τ.ε. ι. Π Ε Ι ΡΑΙΑ ΣΧΟΛ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙ ΚΩΝ ΕΦΛ Ρ ΜΟΓΩΝ ΤΜ ΙΙΜ Α ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜ ΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΉ ΕΡΓΑΣΙΑ ΡΟΜΠΟΤ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘΕΙ ΜΙΑ ΜΑ ΥΡΗ ΓΡΑΜΜΗ Σ Π Ο ΥΔΑΣΤΗ Σ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΝΤΟΥΚΑΣ 32249 Ε ΠΙΒ ΛΕ ΠΟΝ ΚΑΘΗΓΙ ΙΤΙ Ι Σ ΧΑΜΗΛΟΘΩΡΗΣ ΓΕΩ ΡΓΙ ΟΣ ΑΘΗΝΑ ΜΑΪΟΣ 2012 ΤΕΙ ΒIΒΛΙΟ ΘΗΚΗ ΠΕ ΙΡΑΙΑ
ΕΥΧΑ ΡΙΣΤΙΕΣ Επιθυμώ να ευχαριστήσω για την αρωγή τους στην ολοκλήρωση αυτής της εργασίας τους καθηγητές του εργαστηρίου Μηχατρονική ς. Επίσης θέλω να ευχαριστήσω όλους όσους συνέβαλαν στην εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής με οποιοδήποτε τρόπο. f ι,,j Ο Θ ΗΚΗ Τ Ε Ι Π Ε Ι ΡΑ ΙΑ
2 ΓΟϊ;ι.ι Ο~ \ 1' Ε ι Π Ε 1 Ρ Α '-~ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ......... σελ.4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ l :ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ...... σελ.6-3 l 1.1 ΟΡlΣΜΟΣ ΤΗΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗΣ... σελ.6 1.2 Η ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑ ΩΣ ΣΗΜΕΡΑ... σελ.6-18 1.2.1 ΜΥΘΟΛΟΠΚΑ ΡΟΜΠΟΤ...... σελ.6-8 Ο ΤΑΛΩΣ... σελ.6-7 ΚΙΝΟΥΜΕΝΕΣ ΚΟΥΚΛΕΣ... σελ. 7 ΧΡΥΣΟΙ ΒΟΗΘΟ Ι... σελ.7 ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΣΚΥΛΟΙ............ σελ.7 ΘΡΟΝΟΣ ΠΑΓ ΙΔΑ...... σελ.8 1.2.2 ΡΟΜΠΟΤ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤ ΑΣ... σελ.8-1 l ΙΠΤ ΑΜΕΝ Η ΜΗΧΑΝΗ... σελ.8 Ο ΜΗΧΑΝ Ι ΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚ ΥΘΗΡΩΝ......... σελ.8-9 ΗΡΩΝ Ο ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΝΟΣ... σελ.9-11 1.2.3 ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΡΟΜΠΟΤ... σελ.1 1-18 Ο ΣΚΥ ΛΟΣ ΤΟΥ ΤΑΚΟΛΑ... σελ.11 ΛΕΟΝΑΡΝΤΟ ΝΤΑ ΒΙΝΤΣΙ.... σελ. Ι 1-12 ΡΟΜΠΟΤ ΙΚΗ ΠΑ ΠΙΑ... σελ. 12 ΤΗΛΕΧΕΙΡΙΖΟΜΕΝΟ ΠΛΟΙΟ... σελ 12-13 ΕLΕΚΤRΟ... σελ.13 ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΒΡΑΧΙΟΝΑΣ UΝΙΜΑΤΕ... σελ13 ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ ΣΕΙΚΙ... σελ. 13-14 ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ DANTE 2... σελ. 14 ΤΟ ΒΙΟΜΕΤΡ Ι ΚΟ ΡΟΜΠΟΤ ROBOTUNA... σελ. Ι 5 Ο ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΣΚΥ ΛΟΣ Α Ι ΒΟ... σελ. 15-16 Ο ASIMO...... σελ.16 ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ QRIO SDR-4Xll... σελ. Ι 6- Ι 7 Ο TlT ΑΝ... σελ.17 ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ PARTNER... σελ.17-18 ACTROID-F......... σελ.18 1.3 ΚΑ ΤΗΓΟΡΙΕΣ ΡΟΜΠΟΤ... σελ. Ι 9-28 1.3.l ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ... σελ.19-23 1.3.2 ΚΙΝΗΤ Α ΡΟΜΠΟΤ... σελ23-26 1.3.3 ΙΑΤΡ ΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ... σελ.26 1.3.4 ΤΗΛΕΡΟΜ ΠΟΤ... σελ.27 1.3.5 ΚΟΙΝΩΝ ΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ... σελ.27-28 1.4 STANFORD CΑRΤ... σελ.28-31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΚΑΤΑΣΚΕΥΉ ΤΟΥ ΡΟΜΠΟΤ ΠΟΥ ΑΚΟΛΟΥΘ Ε Ι ΜΑΥΡΗ ΓΡΑΜΜΗ... σελ.32-47 2.1 ΒΧ-24... σελ.33 2.1.1 Ο ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ ΒasίcΧ... σελ.33 2. 1.2 SPl EEPROM ΜΙΚΡΟΤΣΙΠ... σελ.33 ΜΙΑ
2. 1.3 ΣΕΙΡΙΑΚΗ ΘΥ ΡΑ........... σελ.33-34 2.J.4 Ρ ΥΘΜΙ ΣΤΗΣ ΤΑΣΗ Σ...... σελ.34 2. J.5 Ρ ΥΘΜΙ ΣΤΗΣ ΧΑΜΗΛΗΣ Τ ΑΣΗΣ..... σελ.34 2. 1.6 ΑΝΑΛΟΓΙΚΟΣ ΣΕ ΨΗΦΙΑΚΟ ΜΕΤ Α ΤΡΟΠΕΑΣ... σελ.34 2. 1.7 ΒΧ-24 ΤΕΧΝ Ι ΚΕΣ ΠΡΟΔ ΙΑ ΓΡΑΦΕΣ... σελ.35-36 2.1.8 ΒΧ-24 Α ΡΙΘΜ Η ΣΗ ΑΚΙΔΩΝ... σελ.36 ΒΧ-24 ΟΡΙΣΜΟΙ ΑΚΙΔΩΝ... σελ.37... ΒΧ-24 DC ΧΑ ΡΑΚΤ ΗΡΙ ΣΤΙΚΑ... σελ.38 2.2 SRF05 - UL TRA SONIC RANGER ΤΕΧΝΙΚΆ ΧΑ ΡΑΚΤ ΗΡΙ ΣΤΙΚΑ.. σελ.38-44 2.2. Ι MODE l SRF04 ΞΕΧΩΡΙΣΤΆ TRIGGER ΚΑ Ι ΕC ΗΟ... σελ.39-40 2.2.2 MODE 2 TRIGGER ΚΑΙ ECHO ΣΕ ΕΝΑ... σελ.40-4 1 2.2.3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΑΠΟΣΤ ΑΣΗΣ..... σελ.4 ι -42 2.2.4 Η ΑΛΛΗ ΣΕ ΙΡΑ ΑΠΟ ΤΟΥΣ 5 ΑΚΡΟΔΕΚΤΕΣ... σελ.42 2.2.5 ΑΛΛΑΓΉ ΠΡΟΤΥΠΟΥ ΚΑ Ι ΠΛΑΤΟΣ ΔΕΣΜΗΣ...... σελ.42 2.2.6 ΣΥΝΔΕΣΜΟΛΟΓΙΑ SRF05 SONAR Μ Ε ΒΧ-24...... σελ.43-44 2.3 LΓΝΕ FOLLOWER ΜΕ QTI........ σελ.44-46 2.4 ΚΓΝΗΤΗΡΑΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (DC)...... σελ.46 2.5 ΣΕΡΒΟΚΙΝΗΤΗΡΑΣ........... σελ.47 2.6 ΚΥΚΛΩΜΑ ΠΛΑ Κ ΕΤΑΣ........... σελ.47 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΚΩΔΙΚΑΣ... σελ.48-55 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΠΙΠΛΕΩΝ ΒΕΛ ΤΙΩΣΕΙΣ... σελ.56-57 4.1 ΠΡΟΣΘΉΚΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥ ΛΛΕΚΤΗ... σελ.57 4.2 ΠΡΟΣΘΉΚΗ ΚΑΜΕΡΑΣ... σελ.57 4.3 ΠΡΟΣΘΉΚΗ Α ΡΠΑ ΓΗΣ...... σελ.57 4.4 ΠΡΟΣΘΗΚΗ Η ΧΕ ΙΟΥ ΚΑΙ ΜΝΗΜΗΣ FLASH... σελ.57 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ... σελ.58 ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ ΔJΑΔ ΙΚΤΥΟΥ... σελ.58-59 3
ΠΡΟΛΟΓΟΣ Ο κλάδος της ρομποτικής είναι αναμφισβήτητα ένας πολύ σημαντικός και εντυπωσ ιακός κλάδος που έχε ι κάνε ι την εμφάνισή του από την αρχα ιότητα και συνεχίζετα ι με εκπληκτικές εφαρμογές μέχρ ι και σήμε ρα. Η άνθη ση της ρομποτικής στις επόμενες δεκαετίες είναι πλέον επιστη μονικά σίγουρη. Αυτό φαίνετα ι και στην καθη μερινή μας ζωή. Υπάρχουν ήδη ρομποτικά όργανα που εξυπηρετούν διάφορες ανάγκες των ανθρώπων, όπως όργανα ακοής, ρομποτικά χέρια κα ι πόδια. Η ρομποτική στις μέρες μας χρησιμοποιείτε σε πολλούς τομείς για να εξυπηρετήσε ι τις διαφορετικές ανάγκες που προκύπτουν καθημερ ινά. Οι τομείς αυτοί είναι αρχικά της βιομηχανίας όπου θα συναντήσε ι κάνεις ένα τεράστιο εύ ρος από ρομπότ τα οπο ία κρατούν σχεδόν ολόκληρη την γραμμή παραγωγής και έχουν αντικαταστήσε ι πλ1ίρως την ανθρώπινη ε ργασία. Ένας ακόμα τομέας όπου γίνεται με επιτυχία η χρήση της ρομποτικής είναι η ιατρική, αν και ακό μα η εξέλιξή της σε βρίσκετα ι σε αρχικά στάδια και όχι σε ολόκληρο το φάσμα της ιατρικής. Επίσης εκτεταμένη είναι η χρ11ση της ρομποτικής και στον στρατό σε αντίθεση με τα κοινωνικά και καθημερ ινής χρήσης ρομπότ τα οποία έχουν ακόμα αρκετό αλλά όχι πολύ δρόμο για αν μπουν βαθιά στην καθημερ ινότητά μας. Σύντομα θα είνα ι διαθέσιμα όργανα που ενσωματώνονται και με τα οποία θα επικοινωνούμε μεταξύ μας καθώς και με διάφορες συσκευές. Ολοένα και μεγαλύτερο μέρος της ανθρώπινης φύσης μας αντικαθίστατα ι από τα ρομπότ και φυσικά υπάρχουν συζητήσεις και ανησυχίες μεταξύ επιστημόνων για την επ ίδραση των ρομπότ στο μέλλον της ανθρωπότητας Σκοπός της παρούσας πτυχιακής είνα ι η πραγματοποίηση ενός ρομπότ Line tollowcr που ακολουθεί μία μαύρη γραμμή και είναι σε θέση, με βάση των υπολογ ισμών της απόστασης να αποφεύγει τα διάφορα εμπόδια και να ξανά βρίσκει τον δρόμο του ακολουθώντας την μαύρη γραμμή. Ο προγραμματισμός του Line foll ower ρομπότ έχε ι πραγματοποιηθεί σε γλώσσα Basic με την βοήθεια του προγράμματος ΒΧ -24. Ο κώδ ικάς του Line follower υπάρχε ι και αναλύεται λεπτο με ρώς στο κεφάλαιο 3 της παρούσας πτυχιακής. Στο θεωρητικό μέρος της πτυχιακής αυτής εργασίας γ ίνετα ι μία εκτεταμένη αναφορά στην ιστορικ11 εξέλιξη των ρομπότ από την αρχα ιότητα αλλά κα ι ακόμα από την μυθολογία μέχρι τα σημερινά κα ι φυσικά τα μελλοντικά ρομπότ. Τέλος η ρομποτική μπορεί να προσφέρει πολλά στην ανθρωπότητα αρκεί βέ βαια να λαμβάνονται πάντα υπόψη Οι τρεις νόμοι συμπεριφοράς των ρομπότ οι οποίο ι είναι: 1. Δεν επιτρέπεται στο Ρομπότ να βλάπτει τον άνθρωπο ή με την αδράνειά του ν' αφήσε ι να πάθει κακό. 2. Το Ρομπότ πρέπει να υπακούε ι στις διαταγές που λαμβάνε ι από τον άνθρωπο. εκτός εάν οι διαταγές αυτές έρχονται σε αντίθεση με τον Πρώτο Νόμο. 3. Το Ρομπότ πρέπει να προστατεύει την ύπαρξή του, εφό σον η φροντίδα αυτή δεν συγκρούεται με τον Πρώτο και Δεύτερο Νόμο. 4
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ 5
ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ 1.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗΣ Ρομπότ ονομάζετα ι εκείνη η μηχανή η οποία έχει συμπεριφορά ανάλογα με αυτή του ανθρώπου και ειcrελεί εργασίες σύμφωνα με προγραμματισμένες εντολές από τον άνθρωπο. Η εισαγωγή της έννοιας των ρομπότ έγ ινε το 192 1 από τον Τσέχο θεατρικό συγγραφέα Karel Capek με το θεατρ ικό έργο ' Rossιιm 's Uniνe ι sal Robots". Στο τελευταίο ο συγγραφέας φαντάζετα ι ένα μηχανικό κατασκεύασμα, το οποίο κα ι ονο μάζει robot από την τσέχικη λέξη robota γ ια την καταναγκαστική εργασία. Το «αυτό ματο» του Rossιιm στρέφετα ι τελικά εναντίον της ανθρωπότητας. Ο ι σύγχρονοι ρ ομποτικοί μηχανισμοί κατάγοντα ι από δύο εντελώς δ ιαφορετικούς κλάδους: Βλέπε [26] από τα πρώ ιμα αυτόματα, που ουσιαστικά δεν ήταν τίποτε άλλο παρά ψυχαγωγικά «πα ιχνίδ ια» γ ια μεγάλους κα ι από τις ραγδαίες τεχνολογ ικές εξελίξε ις στο χώρο της βιομηχανικής παραγωγής που είχε συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες γ ια όλο κα ι πιο «έξυπνες» μηχανές οι οποίες θα μπορούσαν να αντικαταστήσουν επάξια τον άνθρωπο στην παραγωγική δ ιαδικασία. 1.2 Η ΡΟΜΠΟΤΙΚΉ Α ΠΟ ΤΗΝ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑ ΩΣ ΣΗΜΕΡΑ 1.2.1 ΜΥΘΟΛΟΓΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ Αναζητώντας κανείς τ ις ρίζες της ρομποτικής θα οδηγηθεί αρκετά πίσω στην ιστορία της ανθρωπότητας. Πράγματι, η φιλοδοξία του ανθρώπου να δημιουργήσε ι μ μηχανές που θα του μοιάζουν τόσο στη μορφή όσο και τη λε ιτουργία πρωτοσυναντάται στην ελληνική μυθολογ ία. Παρακάτω γίνεται μια αναφορά στα πο ιό ση μαντικά μυθ ολογ ικά ρομπότ τις αρχα ιότητας. ΟΤΑΛΩΣ Ο Τάλως ήταν μυθικός χάλκινος γίγαντας, το πρώτο ρομπότ στην ιστορία, που προστάτευε την μ ινωική Κρήτη από κάθε επίδοξο ε ισβολέα. Ο Τάλως (εικόνα 1) είναι από τις πιο αγαπητές μυθ ικές προσωπικότητες του αρχαίου κόσμου κα ι ένας από τους πιο σημαντικούς ελληνικούς μύθου ς. Πρόκειται για ένα τεράστιο μηχαν ικό σύστημα, μια μηχανή άτρωτη με ανθρώπινη μορφή, κινούμενη με σύστημα υδραυλ ικό στο εσωτερ ικό της. Μ ια φλέβα, μ ια σύριγγα, ένας σωλήνας έκρυβε μέσα στον γίγαντα την δύναμη της ζωής του, το τεχνητό του αίμα, το υγρό ιχώρ, όμοιο με λε ιωμένο μολύβι. Με το υγρό αυτό, υδραυλικά δηλαδή, έμπα ιναν σε κίνηση τα μεταλλικά μέρη της θεόρατης ανθρωπομηχανής. Το υδραυλ ικό αυτό σύστημα ήταν η ζωή της μηχανής και σε περ ίπτωση που το υγρό αυτό χυνόταν ο γίγαντας χάλαγε. Επίσης αρκετά νομίσματα στα οπο ία εικονίζεται (εικόνα 2) ο Τάλως βρέθηκαν στην πόλη της Φαιστού. Βλέπε [1] και [3]. 6
Ε ικόνα 1: Ο χάλκινος γίγαντας ο Τάλως Ε ικόνα 2: Νόμισμα με τον Τάλω ΚJΝΟΥΜΕΝΕΣ ΚΟΥΚΛΕΣ Ο Όμηρος και ο Πλάτωνας αναφέρουν ότι ο Δαίδαλος ανάμεσα στις άλλες εντυπωσιακές του κατασκευές έφτιαξε και κούκλες για τα πα ιδιά του Μίνωα. Σαν βασ ιλικά παιχνίδια δεν ήταν συνηθισμένες αλλά μπορούσαν να μιλάνε και να κινούνται. Λέγεται μάλιστα ότι αναγκαζόταν να τις δένουν για να μην τους φεύγουν μακριά κα ι τις χάνουν. Το ίδ ιο λέγεται και για τους μηχανικούς ανθρωπόμορφους φύλακες του λαβύρινθου που κινούταν με υδράργυρο. Βλέπε [4]. ΧΡΥΣΟΙ ΒΟΗΘΟΙ Ο Ήφα ιστος αν και τυπικά ήταν παντρεμένος με την Αφροδίτη αισθανόταν πολύ μοναξιά κα ι αναγκάστηκε να φτιάξει μερικές χρυσές γυναίκες (θεραπαινίδες) να τον βοηθάνε στο εργαστήριο, να τον στηρ ίζουν γ ια να περπατάει καλύτερα, αlli και για να έχει κάποιον να μιλάει (ε ικόνα 3). Βλέπε [4]. ~\ ~- ~ / ΟJ ~ίi~ι>.υ.. L ~:Jff -:/ι:.~1ι " ~ 1\ 1 r ff1. -'., ~ τ) J J ιι ~ 1 ' ι ' a Ί /1 - Υ \{' }.J.Ι '( Ε ικόνα 3: Θεραπαινίδα ΜΗΧΑΝ ΙΚΟΙ ΣΚΥ ΛΟΙ Οι Θεοί ήταν ιδιαίτερα ευχαριστημένο ι με τον βασιλιά Αλκίνοο και μέσω της τέχνης του Ηφαίστου του χάρισαν χρυσούς κα ι ασημέν ιους αθάνατους και πανίσχυρους μηχανικούς σκύλους για την προστασία του παλατιού του. Βλέπε [4). 7
ΘΡΟΝΟΣ ΠΑΓΙΔΑ Ο Ήφαιστος για να εκδ ικηθεί την μητέρα του Ή ρα που τον απέρρ ιψε σαν άσχημο μωρό, κατασκεύασε ένα αυτόματο ε ιδικό μηχάνημα. Ήταν ένας εντυπωσ ιακά καλοφτιαγμένος χρυσός θρόνος. Όταν όμως η Ήρα κάθισε πάνω του αυτόματα σφίχτηκαν γύρω της αλυσίδ ες κρατώντας την δέσμια! Κανένας δεν μπορούσε να την απελευθερώσει απ' τα δεσμά της και ο Ήφαιστος ούτε που δεχόταν να συζητήσει την απελευθέρωσή της. Τελικά ο Δ ιόνυσος τον επισκέφτη κε και αφού τον μέθυσε για τα καλά, τον έπεισε να ελευθερώσει την μάνα του απ' τα δεσμά. Οι υπόλοιποι Θεοί αναγνωρ ίζοντας τις δυνάμεις και τα ταλέντα του τον δέχτηκαν στον Όλυμπο σαν ίσο τους. Βλέπε [ 4]. 1.2.2 ΡΟΜΠΟΤ ΤΗΣ ΑΡΧΑΙΟΤΗΤΑΣ ΙΠΤΑΜΕΝΗ ΜΗΧΑΝΗ Ο Αρχύτας ο Ταραντίνος (428-347 π.χ.) λέγετα ι πως κατασκεύασε μία ιπτάμενη μμηχανή ('πετομηχανή" ή "περιστέρά" ) που κινούνταν με ατμό κα ι μπορούσε να διανύσε ι απόσταση μέχρι και 200μ. (εικόνα 4). Βλέπε [51. Ε ικόνα 4: Ιπτάμενη μηχανή (περιστέρα) Ο ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΙΚΥΘΗΡΩΝ Ο μηχανισμός των Αντικυθήρων (γνωστός και ως αστρολάβος των Αντικυθήρων ή υπολογιστής των Αντικυθήρων) είναι ένα αρχαίο τέχνημα που πιστεύεται ότ ι ήταν ένας μηχανικός υπολογιστής και όργανο αστρονομικών παρατηρήσεων, που παρουσιάζει ομοιότητες με πολύπλοκο ωρολογ ιακό μηχανισμό. Ανακαλύφθηκε σε ναυάγιο ανο ικτά του Ελληνικού νησιού Αντικύθηρα μεταξύ των Κυθήρων κα ι της Κρήτης. Με βάση τη μορφή των ελληνικών επιγραφών που φέρε ι χρονολογείται μεταξύ του 150 π.χ. και του 100 π.χ., αρκετά πριν από την ημερομην ία του ναυαγίου, το οποίο ενδέχεται να συνέβη ανάμεσα στο 87 π.χ. και 63 π.χ. Ο μηχανισμός ε ίναι η αρχαιότερη σωζόμενη διάταξη με γρανάζ ια. Είναι φτιαγμένος από 8
μπρούντζο σε ένα ξύλινο πλαίσ ιο και έχε ι προ βληματίσει και συναρπάσει πολλούς ιστορικούς της επιστήμης και της τεχνολογίας αφότου ανακαλύφθηκε. Η πιο αποδεκτή θεωρία σχετ ικά με τη λειτουργία του υποστηρίζει ότι ήταν ένας αναλογικός υπολογ ιστής σχεδιασμένος για να υπολογίζει τις κινήσεις των ουρανίων σωμάτων. Πρόσφατες λε ιτουργικές ανακατασκευές της συσκευής υποστηρίζουν αυτήν την ανάλυση. Από τις πρόσφατες έρευνες καταρρίφθηκε η θεωρία ότι εμπερ ιέχει ένα διαφορικό γρανάζι, όμως ο ανακαλυφθείς μηχαν ισμός της κίνησης της Σελήνης ε ίνα ι ακόμα πιο εντυπωσιακός, καθότι δίνει τη δυνατότητα μεταβλητής γωνιακής ταχύτητας στον άξονα που κινεί τη Σελήνη (δεύτερος Νόμος Κέπλερ) (εικόνα 5 και 6). Βλέπε [6]. Εικόνα 5: Το κύρω θραύσμα του μηχανισμού Αθήνα, Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο Εικόνα 6: Διάγραμμα του μηχανισμού των Αντ ικυθήρων ΗΡΩΝ Ο ΑΛΕΞΑΝΔΡΙΝΟΣ Ο Ή ρων ο Αλεξανδρινός, Έλληνας σοφός του lου αιώνα π.χ. θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης ρομποτικής. Δίδαξε στο μουσείο της Αλεξάνδρειας κα ι τα αυτόματά του περιγράφονται στο βιβλίο του «Πνευματικά και Αυτοματοπο ιητική». Κατασκεύασε μεγάλο αριθμό αυτοκινούμενων μηχανών, που λειτουργούσαν και κινούνταν από μόνες τους σαν όντα αληθινά, αξιοπο ιώντας τις ιδιότητες των υγρών και των αερίων, διαθέτοντας πολύπλοκα μηχανικά συστήματα και έναν ιδιοφυή προγραμματισμό κινήσεων. Κατά την παράδοση, που ίσως να περιλαμβάνει κα ι υπερβολές, κατασκεύασε μηχανικά πουλιά που κελαηδούσαν, έπιναν νερό και πετούσαν. Τα 80 σχέδ ια που έχουν σωθεί από το βιβλίο του «Πνευματικά και Αυτοματοποιητική» μας δείχνουν ότι είχε κατασκευάσει υδραυλικά σιφώνια κα ι μηχανισμούς ελέγχου ροής, υδραυλικές συσκευές ευρείας χρήσης, όπως κλεψύδρες, αυτόματα σ ιντριβάνια, αυτόματους βωμούς κλπ..., συσκευές που παράγουν ήχους πουλιών, υδραυλικές αυτόματες μηχανές, θερμοσυσκευές, μηχανές με ατμό κλπ. Βλέπε( \ ]. Μερικά παραδείγματα είνα ι : Αυτόματες πύλες ναού Όπου ο Ήρων αξιοποιεί τη διαστολή του θε ρμαινόμενου αέρα κάτω από το βωμό για να διοχετεύσε ι νερό από ένα σταθερό σε ένα κινητό δοχείο και να θέσει έτσι σε κίνηση τον μηχανισμό που ανοίγει τ ις πόρτες (εικόνα 7 και 8). 9
Εικόνα 7: Αυτόματες πύλες ναού Εικόνα 8: Αυτόματες πύλες ναού Εσωτερικό διάγραμμα Αυτόματος κερματοδέκτης Όπου ένα νόμισμα έπεφτε πάνω σε ένα ζυγό, που μετακινούμενος άνοιγε μια βαλβίδα κα ι έρεε λίγο νερό (ε ικόνα 9). Εικόνα 9: Αυτόματος κερματοδέκτης Η Αυτο ματοποιητική του Ήρωνα Η Αυτοματοποιητ ιιcή του Ήρωνα είναι ένα κινητό αυτόματο το οποίο με την βοήθεια αυτόματων μηχανικών συστημάτων πραγματοποιούσε προγραμματισμένες κ ινήσεις (ε ικόνα l Ο). 10
Ε ικόνα 10: Το κινητό αυτόματο θέατρο τουήρωvος 1.2.3 ΣΥΓΧΡΟΝΗ Ε ΞΕΛΙΞΗ ΤΩΝ ΡΟΜΠΟΤ Ο ΣΚΥ ΛΟΣ ΤΟΥ Τ ΑΚΟΛΑ Ο Μαριάνο ντι Γιάκοπο, επονομαζόμενος Τακόλα (1382-1453), ήταν ένας μηχανικός όπου σε ένα σχέδιο του υπάρχει ένα υποτυπώδες αντικλεπτικό σύστημα για πύργους, το οποίο αποτελούνταν από ένα σκύλο και μια καμπάνα. Ο σκύλος δενόταν στο σχοινί της καμπάνας και η τροφή του τοποθετούνταν σε διαφορετικές αποστάσεις, ακόμα και σε απρόσιτες. Καθώς κινούνταν, ο σκύλος χτυπούσε την καμπάνα με ακανόνιστο τρόπο, δίνοντας την εντύπωση ότι στον πύργο υmίρχε κάποιος. Βλέπε [7]. ΛΕΟΝΑΡΝΤΟ ΝΤΑ ΒΙΝΤΣΙ Ο Λεονάρντο γεννήθηκε στην πόλη Αντσιάνο, κοντά στο Βίντσι της Ιταλίας στ ις 15 Απριλίου του έτους 1452 μ.χ. Το πλήρες όνομα του ήταν "Leonardo di ser Ρί e ι ο da Vinci", αν και υπέγραφε τα έργα του ως "Leonaι do" ή 'Ίο. Leonaιϊlo" (= «Εγώ, ο Λεονάρντο»). Ο Λεονάρντο ντα Βίντσι, εκτός από μεγάλος καλλιτέχνης υπήρξε ακόμα σημαντικός εφευρέτης και επιστήμονας, με σημαντική συνε ισφορά στην ανατομία, και την αστρονομία. Τα σημαντικότερα ρομπότ που είχε υλοποιήσει είναι κάποια αυτοκίνητα οχήματα και μια στρατιά από ρομπότ (εικόνα 11 ). Ο ιδ ιοφυής καλλιτέχνης και μηχανικός έκρυψε στον Ατλαντικό Κώδικα τις οδηγίες για την κατασκευή μιας στρατιάς από ρομπότ. Ειδικοί μελετητές τις αποκωδικοποίησαν. 1 1
Ένας στρατός από πολεμιστές με αστραφτερές πανοπλίες, παραταγμένους στα τcίχη ενός πύργου. Κρατούν μακριούς λογχοπελέκεις και κινούνται μc απειλητικό τρόπο. Στις σκοπιές άλλοι στρατιώτες κραδαίνουν τα όπλα τους. Πο ιος θα τολμούσc να πλησιάσε ι έναν τόσο καλά φρουρούμενο πύργο; Όταν μάλιστα αυτοί οι στρατιώτες είναι πραγματικά ακούραστοι κανε ίς δεν εγκαταλείπει ποτέ το πόστο του Αναγκαστικά, γιατί δεν είναι άνθρωποι αλλά ρομπότ. Οι κινήσε ις τους καθοδηγούνται από μηχανισμούς με σχοιν ιά και τροχαλίες. Βλέπε [8]. Ε ικόνα l l : Πολεμιστής ρομπότ ΡΟΜΠΟΤΙΚΉ ΠΑ ΠΙΑ Το 1748 ο Γάλλος Jacques de Vaucanson κατασκεύασε μια ρομποτική πάπια (εικόνα 12) που είχε την δυνατότητα να τρώει σπόρους να κουνάε ι τα φτερά της, τσιμπολογούσε καλαμπόκι και ακόμη «χώνευε» ή τουλάχιστον δ ιέλυε το καλαμπόκι. Βλέπε [9]. Ε ικόνα 12: Ρομποτ ική πάπια ΤΗΛΕΧΕ ΙΡΙΖΟΜΕΝΟ ΠΛΟΙΟ Ο Ν ίκολα Τέσλα (10 Ιουλίου l 856-7 Ι ανουαρίου 1943) ήταν εφευρέτης, μηχανολόγος και ηλεκτρολόγος μηχαν ικός. Ο Νίκολα από μικρή ηλικία εντυπωσιάστηκε από το φαινόμενο του ηλεκτρισμού όταν άρχισε να τρίβει το τρίχωμα των ζώ ων που είχανε στο πατρικό του. Από μικρός ήταν βιβλιόφιλος καθώς 12
δ ιάβαζε τα περιοδικά που δημοσίευε πο ίηση ο πατέρας του και λάτρευε τον Ιούλιο Βέρν ( l 828-1905) και τον Εμ ίλ Ζολά ( 1840-1 902). Μία από τις πολλές εφευρέσε ις του ήταν το τηλεχειριζόμενο πλοίο όπου το παρουσίασε το l 898. Βλέπε [ l Ο j. ELEKTRO Το l 930 η εταιρία Westinghouse Electric Corporation (Η.Π.Α.) κατασ κευάζε ι το ανθρωποειδές ρομπότ 12lektro (ε ικόνα 13) που μπορούσε να μιλά, να περπατά, και να καπνίζε ι, να φουσκώνει μπαλόνια και να κινε ί τα χέρ ια του και τους ώμους του. Το σώμα του Elektro αποτελούνταν από χάλυβα κα ι ο σκελετός του καλύπτονταν από αλουμίνιο. Είχε φωτοηλεκτρ ικά " μάτια τα οποία μπορούσε να διακρίνε ι το κόκκινο και το πράσινο φως. Βλέπε [ 11 J. Ε ικόνα 13: Ανθρωποειδές ρομπότ Elektro ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΒΡΑΧ ΙΟΝΑΣ UNIMATE Το Ι 954 ο George Deνo l καθιερώνε ι τον ό ρο β ιομηχανικό ρομπότ ( indιι s t ri a l ι obot) κα ι κατασκευάζε ι το πρώτο σύγχρονο, ψηφιακά προγραμματιζόμενο ρομποτικό βραχίονα Unimate. Το ρο μπότ Unimate ε ίνα ι σχεδιασμένο με σκοπό να φέρνε ι σε πέρας επ ικίνδυνες, δύσκολες ή επαναλαμβανόμενες και ανιαρές εργασίες. Η εταιρία Ge neι al Motors (Η. Π.Α ) αγοράζε ι και εγκαθ ιστά το πρώτο ρομπότ Unimate το 1961 κα ι χρησιμοπο ιήθηκε γ ια εκφόρτωση μετάλλου από μ ια μηχανή χυτη ρίου. Βλέπε [4]. ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ ΣΕ ΙΚΙ Το ρομπότ Σέικι (εικόνα 14) σχεδιάστη κε από τους ερευνητές του Stanford Researcl1 Institute (ΗΠΑ ), στα τέλη της δεκαετίας του l 960. Ο Σέ ικι ήταν σε θέση να τοποθετεί τουβλάκια σε κατακόρυφες στήλες, έχοντας μια βιντεοκάμερα ως οπτικό α ισθηηiρα 13 Ο Ι ΟΛΙΟΘ ΗΚΗ ΤΕ Ι ΠΕΙΡΑ Ι Α
και ένα μικρό υπολογιστή γ ια την επεξεργασία των πληροφοριών που λάμβαν ε. Βλέπε [1 2]. Ε ικόνα 14: Το ρομπότ Σέικ ι ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ DANTE 2 Στις αρχές του 1990 η NASA απέτυχε στην χρήση του Dante, ενός ρομπότ με οχτώ πόδια που ε ίχε σαν αποστολή την συλλογή αερ ίων και μάγματος στην Ανταρκτική (εικόνα 15). Μία βλάβη στα καλώδ ια δεν επέτρεψε στο ρομπότ να εισέλθει στο ενεργό ηφαίστειο. Ένα χρόνο μετά ο Dante 2 εισήλθε με επ ιτυχία στο ηφαίστειο φέροντας ε ις πέρας την αποστολή του. Βλέπε [ 13 J. Εικόνα 15: Ο Dante 11 του Εργαστη ρίου JPL της NASA κατά τη δ ιάρκεια ανάβασης σε βουνό της Αλάσκα 14
ΤΟ ΒΙΟΜΕΤΡΙΚΟ ΡΟΜΠΟΤ ROBOTUNA Το βιομετρικό ρομπότ Robotιιna δημιουργείται από τον φο ιτητή Daνid Barrcιt στο Massachusetts I nsti tιι te of Technology, με σκοπό να μελετήσει πως κολυμπούν τα ψάρια στο νερό (ε ικόνα 16). Το πρώτο ανθρωπόμορφο ρομπότ, το Ρ2 αποτέλεσε τον θεμέλιο λίθο των ερευνών της εταιρείας Honda πάνω στην δη μ ιουργία δενδροε ιδών (ανθρωπόμορφα ρομπότ που θα μπορούν να μιμούντα ι τον άνθρωπο σε εμφάνιση και συμπεριφο ρά). Ε ίχε ύψος 1.80 μέτρα κα ι οι κινήσε ις του ήταν πολύ κοντά στ ις ανθρώπινες. Βλέπε [14). Ε ικόνα 16: Το βιομετρικό ρο μπότ Robotιι na ΤΟ ΣΚΑΚΙΣΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ DEEP BLUE Το σκακιστικό πρόγραμμα Deep Blue της εταιρείας λογισμικού ΙΒΜ, κερδ ίζει το 1997 τον παγκόσμιο πρωταθλητής σκακιού Gary Kasparoν, στο προχωρη μένο επίπεδο. Πολλο ί εκφράζουν τότε ανησυχίες γ ια την ραγδαία αύξηση της Α Ι (Aι t i fic ial Intelligence) κα ι τις επιπτώσε ις που μπορε ί να έχει στον άνθρωπο. Ο σούπερ αυτός υπολογιστής είχε την ικανότητα να επεξεργάζεται 200000000 κινήσε ις το δευτερόλεπτο! Το πα ιχνίδ ι μεταδόθηκε ζωντανά μέσω του Δ ιαδικτύου και το παρακολούθησαν πάνω από 74 εκατομμύρ ια άτο μα. Βλέπε [1 5]. Ο ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΣ ΣΚΥ ΛΟΣ Α Ι ΒΟ Η εταιρ ία Sony κατασκεύασε το 1999 το τετράποδο αυτόνομο ρομπότ ψυχαγωγίας «AIBO» (Λι tificial Intelligence robo) πρώτης γενιάς πρότυπο. Ο Α ΙΒΟ είναι ένας ρομποτικός σκύλος ικανός να αλληλεπιδρά με τον άνθρωπο σαν κανον ικό κατο ικίδ ιο (εικόνα 17). Τα πρώτα μοντέλα που κυκλοφόρησαν έγ ιναν ανάρπαστα σε 20 μόλ ις λεπτά στην Ιαπωνία. Βλέπε [ 15]. 15
Ε ικόνα 17: Ο ρομποτικός σκύλος της Α ΙΒΟ Ο ASIMO Το 2000 αποτελεί σταθμό στην επιστήμη της ρομποτική ς. Η δ ιαρκώς δραστήρ ια Honda, παρουσιάζει την πρώτη έκδοση του AS(MO (Adνanced Step ίη ( nnoνat ive MObility), ενός ρομπότ που είναι σε θέση να τρέχει, να περπατά, να επικοινωνεί με τους ανθρώπους, να αναγνωρ ίζε ι εκφράσεις κα ι περιβάλλοντα και να αλληλεπιδρά με αυτά (εικόνα 18). Το ύψος του ε ίναι 1.30 μέτρα ενώ ζυγίζε ι 54. Η όψη του θυμίζε ι έναν μίνι αστροναύτη και αποτελεί εξέλιξη παλαιότερων ρομποτικών μοντέλων της ίδιας εταιρείας. Βλέπε [ 15]. Εικόνα 18: Το ρομπότ ASlMO ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ QRJO SDR-4XII Το ρομπότ QR10 SDR-4XII σχεδιάστηκε το 2003 για χρήση μέσα στο σπίτι (εικόνα 19). Αυτό το συμπαγές δίποδο ρομπότ χαρακτηρίζεται από την εν ισχυμένη ασφάλεια και τη μεγάλη διάρκεια λειτουργίας, επίσης αυξή θηκε η ικανότητα για καλύτερη επικο ινωνία. Επιπλέον το QR[O τραγούδησε τα πρώτα τραγούδια που γράφτηκαν από Ryιιi ch i Sakamoto κα ι επίσης μπορούσε να εκτελέσε ι και χορευτικές επιδε ίξε ις. Τελικά το QRIO ήταν ένα πρωτότυπο, και δεν προωθήθηκε εμπορικά. Βλέπε [161. 16
Ε ικόνα 19: Το ρομπότ QRIO ΟΤΙΤΑΝ Ο Titan, προϊόν της γερμανικής εταιρ ίας Kuka (2004), είναι το δυνατότερο ρομπότ στον κόσμο. Μπορεί να σηκώσει μια BMW στον αέρα με το ένα του χέρ ι, να την κάνει μια στροφή και να την ακουμπήσει ξανά στο ίδιο ακριβώς σημείο, χωρίς το παραμ ικρό τρέμουλο (εικόνα 20). Ψηλός όσο μια καμηλοπάρδαλη κα ι ικανός να σηκώσε ι l.000 κιλά βάρος, πέρα από την αυτοκινητοβιομηχανία, απασχολείται στον κατασκευαστικό τομέα, όπου σηκώνει τεράστια μπλοκ τσιμέντου ή ράβδους χάλυβα. Βλέπε [17]. Εικόνα 20: Το ρομπότ Titan ΤΟ ΡΟΜΠΟΤ PARTNER Από την άλλη, υπάρχουν μικρόσωμα ανθρωποειδή ρομπότ, όπως το ύψους 1,4 μέτρων ρομπότ Ρartη er(συνεταίρος) της Toyota (2005), πολύ πιο ευέλικτο, που αντί να είνα ι βιδωμένο στο πάτωμα, όπως ο Titan, κάνει βόλτες σε δύο πόδ ια, ενώ μπορεί 17
ακόμα και να τρέξει λίγο (εικόνα 2 l). Διαθέτει πέντε ευκίνητα δάκτυλα στα δύο του χέρ ια, με τα οποία παίζει ακόμα και βιολί. Βλέπε (18).. Εικόνα 21 : Το ρομπότ PaΓtneΓ ACTROID-F Ένα από τα ποίο τελευταία και υπερσύχρονα ανθρωποε ιδή ρομπότ είναι το ρομπότ Actroid-F (ε ικόνα 22) το οποίο κατασκευαστικέ το 2010 στην Ι απωνία. Αυτό το ρομπότ έχει την μορφή νοσοκόμας κα ι σκοπός του είναι να βρίσκεται μέσα στα νοσοκομεία για να παρατηρεί τους ασθενείς ώστε να τους προσφέρει μεγαλύτερη ασφάλεια. Βλέπε [ 19]. Εικόνα 22: Το ρομπότ ActIΌid-F 18
1.3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΡΟΜΠΟΤ Σήμερα με την ανάπτυξη της τεχνολογίας τα ρομπότ χωρίστηκαν σε πέντε βασικές κατηγορίες για να ικανοποιήσουν τις ανάγκες εργασ ίας, παραγωγής, υγείας, ευημερίας και ψυχαγωγίας του ανθρώπου. Οι πέντε βασ ικές αυτές κατηγορίες ρομπότ είναι: Βιομηχαν ικά ρομπότ Κ ινητά ρομπότ Ιατρικά ρομπότ Τηλερομπότ Κοινωνικά ρομπότ 1.3.1 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΑ ΡΟΜΠΟΤ Βιομηχανικό ρομπότ σύμφωνα με τον Διεθνή Οργαν ισμό Τυποποίησης είναι ένας επαναπρογραμματιζόμενος μηχανικός βραχίονας πολλαπλών λειτουργιών που έχει μερικούς άξονες κίνησης, ικανός για να κινεί υλικά, κομμάτια, εργαλεία ή ε ιδικές συσκευές μέσω μεταβλητών, προγραμματισμένων λειτουργιών για την εκτέλεση μιας ποικιλίας εργασιών (εικόνα 23). Ε ικόνα 23: Μηχανικός βραχίονας βιομηχανικού ρομπότ Τα βιομηχανικά ρομπότ ή αλλιώς ρομποτικοί βραχίονες έχουν τη μορφή ενός ανθρώπινου βραχίονα με αρθρώσεις (ώμο, αγκώνα, καρπό) και παλάμη (αρπάγη/δαγκάνα, δάκτυλα). Η επ ιλογή του τύπου της κίνησής τους (γραμμική, κυλινδρική, σφαιρική, αρθρωτή) εξαρτάται από το είδος της εργασίας που πρέπει να εκτελέσουν. Τα βιομηχανικά ρομπότ είναι κατάλληλα γ ια επαναλαμβανόμενες εργασίες σε πλήρως δομημένα κα ι σταθερά περιβάλλοντα. Τέτοιες εργασίες είναι: φόρτωμα/ξεφόρτωμα μηχανών, συναρμολόγηση (Εικόνα 24), συγκόλληση, πρεσάρισμα, βαφή, γυάλισμα, κοκ. Τα πλεονεκτήματα που παρέχουν τα βιομηχανικά ρομπότ είναι: απαλλαγή των εργαζομένων από κουραστικές, ανιαρές κα ι επικίνδυνες 19
εργασ ίες ευελιξία, υψηλή παραγωγ ικότητα, καλύτερη ποιότητα προ ϊόντος κα ι β ελτιωμένη ποιότητα ζωή ς. Βλέπε [2] και [20] Ε ικόνα 24: Βιομηχανική εργασία Ένας ρομποτ ικός βραχίονας αποτελείται από μία σειρά διαδοχικών στερεών σωμάτων που ονομάζονται σύνδεσμοι. Οι σύνδεσμο ι συνδέοντα ι ανά δύο μμεταξύ τους μέσω αρθρώσεων σχηματίζοντας μία κινηματική αλυσίδα. Οι αρθρώσεις μπορεί να είναι: πρισματικές : σχετική μεταφορική κίνηση μεταξύ δύο διαδοχικών συνδέσμων, περιστροφικές : υλοποιούν σχετική περιστροφική κίνηση μεταξύ δύο διαδοχικών συνδέσμων σφαιρικές : υλοποιούν σφαιρική περιστροφική κίνηση μεταξύ δύο διαδοχικών συνδέσμων. κα ι παρέχουν στην κατασκευή από έναν βαθμό κινητικότητα ς. Με τη σε ιρά τη ς, μία κινηματική αλυσίδα χαρακτηρίζεται ως ανοικτή όταν υπάρχε ι μία μόνο διαδοχή συνδέσμων που να συνδέει τα δύο άκρα του βραχίονα και κλειστή όταν οι σύνδεσμοι που τη συνιστούν σχηματίζουν βρόχο. Βαθμοί Κινητικότητας και Βαθμοί Ελευθερίας Κρίνεται σκόπιμο να επισημάνουμε τη διαφορά που υπάρχει ανάμεσα στους βαθμούς κινητικότητας ενός βραχίονα και τους βαθμούς ελευθερίας που απαιτούνται γ ια την εκτέλεση ενός έργου. Για ένα βραχίονα το πλήθος των βαθμών κινητικότητας ε ίναι σταθερό και ίσο με το πλήθος των αρθρώσεών του (πρισματικών ή/κα ι περιστροφικών). Από την άλλη πλευρά οι βαθμοί ελευθερίας είναι άμεσα συνδεδεμένοι με το συγκε κριμένο έργο που καλείται να φέρει ε ις πέρα ο βραχίονας. Για τη γεν ική περίπτωση που θέλουμε να τοποθετήσουμε και να προσανατολίσουμε ένα αντικείμενο στον τρισδιάστατο χώρο απαιτούνται 6 βαθμοί ελευθερίας (3 για να 20
τοποθετήσουμε ένα σημείο του αντικειμένου στο χώρο και 3 για να προσανατολίσουμε το αντικείμενο ως προς ένα σύστημα συντεταγμένων αναφοράς). Ε ίναι προφανές ότι ένας ρομποτικός βραχίονας με 6 βαθμούς κινητικότητας μπορεί να αντεπεξέλθει σ' αυτό το έργο, όπως επίσης και σε οποιοδήποτε άλλο έργο που απαιτεί μέχρι 6 βαθμούς ελευθερίας. Χώρος Εργασίας Ως χώρος εργασίας ορίζετα ι ο τρισδιάστατος χώρος τον οπο ίο μπορεί να σαρώσει η άκρη του ρομποτικού μηχανισμού. Το μέγεθος και η γεωμετρική μορφή του χώρου αυτού εξαρτώντα ι από την κατασκευαστική δομή του ρομπότ, κάτι που θα γ ίνει φανερό και στη συνέχε ια. Ταξινόμηση Βραχιόνων βάσει της Γεωμετρικής Διαμόρφωσης τους Ο τύπος και η διαδοχή των αρθρώσεων ενός βραχίονα επιτρέπε ι την ταξινόμησή των ρομπότ σε διάφορες κατηγορίες, οι οποίες αναφέροντα ι παρακάτω. Οι αρθρώσεις που μας απασχολούν στο σημείο αυτό είνα ι ο ι τρε ις πρώτες του βραχίονα και κατά συνέπεια εξαιρούντα ι οι αρθρώσεις του καρπού. Θα έχουμε λοιπόν τα εξής: Καρτεσιανοί Βραχίονες: η καρτεσιανή γεωμετρ ία υλοποιείται μ ε τρεις διαδοχικές πρισματικές αρθρώσεις. Οι άξονες των αρθρώσεων αυτών είνα ι ανά δύο κάθετοι μεταξύ τους (Εικόνα 25). Η καρτεσ ιανή δομή παρέχει μεγάλη δυσκαμψία και σταθερή ακρίβεια σε ολόκληρο το χώρο εργασίας που είναι ένα παραλληλεπίπεδο. Βασικό μμειονότητα της κατασκευής είναι η μειωμένη επιδεξ ιότητα κίνησης, λόγω της πρισματικής φύση ς των αρθρώσεων. Βραχίονες Gantry: ο ι βραχίονες Gantry είναι στην ουσία καρτεσιανοί, διαφέρουν όμως από τους τελευταίους στον τρόπο προσέγγισης τους αντικειμένου ενδιαφέροντος (Εικόνα 26). Ε ιδικότερα ο βραχίονας Gantry προσεγγίζει το αντικείμενο από πάνω, τη στιγμή που ένας κλασικός καρτεσιανός βραχίονας προσεγγίζει το αντικείμενο από το πλάι. Άμεσες συνέπειες της διαφοροπο ίησης αυτής είναι η αύξηση του χώρου εργασίας και της δυσκαμψίας, καθώς επίσης και η δυνατότητα χειρισμού μεγάλων και βαριών αντικειμένων. Εικόνα 25: Καρτεσιανός Βραχίονας Εικόνα 26: Βραχίονας Gant ιy Κυλινδρικοί Βραχίονες: στους κυλινδρικούς βραχίονες η πρώτη πρισματική 21
άρθρωση της καρτεσιανής δομής έχει αντικατασταθεί από μία περιστροφική άρθρωση (Εικόνα 27). Οι συγκεκριμένοι βραχίονες χαρακτηρίζονται από καλή δυσκαμψία, όμως η ακρίβεια της θέσης του καρπού μειώνεται καθώς η οριζόντια μετατόπιση αυξάνεται. Ο χώρος εργασίας στην περίπτωση αυτή είναι τμήμα κυλίνδρου. Σημαντικό με ιονέκτημα της συγκεκριμένης γεωμετρίας είναι το ότι ο βραχίονας εισέρχεται στο χώρο εργασίας και τον περ ιορίζει. Σφαιρ ικοί Βραχίονες: στους βραχίονες αυτούς αντικαθίσταται πλέον και η δεύτερη πρισματική άρθρωση της καρτεσιανής δομής με περιστροφική (Εικόνα 28). Η μηχανολογική πολυπλοκότητα αυξάνει, ενώ η δυσκαμψία μειώνεται. Επιπλέον η ακρίβεια του καρπού μειώνεται με την αύξηση της ακτινικής απόστασης. Ο χώρος εργασίας είναι τμήμα σφαίρας κα ι περιέχε ι ένα μέρος της βάσης με άμεση συνέπεια τη δυνατότητα χειρισμού αντικειμένων που βρίσκονται στο έδαφος. Εικόνα 27: Κυλινδρικός Βραχίονας Εικόνα 28: Σφαιρ ικός Βραχίονας Βραχίονες SCARA: η γεωμετρία SCARA είνα ι ε ιδική κα ι περιλαμβάνε ι δύο περιστροφικές και μία πρισματική άρθρωση τοποθετημένες κατά τέτοιο τρόπο ώστε οι άξονες κίνησης να είναι παράλληλοι μεταξύ τους (Ε ικόνα 29). Το όνομα SCARA προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων Selective Comp\iance Assembly Robot Arm. Η συγκεκριμένη γεωμετρία παρείχε μεγάλη δυσκαμψ ία σε κατακόρυφη φόρτιση και ελαστικότητα σε οριζόντια. Η ακρίβε ια τοποθέτησης του καρπού μειώνεται με την αύξηση της απόστασης του από τον άξονα της πρώτης άρθρωσης. Ανθρωπομορφικο ί Βραχίονες: η ανθρωπομορφική γεωμετρία υλοποιείται με τρεις διαδοχικές περιστροφικές αρθρώσεις Ειδ ικότερα, ο άξονας περιστροφής της πρώτης άρθρωσης είνα ι κατακόρυφος και κάθετος στους άξονες περιστροφής των επομένων δύο αρθρώσεων, οι οποίοι είνα ι παράλληλοι μεταξύ τους (Εικόνα 30). Η συγκεκριμένη δομή παρ έχε ι τη μεγαλύτερη επιδεξιότητα από όλες τις προηγούμενες, καθώς όλες ο ι αρθρώσεις είναι περιστροφικές. Ωστόσο η ακρίβεια του καρπού δεν είνα ι σταθερή εντός του χώρου εργασίας που έχει τη μορφή σφα ίρας. 22
Ε ικόνα 29: Βραχίονας SCARA Εικόνα 30: Ανθρωπομορφικός Βραχίονας 1.3.2 ΚΙΝΗΤ Α ΡΟΜΠΟΤ Ως κινητά ρομπότ χαρακτηρίζονται όλα εκείνα τα ρομπότ που έχουν τη δυνατότητα να μετακινήσουν όλα τα σημεία του μηχανισμού τους. Η δυνατότητα αυτή προσφέρεται από ειδικά συστήματα προώθησης, τα οποία μπορεί να είνα ι είτε απλά (όπως τροχοί) ε ίτε πολύπλοκα (όπως jet, προπέλες, μηχανικά πόδια). Τα κινούμενα ρομπότ διακρίνονται σε επιμέρους κατηγορίες ανάλογα με το βαθμό αυτονομίας τους. Έτσ ι έχουμε: AGVs: τα AGVs (Automatic Guided Vehicles) έχουν περιορισμένη αυτονομία κίνησης, δεδομένου ότι η τροχιά τους είναι προκαθορισμένη μέσω καλωδ ίων στο έδαφος ή πομπών στον περιβάλλοντα χώρο (ε ικόνα 31 ). Εικόνα 31: Κινητό ρομπότ τύπου AGVs: Αυτόνομα Έντροχα Ρομπότ: τα ρομπότ αυτά λειτουργούν με αρκετά υψηλό 23 [,ΙΟΛΙΟΟ Ι t Κ Η ϊε Ι ΠΕ ΙΡΑΙΑ