1 – Komplexní automatizace strojírenské výroby, obecné cíle automatizace, výrobní systém

Automatizace výrobních a technologických procesů se dostává čím dál víc do popředí, je snaha automatizovat nejen samotná technologická zařízení, ale i další pomocné a vedlejší operace. Je snaha nahradit pracovní sílu ve zdraví škodlivém prostředí, při nebezpečné či monotónní práci apod.



Obecné cíle automatizace:
1 – zvýšení ekonomické efektivnosti výroby
- zvýšení produktivity práce a snížení mzdových nákladů
- snížení věcných nákladů (úspora energie, materiálu apod.)
- předpoklady tvorby zisku - uplatnění výrobků na trhu
- plné využití techniky
2 – zvýšení úrovně užitné hodnoty výrobku
- zvýšení kvality výrobku
- schopnost rychle reagovat na zkracování inovačních cyklů (FLEXIBILITA)
- snížení podílu lidského faktoru v technologickém procesu
3 – humanizace práce
- snížení intenzity a zvýšení kvality práce
- zvýšení kultury práce a zlepšení pracovního prostředí

2 – Výrobní systém „0“ tého řádu, technologické pracoviště, automatizované technologické pracoviště, struktura ATP a RTP

3 – Robot

Robot je automatický nebo počítačem řízený integrovaný systém schopný autonomní cílově orientované interakci s přirozeným prostředím podle instrukcí od člověka.
Interakce spočívá: vnímání a rozpoznávání tohoto prostředí, manipulování s předměty, popř. pohybování se v tomto prostředí.

4 – Vliv kinematické struktury na přesnost polohování

Každá kinematická dvojice vykazuje určitou odchylku (chybu), např. požadovanou nebo skutečnou hodnotou zdvihu. Výsledná odchylka např. požadovanou nebo skutečnou polohou těžiště objektu je pak dána geometrickým součtem odchylek v jednotlivých souřadnicích, měřeno v těžišti. Tato celková odchylka nesmí překročit dovolenou hodnotu.
U struktury TTT pravoúhlý souřadný systém

5 – Kinematické vyšetřování mechanismů PR

Zahrnuje vyšetřování kinematických veličin, tj. polohy, rychlosti, zrychlení bez zřetele k působícím silám.
Dvě metody: vektorová a maticová.


Přímá úloha polohy (PÚP) - vycházíme ze zadaného mechanismu a daných časových průběhů kinematických veličin hnacích členů. Určujeme – průběh polohy bodu – jejich dráhu, rychlost a zrychlení odpovídajícímu pohybu hnaných členů.
Inverzní úloha polohy (IÚP) – pro strukturálně zadaný mechanismus předepisujeme průběh pohybu určitého členu (nejčastěji koncového členu, který nese efektoru).
Vyšetřujeme průběh polohy pohybu hnacích členů tak, aby byl dosažen předepsaný průběh polohy, tj. zadané trajektorie a rychlosti pohybu po ní.

Vektorová metoda – efektivní metoda analytického vyšetřování kinematických veličin mechanismů PR, dovolující zejména u rovinných a jednodušších typů prostorových kinematických řetězců efektivně vyjadřovat vztahy mezi oběma typy souřadnic určujících polohu jeho členu.
Základ vektorové metody spočívá ve schématickém vyjádření jednotlivých členů mechanismu vektory jejichž počátky a koncové body jsou v místech kinematických vazeb.

Maticové metody – řešení kinematicky a dynamiky složitých otevřených kinematických řetězců.

6 – Vektorová metoda v syntéze mechanismů PR a M. Postup řešení inverzní úlohy polohy

Vektorová metoda (VM) je jedenou z efektivních metod analytického vyšetřování kinematických veličin mechanismů PR, dovolující zejména u rovinných a jednodušších typů prostorových kinematických řetězců efektivně vyjadřovat vztahy mezi oběma typy souřadnic, určujících polohu jeho členů.

7 – Maticové metody

Slouží k řešení problematiky syntézy kinematických a dynamických úloh složitějších prostorových otevřených kinematických řetězců PR. Popis chování mechanismů s kinematickými dvojicemi 5 třídy – metoda specifického zavádění souřadných systémů a popis transformace souřadnic sousedních členů jedinou tzv. Hartenbergerovou maticí. Tuto metodu s respektováním požadavků pro následné ??? řešení upravili a doplnili Richard a Paul. Jinou rozšířenou maticovou metodou je Brátova, jejíž podstata spočívá ve skládání prostorového pohybu z elementárních pohybů (rotací kolem a posuvů podél os), který přísluší transformační matici. Výsledná transformační je dána součinem matic základních pohybů a rychlost i zrychlení lze obdržet derivováním pomocí matic. operátoru.

Brátova maticová metoda – zvolíme v prostoru rámu a souřadný systém 0a, xa, ya, za, a v prostoru tělesa b systém 0b, xb, yb, zb. Oba systémy jsou kartézské a pravotočivé. Potom souřadnice libovolného bodu M tělesa b lze vyjádřit souřadnicemi a.

Richard-Paul metoda: Pro i-tou kinematickou dvojici osa z s osou kinematické dvojice spojují člen i a i+1. Osa x je přitom orientována do společné ??? k osám zi-1 a zi a směrem orientovaným od osy zi-1 k ose z. Osa y je třetí osou pravotočivého souřadného systému.
To umožňuje každé dva sousední souřadné systémy ztotožnit pomocí pootočení, dvě posunutí a dalšího pootočení podle postupu

8 – Postup vyšetřování vlastních pohybových rovnic aplikaci Lagrangeových rovnic II. druhu

Lagrangeovy rovnice II. druhu jsou za, že lze zanedbat pasivní odpory, efektivním a nenáročným prostředkem pro sestavování vlastních polohových rovnic (rovnice neumožňují získat reakce).
- při odvozování vlastních pohybových rovnic není nutné zavádět setrvačné účinky
- výpočty jsou prováděny ve skalární formě se snadno vyměnitelnou kinetickou, resp. potenciální energií
Základní tvar vlastních pohybových rovnic lze pomocí Lagrangeových rovnic II. druhu zapsat takto.

9 – Postup při projektování RTP. Projektové etapy a jejich výsledek

10 – Metodika navrhování automatizovaných technologických pracovišť s PR, postupné kroky při systematickém projektování metodou PQRST

Postup při projektování RTP není jednotný, v zásadě obsahuje tyto body:
- technologicko ekonomický dotazník
- úvodní projekt
- prováděcí projekt
- konstrukce periferního zařízení
- výroba netypických periferií
- realizace pracovišť

PQRST
P – product – produkt výrobek, který se má vyrábět – název, číslo výkresu, materiál, tvar, uchopení

Q – quantity – vyráběné množství, objem výroby  trend růstu, životnost, počet dávek

R – routing – reprodukční proces, výrobní proces, vlastní výrobce – údaje o strojích, pomocná zařízení

S – service – služby a obslužné procesy výroby – údržba, skladování

T – time – čas, ve kterém výrobní proces probíhá, strojní čas, délka manipulačního cyklu apod.

11 – Obecný postup analýzy při řešení projekt. úkolu

- shromáždit fakta
- údaje systematicky zpracovat
- ziskové údaje prověřit
- zkontrolované údaje uspořádat – vyřadit nepodstatné
- zpracovat vyhodnocení podkladů

Jednoduché vymezení vhodnosti pracoviště pro automatickou manipulaci pomocí PR

12 – Rozhodovací analýza

Druhá fáze rozhodnutí
– má k dispozici soubor několika námětů pracovišť vybraných pro automatizaci a je třeba stanovit pořadí pro řešení
– má několik komerčních alternativ řešení určitého RTP (robotizované tech. pracoviště) a vybírá nejvhodnější z nich
V praxi je nejobvyklejší empiricko-intuitivní rozhodování pro řešení problému – rozhodovací analýza – účelně propojuje přednosti empirického a exaktního rozhodování.
Metoda je vhodná pro multikriteriální rozhodování složitých problémů. Umožňuje komplexní hodnocení kritérií, propojit technická, ekonomická i výrobně organizační hlediska.

13 – Elektrické pohony PR, specifické požadavky na elektropohony, porovnání

Elektrické pohony – asi 75% všech pohonů, mají vysokou úroveň dynamických parametrů i statické přesnosti polohování a v řadě případů převyšují ??? vlastnosti konstrukční parametry mechanických částí robotů.

14 – DC pohony

15 – Asynchronní motory

V pohonech PR se tyto jednoduché motory uplatňují výjimečně (kotva na krátko má velký moment setrvačnosti a motor má nízkou hodnotu momentové přetížitelnosti), avšak se ve spojení s řízením rychlosti pomocí frekvenčních měničů aplikují pro pohon periferií a pomocných RTP


Řízení otáček – frekvenční měnič s AM ve zpětnovazebním zapojení, častěji aplikace frekvenčního měniče bez zpětných vazeb s činností v tzv. otevřené smyčce

16 – EC motory

Bezkartáčové motory – hybrid, kombinuje nejlepší vlastnosti DC kartáčových motorů a AM s kotvou na krátko. Princip činnosti EC vychází z klasického uspořádání kartáčových motorů, došlo ke změně funkce motoru a statoru. Permanentní magnety jsou umístěné v rotoru a vinutí je ve statoru.

17 – Elektropohony s krokovými motory v konstrukci manipulátorů a PR

Aplikace pohonu s KM (krokové motory) v konstrukcích PR je podmíněna jejich přednostem:
- vysoká přesnost polohování
- jednoduché propojení s číslicovým zařízením
- příznivý poměr mezi cenou a technologickými parametry

Nevýhody:
- nesnese přetížení (ztráta kroku – při práci v otevřené smyčce porušení synchronizace s řídícími pulzy)
- nízké hodnoty momentů (Mn = 0,2-10 m/s)
- dynamické vlastnosti se mění a výrazně zhoršují s velikostí momentu setrvačnosti připojené zátěže

KM mají jednoducho vnitřní strukturu, kdy řídící impulzy se převádějí přímo na změnu polohy výstupu (rotoru) KM v přesně definovaném poměru k počtu pulzů. Reverzace pohybu se provádí změnou sledu impulzů do jednotlivých fází a rychlost je přímo úměrná frekvenci impulzů. Vlastnosti KM lze sledovat na charakteristikách.


Je zřejmé, že vlastnosti KM lze výrazně zlepšovat zmenšováním velikosti kroku. Hybridní KM – 2 a pro náročnější generace v 5 fázových provedeních.

Pro KM nesmí být překročena pracovní charakteristika při žádném režimu provotu a zahrnuje jak působení zátěžných momentů prac. sil, tak i setrvačné momenty při dynamickém zatěžování motoru STAR-STOP frekvence – chování motoru bez připojení setrvačné zátěže a v případě, že je motor K motoru připojena zátěž. Je zřejmé, že motor naprázdno dokáže sledovat bez ztráty kroku impulzy s největší frekvencí danou hodnotou fA0m pokud na motor při startu působí silové zatížení potom se start. frekvence snižuje podle křivky start-stop.
V případě, že je k motoru připojena zátěž JL, pak se křivka start-stop frekvence v horním obrázku posune horizontálně doleva a pokud je navíc motor zatížen v klidové poloze momentem síly ML, pak max. startovací frekvence má hodnotu fAM.