Podstawy robotyki.

Podręcznik stanowi ilustrację wykładów z podstaw robotyki prowadzonych przez autora na kierunku automatyka i robotyka na Wydziale Automatyki, Elektroniki i Informatyki Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Pozwala czytelnikowi na zapoznanie się z podstawowymi problemami, związanymi z opisem robotów stacjonarnych dla potrzeb ich programowania i projektowania układów sterowania. Zawiera oryginalne ujęcie geometrycznych warunków realizowalności zadanego położenia i orientacji obiektu manipulacji przez manipulatory. Algorytmy obliczeń współrzędnych naturalnych, opisujących wzajemne położenie i orientację członów manipulatora, umożliwiających osiąganie przez manipulator zadanych położeń i orientacji obiektu manipulacji, przedstawiono w postaci schematów blokowych. Publikacja w prosty sposób ilustruje ideę dynamicznego odprzężenia manipulatorów dla potrzeb sterowania oraz metody obliczania nastaw regulatorów układów sterowania pozycyjnych i sitowych. Omawia podstawowe charakterystyki robotów przemysłowych. Charakteryzuje języki programowania współczesnych robotów przemysłowych za pomocą przykładów. Ponadto, charakteryzuje problematykę związaną z tworzeniem systemów programowania off-line współczesnych robotów przemysłowych.


SPIS TREŚCI:

1. WPROWADZENIE 7
1.1. Charakterystyka zastosowań robotów przemysłowych 7
1.2. Opis stanu robota przemysłowego 9
1.3. Problematyka książki 10

2. OPIS I PRZEKSZTAŁCENIA PRZESTRZENNE 17
2.1. Postacie jednorodne opisu obiektów geometrycznych 18
2.2. Przekształcenia jednorodne 22
2.3. Opis układu kartezjańskiego w podstawowych układach współrzędnych 33
2.4. Różne reprezentacje macierzy jednorodnej 40

3. KINEMATYKA MANIPULATORÓW 56
3.1. Schematy kinematyczne 58
3.2. Układy współrzędnych manipulatora i stanowiska 59
3.3. Zapis Denavita-Hartenberga 61
3.4. Kinematyka manipulatora POP 63

4. ZADANIE ODWROTNE KINEMATYKI 68
4.1. Metody rozwiązań 69
4.1.1. Metody numeryczne 69
4.1.2. Metody analityczne 71
4.2. Zadanie odwrotne kinematyki manipulatora POP 73
4.3. Kinematyczne warunki osiągnięcia punktów trajektorii zadanej 76
4.4. Powtarzalność i dokładność manipulatorów 76
4.5. Czynniki przyspieszające obliczenia kinematyki 77

5. PRĘDKOŚCI, PRZYSPIESZENIA I SIŁY STATYCZNE 79
5.1. Różniczkowanie wektora położenia 79
5.2. Prędkości liniowe członów 82
5.3. Prędkości kątowe członów 83
5.4. Przyspieszenia liniowe członów 84
5.5. Przyspieszenia kątowe członów 85
5.6. Jakobiany manipulatora 86
5.7. Siły statyczne manipulatorów 95

6. DYNAMIKA MANIPULATORÓW 103
6.1. Równania Newtona-Eulera 103
6.2. Równania Lagrange'a 112
6.3. Postać jawna równań dynamiki 114
6.4. Struktura równań dynamiki manipulatorów 117
6.5. Symulacja dynamiki manipulatorów 118
6.6. Efektywność obliczeniowa dynamiki 119
6.7. Równania dynamiki w przestrzeni zewnętrznej manipulatora 119

7. PLANOWANIE I GENERACJA TRAJEKTORII 124
7.1. Opis i generacja trajektorii 124
7.2. Metody planowania trajektorii w przestrzeni współrzędnych naturalnych 125
7.3. Algorytmy generacji trajektorii w przestrzeni zewnętrznej 140
7.4. Problemy geometryczne związane z torami zewnętrznymi 143
7.5. Generacja trajektorii w czasie rzeczywistym 147
7.6. Opis trajektorii w języku programowania robota 149
7.7. Planowanie trajektorii z uwzględnieniem modelu dynamiki 149
7.8. Planowanie trajektorii bezkolizyjnych 150

8. CHARAKTERYSTYKA MANIPULATORÓW 151
8.1. Konfiguracja kinematyczna 151
8.2. Ilościowe charakterystyki manipulatorów 156
8.3. Struktura łańcuchów redundantnych i zamkniętych 159
8.4. Przekładnie, stosunek przełożenia, sztywność i odkształcenia 161
8.5. Silniki i czujniki 168

9. LINIOWE UKŁADY STEROWANIA MANIPULATORÓW 173
9.1. Modelowanie i sterowanie pojedynczego zespołu napędowego manipulatora 173
9.2. Prawa sterowania 177
9.2.1. Prawo sterowania PD 178
9.2.2. Prawo sterowania PID 183
9.3. Modelowanie i sterowanie manipulatora jako układu MIMO 188
9.4. Struktura układu sterowania robota przemysłowego 191
9.5. Problemy dyskretności sterowania 194

10. STEROWANIE MANIPULATORÓW Z REGULOWANĄ SIŁĄ 196
10.1. Więzy naturalne i sztuczne zadań ograniczonych 196
10.2. Układ sterowania hybrydowego pozycja/siła 198
10.3. Sterowanie siłą w układzie masa-sprężyna 199
10.4. Układy sterowania współczesnych robotów przemysłowych 202
10.4.1. Manipulatory z bierną podatnością 202
10.4.2. Manipulatory z podatnością układową 203
10.4.3. Sterowanie impedancyjne 204

11. JĘZYKI PROGRAMOWANIA ROBOTÓW 206
11.1. Trzy metody programowania robotów 206
11.2. Przykładowe programowanie 208
11.3. Wymagania stawiane językowi programowania robota 210
11.4. Przykład programowania w języku KAREL 214
11.5. Specyficzne problemy związane z językami programowania robotów 216

12. SYSTEMY OFF-LINE PROGRAMOWANIA ROBOTÓW 219
12.1. Główne problemy związane z układami programowania autonomicznego 221
12.2. Programy symulacji komputerowej 225
12.3. Automatyzacja podzadań w układach autonomicznego programowania 231

13. ZAKOŃCZENIE 234