszelkie nie związane bezpośrednio z gospodarką
zastosowania robotów i manipulatorów: pracujących w różnym środowisku (pod wodą, w przestrzeni
kosmicznej i na innych planetach), w sytuacjach kryzysowych (pożar, katastrofy),
do różnych celów (wojsko i policja), a także do prac badawczych
https://www.youtube.com/watch?v=RLU0w8DNo7M
(milrem robotics)
Robotyka usługowa zajmuje się robotami serwisowymi, realizującymi szeroki zakres usług:
sprzątanie (mycie okien i podłóg), obsługa pomieszczeń biurowych i szpitali, obsługa
pojazdów (tankowanie), pomaganie człowiekowi w codziennych czynnościach.
Mikrorobotyka obejmuje badania i zastosowania bardzo małych robotów (mili- i mikrorobotów) aż do
skali nanorobotów, których przyszłość upatruje się w zastosowaniach medycznych, między innymi
bezkrwawych zabiegów w układzie krwionośnym.
ball-shaped microroller with a magnetic nanofilm on one side and with anti-cancer drugs on the other
definicje
Morecki A. [1]: „Robotem będziemy nazywali urządzenie techniczne
przeznaczone do realizacji niektórych funkcji manipulacyjnych i
lokomocyjnych człowieka, mające określony poziom energetyczny,
informacyjny i inteligencji maszynowej (autonomii działania w pewnym
środowisku).”
Olszewski M. [2]: „Robot – maszyna manipulacyjna sterowana
automatycznie za pomocą sygnałów generowanych w programowalnym
układzie sterowania, odpowiednio w funkcji czasu lub (i) położenia
elementów jej mechanizmu oraz niekiedy parametrów ruchu i (lub) stanu
środowiska roboczego, programowana ręcznie lub (i) przez nauczanie –
przez doprowadzanie do wybranych punktów toru lub przez obwiedzenie
toru ruchu, wykonująca najczęściej powtarzalny, ale mogący ulec
zmianie odpowiednio do zmiany programu, stanu środowiska lub
podanej informacji, cykl ruchów manipulacyjnych lub (i) lokomocyjnych o
określonych konstrukcją lub programowalnych parametrach statycznych,
dynamicznych i energetycznych.”
Niederliński A.: [5]: „Roboty są narzędziami
sterowanymi
automatycznie,
dającymi
się
zaprogramować
do
wykonania
dużej
liczby
różnorodnych sekwencji precyzyjnych czynności
manipulacyjnych, jak np. uchwycenie przedmiotu,
przemieszczenie
przedmiotu
(przeniesienie,
obrócenie), pozostawienie przedmiotu w określonej
pozycji,
w
określonym
miejscu
(zakładanie,
zdejmowanie). Sekwencje wymienionych czynności
mogą być uzależnione od stanu obsługiwanego
narzędzia oraz manipulowanego przedmiotu i mogą z
kolei sterować obsługiwanym narzędziem.”
Honczarenko J. [3]: „Robot – urządzenie
przeznaczone do realizacji niektórych czynności
manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające
pewien określony poziom inteligencji maszynowej.”
Encyklopedia Powszechna PWN [4]: „Robot – urządzenie (maszyna)
przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych,
lokomocyjnych, informacyjnych i intelektualnych człowieka.”
1. Morecki A., Knapczyk J. (red.): Podstawy robotyki. Teoria i elementy manipulatorów i robotów. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 1993, 1999
2. Olszewski M. (red): Manipulatory i roboty przemysłowe. Automatyczne maszyny manipulacyjne. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 1985, 1992
3. Honczarenko J.: Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa 2004
4. Encyklopedia Powszechna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe. Warszawa 1987
5. Niederliński A.: Roboty przemysłowe. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne. Warszawa 1981
W prasie technicznej można spotkać jeszcze inne definicje – robot to:
· urządzenie, które wypełnia funkcje zazwyczaj przypisywane istocie ludzkiej,
· automatyczna maszyna zdolna do wypełniania zadań o charakterze pracy
fizycznej i umysłowej, zastępująca pracę ludzi, przy czym pod względem
rozwijanych mocy i szybkości działania roboty mogą przewyższać możliwości
człowieka,
· automat wykonujący skomplikowane czynności, zastępujący pracę
człowieka,
· samodzielne urządzenie zdolne do wykonywania zleconych mu czynności,
wykazujące celowe postępowanie przy zmianie parametrów środowiska oraz
poleceń otrzymywanych z zewnątrz.
Klasyfikacja robotów
Kryteria klasyfikacji:
• konstrukcja robota
• układ sterowania
• osiągi robota.
Klasyfikacja robotów według kryterium
konstrukcji
stacjonarne
kartezjańskie
cylindryczne
sferyczne
przegubowe
mobilne
lądowe
kołowe
gąsienicowe
kroczące
latające
pływające
pionowzloty
powierzchniowe
płatowce
nurkujące
Versatran – robot o kinematyce cylindrycznej
Odmienną budowę mają roboty o równoległej strukturze kinematycznej, w której poszczególne
człony nie są połączone szeregowo lecz równolegle – w tych konstrukcjach podstawa połączona
jest z platformą (do której mocowane są chwytaki lub narzędzia) za pomocą kilku (trzech, czterech
i sześciu) niezależnie sterowanych członów
https://youtu.be/RR4pmNEWuo4
Platforma Stewarta
https://youtu.be/JDFQ987W44w
Roboty „tripod” inaczej „delta”
Klasyfikacja robotów według kryterium sterowania
Roboty przeszły znamienną drogę rozwoju w zakresie sterowania.
Najprostsze rozwiązania elektromechanicznego układu sterowania
zawierały ograniczniki ruchu z przełącznikami i przekaźnikami –
najczęściej realizowały stały program działania robota. Pierwsze
programy robotów z programowalnym układem sterowania
zapisywano na taśmach lub bębnach magnetycznych.
Współczesne układy sterowania mają strukturę komputerową.
Jednym z kryteriów podziału może być więc budowa (struktura)
układu sterowania.
Najczęściej klasyfikacja robotów według kryterium sterowania
dotyczy dwóch
podstawowych sposobów przemieszczania się końcówki robota:
· punktowy – od punktu do punktu PTP (ang. point-to-point)
· ciągły – po linii ciągłej CP (ang. continuous path).
Klasyfikacja robotów według kryterium generacji
Ze względu na możliwości realizacji zadań o różnym stopniu złożoności, w tym
komunikowanie się z człowiekiem i rozpoznawanie otoczenia, klasyfikuje się również roboty
na generacje: I, II i III.
Roboty I generacji mają układ sterowania z pamięcią do której wprowadzane są rozkazy opisujące
kolejność realizacji zaplanowanych zadań (wykonania ruchów). Są to roboty nauczane i zrealizować mogą
tylko to co operator w danej sytuacji przewidział. Współczesne roboty tej generacji często wyposażone są
w urządzenia sensoryczne (np. system wizyjny) do zbierania informacji z otaczającego środowiska, ale
pobieranie i przetwarzanie informacji jest silnie zdefiniowane.
Roboty II generacji mają w układ sterowania zdolny realizować pewne wybrane zadania z dziedziny
sztucznego intelektu. Roboty II generacji wyposażone są w system wizyjny, systemy pomiaru odległości,
systemy dotykowe i komputer o dużej mocy obliczeniowej. Roboty mobilne tej generacji mogą na przykład
omijać przeszkody, których położenie nie było zaprogramowane i wyznaczać nowe trasy prowadzące do
celu. W tego typu układy sterowania wyposażono roboty wysyłane do badania Marsa.
Roboty III generacji wyposażone są w system inteligencji maszynowej i mogą realizować zadania
sformułowane w sposób ogólny, na przykład na podstawie rysunku modelu rozpoznać elementy i
zmontować urządzenie. Roboty tej generacji porozumiewać się będą z człowiekiem i realizować jego
rozkazy (przekazane słownie lub na piśmie). Roboty III generacji charakteryzować się będą samodzielnie
działającym układem decyzyjnym.
https://youtu.be/gTRG0uxOeNw
„hej mercedes :-D”
1
2
3
Klasyfikacja robotów według kryterium osiągów
Stacjonarne roboty
przemysłowe oferowane są obecnie w bardzo dużych
zakresach ruchu (nawet do 1500 mm), o
dużej dokładności pozycjonowania (± 0,05 mm) oraz w
szerokim zakresie dopuszczalnych
obciążeń (nawet do 500 kg).
https://youtu.be/2_SEJHxlmWw robocoaster
https://youtu.be/djxsE6zo_tc delta ultra precision
https://youtu.be/tIIJME8-au8 tenis
Polskie normy z zakresu robotyki
[n1] Roboty i manipulatory przemysłowe -- Terminologia. PN-EN ISO 8373:2001
[n2] Roboty przemysłowe -- Układy współrzędnych i ruchy. PN-EN ISO 9787:2003
[n3] Roboty przemysłowe -- Przedstawianie charakterystyk. PN-EN ISO 9946:2003
[n4] Roboty przemysłowe -- Metody badania charakterystyk funkcjonalnych. PN-EN ISO 9283:2003
[n5] Roboty przemysłowe -- Zestawienie wskaźników technicznych i użytkowych. PN-EN 29946:1994
[n6] Roboty przemysłowe -- Interfejsy mechaniczne -- Część 1: Płyty. PN-EN ISO 9409-1:2004
[n7] Roboty przemysłowe -- Interfejsy mechaniczne -- Część 2: Wałki. PN-EN ISO 9409-2:2004
[n8] Roboty przemysłowe -- Manipulowanie obiektami za pomocą chwytaków typu cęgowego -- Słownik i
przedstawianie charakterystyk PN-EN ISO 14539:2002
[n9] Roboty przemysłowe -- Systemy automatycznej wymiany elementów roboczych -- Terminologia i
przedstawianie charakterystyk PN-EN ISO 11593:2001
[n10] Roboty przemysłowe -- Graficzne wykorzystanie interfejsu do programowania i działania robotów PNEN ISO 15187:2003
[n11] Roboty do pracy w środowisku przemysłowym -- Wymagania bezpieczeństwa – Część 1: Robot PNEN ISO 10218-1:2006
Manipulatory:
Manipulator ręczny (serwooperator)
Manipulator automatyczny
Manipulator zdalny (telemanipulator)
16 miejsce na 2018
Podział na branże i globalna ilość robotów na przestrzeni kilku lat
COBOTY
•Prace nad robotami współpracującymi rozpoczęły się w 1995 roku.
•Pierwsze maszyny powstawały, żeby zmniejszyć obciążenie pracowników zakładów przemysłowych.
•Jednym ze sposobów umożliwienia kooperacji robotów z ludźmi jest wytyczenie obszarów
monitorowanych przez systemy wizyjne.
•W 2020 roku przedsiębiorcy na świecie zainstalowali 22 tysiące cobotów.
Programowanie cobotów odbywa się z
użyciem tabletu dedykowanego i rąk ☺
OOMG!!!
KISS
Keep It Simple and Stupid (as possible)
Taka jest filozofia wdrażania nowych technologii, dopóki
komputer nie miał interfejsu graficznego używało go bardzo
niewiele osób. Dziś każdy ma smartfon (czyli komputer) w
kieszeni.
https://www.statista.com/statistics/1120530/average-cost-of-industrial-robots/
W dolarach, dla różnych producentów uśredniona cena wynosi:
Żródło :https://manplusmachines.com/price-collaborative-robot/
SAWYER –
Rethink Robotics
Dziękuję i do zobaczenia