An anthropomorphic robot, i.e. a robot that can reproduce the movements of the human arm, is equipped with various types of interpolation. The ro-bot can be used to mix two liquids enclosed in a shaker mixer. The problem that has to be solved is the selection of the optimal types of interpolation, as well as the sequence of these robot movements that is able to provide better results higher mixing efficiency, in other words amore sustainable approach to the mixing process, using an anthropomorphic robot.The shaker-type container used the shape of a truncated cone has a positive effect on the efficiency of the liquid mixing process. The difference in den-sity between the two liquids contributes to a sustainable approach to the mixing process. It is preferable to use different shaker position with re-spect to the gravitational acceleration vector and to use different linear and arc interpolation. The use of variable position in relations to gravita-tional acceleration vector, due to the shape of the truncated cone of the mixer, will cause chaotic movement of particles inside the shaker, which is a desirable phenomenon, because then both mixed liquids mix quickly
For the synthesis of manipulators and robots, an accurate analysis of the movements of the individual links is essential. This thesis deals with motion planning of the effector of a multi-linked manipulator. An important topic in this area is the orientation and position of links and kinematic pairs in space. In particular, attention should be paid to the position of their endpoint as well as other significant points. Trajectory planning allows the manipulator to perform complex tasks, such as picking and placing objects or following a particular path in space. Overall, trajectory planning of a multibody manipulator involves a combination of direct and inverse kinematics calculations, as well as control theory and optimization techniques. It is an important process enabling manipulators to perform complex tasks such as assembly, handling and inspection. In the design of robot kinematic structures, simulation programs are currently used for their kinematic and dynamic analysis. The proposed manipulator was first solved by inverse kinematics problem in Matlab. Subsequently, the trajectories of the end-effector were determined in Matlab by a direct kinematics problem. In Simulink, using the SimMechanics library, the inverse problem of dynamics was used to determine the trajectories of the moments.
The paper presents its contribution to tracking control design of mechanical systems in underactuated mode conditions, i.e. when the number of actuators is less than the number of possible control inputs. Fully actuated mechanical systems are quite well-researched and controller designs are well-developed for them as well. However, due to costs, weight, design, and performance regimes or due to an actuator failure, the underactuated control mode is required in applications. With the aid of the computational procedure for constrained dynamics (CoPCoD), the constrained dynamics, i.e. the reference motion dynamics, and tracking control in an underactuated mode are designed for an example of a three-link planar manipulator model with rigid and flexible links. A dynamic optimization problem is formulated in the paper to obtain optimal time courses of manipulator joint coordinates in underactuated mode conditions in order to apply them to a manipulator driving links controller.
Analiza drgań robotów przemysłowych jest jednym z kluczowych zagadnień w kontekście robotyzacji procesów obróbki mechanicznej. Drgania robotów podczas procesu obróbki negatywnie wpływają zarówno na mechanizmy robota oraz obrabiany przedmiot. Drgania niskoczęstotliwościowe, wynikają z podatności w przegubach manipulatora i systemie mocowania narzędzi, wpływają głównie na obniżenie dokładności wymiarowej oraz kształtowej obrabianego przedmiotu. W ramach artykułu zbudowano model manipulatora dwuczłonowego. Sformułowano dynamiczne równania ruchu, celem określenia wpływu konfiguracji ramienia robota na zjawiska drganiowe. Wyznaczono widmo częstotliwościowe drgań członów robota oraz przeprowadzono badania w wielu konfiguracjach uzyskując mapę częstotliwości rezonansowych w zależności od konfiguracji manipulatora. Uzyskane wyniki potwierdzą, że ustawienie członów manipulatora ma znaczący wpływ na zjawiska drganiowe.
EN
Vibration analysis of industrial robots in one of the key issues in the context of robotization of mechanical machining processes. Robot vibration during the machining process negatively affect both the robot’s mechanisms and the workpiece. Low-frequency vibrations, resulting from the flexibility in the manipulator joints and the tool mounting system, mainly reduce the dimensional and shape accuracy of the workpiece. As part of the article, a model of a two-component manipulator was built. Dynamic equations of motion were formulated to determine the influence of the configuration of the robot’s arms on vibration phenomena. The obtained results confirm that the mutual arrangement of the manipulator members has a significant influence on the vibration phenomena.
This paper addresses the problem of following three-dimensional path by holonomic manipulator with parametric uncertainty in the dynamics. Description of the manipulator relative to a desired three-dimensional path was presented. The path is parameterized orthogonally to the Serret-Frenet frame which is moving along the curve. The adaptive control law for the RTR manipulator which ensures realization of the task was specified. Theoretical considerations are supported by the results computer simulations.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The purpose of this paper was to present the results of a DIY teaching manipulator project. The design-construction process, selection of ready-made elements, design of control layer and 3D printing execution were presented. The article schowed the synergy and adaptation of ready-made solutions needed in the education of, among others, future engineers. The developed workstation has met the assumed assumptions and can be successfully implemented as a solution in common use at a low cost.
PL
Celem artykułu było przedstawienie wyników projektu manipulatora dydaktycznego DIY. Opisano proces projektowo-konstrukcyjny, dobór gotowych elementów, projekt warstwy sterującej oraz wykonanie wydruku 3D. Artykuł prezentuje synergię oraz adaptację gotowych rozwiązań potrzebnych w edukacji m.in. przyszłych inżynierów. Opracowane stanowisko spełniło przyjęte założenia i z powodzeniem może zostać wdrożone jako rozwiązanie w powszechnym użyciu przy niskim nakładzie kosztów.
This paper presents a method of selection of configuration for manipulators of portable robots for special purposes. An analysis of tasks and related requirements for the functionality of the manipulator was presented on the example of the portable PIAP Patrol robot. From the set of robot tasks, the tasks that had the greatest impact on the manipulator parameters were selected. Both kinematic and static criteria were used as the basis for adopting the objective function. With the use of multi-criteria optimization tools, the manipulator configuration parameters were selected. Selected working capacities were maximized while ensuring that the imposed requirements for mass and kinematic limitations were met. The results of simulation tests were presented, and the scope of further work has been outlined.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents a concept of an extremely simple planar manipulator composed of 24 congruent modules. Each module has only two possible discrete positions in relation to the previous module: left (-π/6) or right (π/6). However, despite its conceptual simplicity, this manipulator can perform relatively demanding tasks, for example as an inspection device. The manipulator is placed in an experimental environment, and the goal is to place its tip in close proximity to five given points without collisions. Despite the constraints of its motion, the manipulator effectively “crawls” inside the working space and visits assigned points. The control of the manipulator is executed by manual placing to desired configurations and interpolating the intermediate transitions. The preliminary results are promising and show that for certain practical types of tasks, the functionality and precision of this extremely simple manipulator could be sufficient, e.g., visual inspection, provision of survival supplies, placing of explosives, etc.
In this article, an method is proposed combining optimal control for linear system and disturbances observer to control a 3 degree of freedom (3DoF) robot manipulator. By making the tracking error follow a given stable linear reference model through the observer, an optimal controller LQR will be designed to solve the optimization problem for the reference system, thereby leading to good control quality for the original system. The effectiveness of the method is shown through simulation results performed on Matlab/Simulink.
Conceptual development and testing of models and prototypes of manipulators, supporting the work of industrial robots, has become a specialty of the Department of Welding Engineering of the Warsaw University of Technology and ZAP Robotyka from Ostrow Wielkopolski. However, they are not typical devices, so their development requires a detailed analysis of many aspects, both functional and economic. Also the pre-implementation tests are not included in dedicated standards and must be based on previously developed experimental procedures. This article presents selected problems in the design and research of new types of manipulators, created as a result of joint research and development work.
PL
Opracowanie koncepcyjne oraz badania modeli i prototypów maszyn manipulacyjnych, wspomagających pracę robotów przemysłowych, stało się specjalnością Zakładu Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej i ZAP Robotyka z Ostrowa Wielkopolskiego. Przeważnie nie są to jednak urządzenia typowe, stąd ich opracowanie wymaga szczegółowej analizy wielu aspektów, zarówno użytkowych, jak i ekonomicznych. Również badania przedwdrożeniowe nie zostały ujęte w dedykowanych normach i muszą opierać się na wypracowanych wcześniej procedurach doświadczalnych. W artykule zebrano wybrane problemy przy projektowaniu i badaniach nowych typów maszyn manipulacyjnych, powstałych w wyniku wspólnie prowadzonych prac badawczo-rozwojowych.
The presented study contains a sample of utilization of the control laws treated as kinematic relations of parameter deviations and realized in the process of ordered automatic control of a manipulating machine. Movement of the grasping end is considered in an inertial reference standard rigidly joined with an immobile working environment of the manipulator. The specificity of the control’s choice required creating program relations constituting the ordered parameters describing the movement of the manipulator’s elements. During work, the ordered parameters are compared to the parameters realized in the process of the grasping end’s work. This was deviations are determined, which thanks to properly prepared control laws are leveled by the manipulator’s control executive system.
W artykule przedstawiono projekt i wykonanie trójosiowego manipulatora Pick and Place, który oparty został na oprogramowaniu OpenPnP. Przeznaczony on jest do układania elementów SMD na płytkach PCB. Do wykonania projektu użyto gotowej ramy, która wymagała doboru odpowiednich silników i zaprojektowania wymaganych elementów dla osi Z, które zostały wykonane w programie Solidworks. Do skonstruowania manipulatora zastosowano napęd oparty na przekładni pasowej, jak i elementy pneumatyczne służące do podnoszenia komponentów. Dobrano i skonfigurowano również odpowiednie kamery wraz z oświetleniem, pozwalające na automatyczne sprawdzanie przebiegu pracy maszyny przez oprogramowanie. Kolejnym krokiem był dobór elementów elektronicznych maszyny i ich konfiguracja. Następnie skonfigurowano oprogramowanie OpenPnp i przygotowano je do automatycznego układania elementów SMD.
EN
The article presents the design and implementation of a three-axis Pick and Place manipulator based on OpenPnP software. It is designed for the placement of SMD components on PCB boards. A ready-made frame was used for the project, which required the selection of appropriate motors and the design of the required components for the Z-axis, which were design in Solidworks software. A belt drive was used to construct the manipulator as well as pneumatic components for lifting the SMD parts. Appropriate cameras were also selected and configured along with lighting, allowing the software to automatically check the progress of the machine. The next step was to select the electronic components of the machine and configure them before OpenPnp software was configured and prepared for the automatic placement of SMD components.
W artykule przedstawiono projekt mobilnego robota gąsienicowego wykonanego w ramach pracy inżynierskiej, mogącego poruszać się w zróżnicowanym terenie. Jego zadaniem jest wykrywanie metalowych przedmiotów, co jest realizowane za pomocą wykrywacza metalu umieszczonego na manipulatorze o trzech stopniach swobody. Całość sterowana jest z poziomu telefonu za pomocą dedykowanej aplikacji. Całość prac projektowych została podzielona na trzy segmenty. Dla części mechanicznych (platforma mobilna, manipulator) sformułowano model matematyczny obiektu, na podstawie którego dokonano obliczeń i doboru napędów oraz innych niezbędnych komponentów. Dla wykrywacza przedstawiono opis badań prowadzonych pod kątem doboru cewki układu sensorycznego. W części związanej ze sterowaniem robota została zaprezentowana aplikacja oraz proces testowania za pomocą stanowiska wykonanego na płytce prototypowej. Na zakończenie przedstawiono złożenie całego robota wraz z podsumowaniem wykonanych prac, wnioskami i kierunkami dalszych badań.
EN
This paper presents the design of a mobile tracked robot capable of moving in varied terrain. Its task is to detect metal objects, which is achieved by means of a metal detector placed on a manipulator with three degrees of freedom. The whole system is controlled from a phone using a dedicated application. For the mechanical parts, a mathematical model was created, which was used to carry out driver selection and other essential components. For the detector, a description of research carried out to select the coil of the sensory system is presented. In the part related to the control of the robot, the application and the process of testing by means of a station made on a prototype board is presented. Finally, the assembly of the entire robot is presented along with conclusions and directions for further research.
This paper presents the design of a mobile tracked robot capable of moving in varied terrain. Its task is to detect metal objects, which is achieved by means of a metal detector placed on a manipulator with three degrees of freedom. The whole system is controlled from a phone using a dedicated application. For the mechanical parts, a mathematical model was created, which was used to carry out driver selection and other essential components. For the detector, a description of research carried out to select the coil of the sensory system is presented. In the part related to the control of the robot, the application and the process of testing by means of a station made on a prototype board is presented. Finally, the assembly of the entire robot is presented along with conclusions and directions for further research.
PL
W artykule przedstawiono projekt mobilnego robota gąsienicowego wykonanego w ramach pracy inżynierskiej, mogącego poruszać się w zróżnicowanym terenie. Jego zadaniem jest wykrywanie metalowych przedmiotów, co jest realizowane za pomocą wykrywacza metalu umieszczonego na manipulatorze o trzech stopniach swobody. Całość sterowana jest z poziomu telefonu za pomocą dedykowanej aplikacji. Całość prac projektowych została podzielona na trzy segmenty. Dla części mechanicznych (platforma mobilna, manipulator) sformułowano model matematyczny obiektu, na podstawie którego dokonano obliczeń i doboru napędów oraz innych niezbędnych komponentów. Dla wykrywacza przedstawiono opis badań prowadzonych pod kątem doboru cewki układu sensorycznego. W części związanej ze sterowaniem robota została zaprezentowana aplikacja oraz proces testowania za pomocą stanowiska wykonanego na płytce prototypowej. Na zakończenie przedstawiono złożenie całego robota wraz z podsumowaniem wykonanych prac, wnioskami i kierunkami dalszych badań.
The article presents the design and implementation of a three-axis Pick and Place manipulator based on OpenPnP software. It is designed for the placement of SMD components on PCB boards. A ready-made frame was used for the project, which required the selection of appropriate motors and the design of the required components for the Z-axis, which were design in Solidworks software. A belt drive was used to construct the manipulator as well as pneumatic components for lifting the SMD parts. Appropriate cameras were also selected and configured along with lighting, allowing the software to automatically check the progress of the machine. The next step was to select the electronic components of the machine and configure them before OpenPnp software was configured and prepared for the automatic placement of SMD components.
PL
W artykule przedstawiono projekt i wykonanie trójosiowego manipulatora Pick and Place, który oparty został na oprogramowaniu OpenPnP. Przeznaczony on jest do układania elementów SMD na płytkach PCB. Do wykonania projektu użyto gotowej ramy, która wymagała doboru odpowiednich silników i zaprojektowania wymaganych elementów dla osi Z, które zostały wykonane w programie Solidworks. Do skonstruowania manipulatora zastosowano napęd oparty na przekładni pasowej, jak i elementy pneumatyczne służące do podnoszenia komponentów. Dobrano i skonfigurowano również odpowiednie kamery wraz z oświetleniem, pozwalające na automatyczne sprawdzanie przebiegu pracy maszyny przez oprogramowanie. Kolejnym krokiem był dobór elementów elektronicznych maszyny i ich konfiguracja. Następnie skonfigurowano oprogramowanie OpenPnp i przygotowano je do automatycznego układania elementów SMD.
Manipulatory to osprzęty robocze, w których kilka członów połączonych jest przegubami. Najczęściej stosowaną strukturą kinematyczną jest struktura szeregowa, której końcowy element stanowi efektor w postaci głowicy technologicznej lub chwytaka. Do napędu manipulatorów stosuje się zazwyczaj jeden z trzech rodzajów układów napędowych: pneumatyczny, elektryczny lub hydrostatyczny. Obszar zastosowań takich osprzętów jest bardzo szeroki i determinuje go rodzaj wykorzystywanych efektorów, struktura kinematyczna, układ napędowy, a także platforma bazowa - stacjonarna lub mobilna. Od tego typu konstrukcji wymaga się możliwości realizacji zróżnicowanych zadań, w których konieczne jest, aby efektor dysponował wielopłaszczyznowym spektrum ruchów. Dodatkowo wskazana jest duża precyzja ruchu. Wieloczłonowa konstrukcja o dużym stopniu swobody zapewnia manipulatorom wiele możliwości roboczych, ale jednocześnie sprawia trudności w efektywnym wykorzystaniu przy operowaniu manualnym. Stąd najczęściej wykorzystuje się je w robotach, w których część lub wszystkie ruchy są sterowane w sposób zautomatyzowany. Manipulatory zabudowane na platformie stacjonarnej (manipulatory robotyczne) są szeroko rozpowszechnione jako m.in. roboty przemysłowe, medyczne, badawcze. Szczególną grupą są manipulatory montowane na platformach mobilnych, zwane robotami mobilnymi. Najczęściej wykorzystuje się je do zadań specjalnych takich jak działania militarne oraz ratunkowe, a także do eksploracji trudno dostępnych terenów badawczych. Manipulatory te muszą być zdolne do przenoszenia dużych obciążeń, posiadać szeroki zakres obszaru roboczego i możliwość generowania dużych sił udźwigu. Wykorzystywanie ich do czynności niebezpiecznych chroni człowieka przed ryzykiem utraty życia lub zdrowia, a poprzez to podnosi efektywność wykonywanych prac. W ostatnich latach obserwuje się intensywny rozwój układów sterowania tego typu konstrukcji.
EN
Manipulators are multi-part constructions whose members are connected by joints. The most common kinematic structure is the series structure. The effector at the end of the structure is a process head or a gripper. The most commonly used kinematic structure is a series structure, and the effector at the end of it is a technological head or a gripper. The area of application of manipulators is very wide and it de-termines the type of tools used, the kinematic structure, the drive system, and the base platform ‒ stationary or mobile one. As industrial, medical, and research robots there are used the manipulators built on a stationary platform. A construction of this type requires a high degree of repeatability and preci-sion in the movements performed. A multi-part structure with a large number of degrees of freedom provides the manipulators with a large working capacity, but at the same time makes it difficult to use them effectively for manual operation. This is why they are most commonly used for robots in which some or all movements are controlled automatically. Manipulators, mounted on mobile platforms, are a special group, called in short mobile robots. They are most often used for special tasks, such as military and rescue operations, as well as for the exploration of hard-to-reach research areas. Manipulators used there must be able to carry heavy loads, have a wide range of workspace and the ability to generate large lifting forces. Their use for dangerous activities protects people from the risk of loss of their life or health, and thus it increases the efficiency of the work. In recent years, there has been observed an intensive development in constructions of this type.
Do najbardziej złożonych systemów wytwarzania wykorzystujących roboty przemysłowe należą zrobotyzowane systemy montażowe. Związane jest to głównie z wymogami dużej wydajności, elastyczności oraz sprawności. Z uwagi na fakt, że podczas montażu konieczne jest często chwytanie i manipulowanie różnymi obiektami o złożonych kształtach, niezbędne jest zastosowanie dodatkowego osprzętu (czujników, ustalaczy i stołów pozycjonujących).
Wielka precyzja i powtarzalność pracy robotów wykorzystywanych w przemyśle prowokowały wręcz do tego, by to nowoczesne narzędzie spróbować wykorzystać w chirurgii. Pierwszym, który to zrobił, był dr Yik San Kwoh w Long Beach Hospital (Kalifornia). Zastosował on w 1985 roku robota PUMA 200 do wprowadzenia igły biopsyjnej do mózgu pacjenta.
The development, testing and implementation of a new construction of a multi-axis L-type welding positioner designed to work with an industrial robot, distinguished by a wide range of movements, high load capacity and working space is a difficult task. Due to the special, unique nature of this type of devices, their research is not the subject of dedicated standards and detailed descriptions of literature and, are based primarily on their own manufacturers' procedures. The article traces the creative process in the development and implementation of the "L" positioner as part of the research and development of new types of machines at PPU "ZAP Robotics" in Ostrów Wielkopolski in cooperation with the Department of Welding Engineering at the Warsaw University of Technology.
PL
Opracowanie, badania i wdrożenie nowej konstrukcji wieloosiowego pozycjonera spawalniczego typu "L" przeznaczonego do współpracy z robotem przemysłowym, wyróżniającego się szerokim zakresem ruchów, dużą nośnością oraz przestrzenią roboczą jest zadaniem trudnym. Z uwagi na specjalny, unikalny charakter tego typu urządzeń, ich badania nie są przedmiotem dedykowanych norm i szczegółowych opisów literaturowych, a opierają się przede wszystkim na własnych procedurach producentów. W artykule prześledzono proces twórczy przy opracowaniu i wdrożeniu pozycjonera typu "L" w ramach prac badawczo - rozwojowych nowych typów maszyn w PPU "ZAP Robotyka" w Ostrowie Wielkopolskim we współpracy z Zakładem Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej.
Przedsiębiorstwa produkcyjne dążą do zautomatyzowania procesów produkcyjnych. Następuje to w wyniku zastosowania automatów, robotów oraz manipulatorów. Podstawową przesłanką do wprowadzania tego typu rozwiązań jest ciągły wzrost kosztów pracy ludzkiej. Wszelkiego rodzaju automaty przemysłowe, zastępują pracę fizyczną człowieka, skracają także czas produkcji wyrobów. W przemyśle, częstym rozwiązaniem jest stosowanie automatów oraz manipulatorów pneumatycznych, ze względu na niewielki koszt ich eksploatacji, powszechną dostępność: źródła energii, którym jest sprężone powietrze. W artykule przedstawiono elementy pneumatyczne układów sterowania: pneumatyczne elementy wykonawcze, elementy sterujące przepływem i ciśnieniem powietrza. Zaprezentowano zastosowanie pneumatycznych układów sterowania w przemyśle.
EN
Production companies strive to automate of production processes. This is due to the use of automatic devices, robots and manipulators. The basic premise for implementing such solution is continuous increase of human labour costs. All kinds of industrial automatic machines replace physical human work and cut down the production time. In industry, a common solution is the use of pneumatic automatic machines and manipulators, due to their low cost of operation and widespread availability of the source of energy which is compressed air. In this paper pneumatic elements of control systems, pneumatic actuators, elements controlling the flow and pressure of air were presented. The exemplary of application of pneumatic control system in industry were presented too.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.