Robototexnika asoslari

§1.1. Robotlar haqida umumiy ta’riflar va tushunchalar.

“Robot” so‘zi birinchi marotaba 1920 yilda chex yozuvchisi K. Chapekning “RUR” (Rossum universal robotlari) pesasida ishlatilgan. Robot tushunchasi keng doiradagi turli sistemalar va qurilmalar bilan bog‘liq.
Robotning turli xil avtomatik sistemalar va qurilmalardan asosiy farqi, unda odam harakatlariga o‘xshash harakatlar qila oladigan organning ya’ni mexanik qo‘l (manipulyatorlar) ning borligi va u yordamida robot tashqi muhitga ta’sir qilish imkoniyati borligidir. Robot odam o‘rniga turli xil manipulyatsiyalarni qila oladigan mashina – avtomatdir. (1.1 – jadval).
Robotlarning funksional imkoniyatlari.

Funksiyalar	Odamning funksional organlari	Robotdagi analog
Fikrlash	Markaziy nerv sistemasi	Boshqarish sistemasi
Tashqi muhit bilan aloqa	Sezish organlari	Sezish elemantlari (datchiklar va sensorlar)
Ish va harakat	Qo‘l, oyoq va h.	Manipulyatorlar va harakatlanish qurilmasi
Hayot ta’minoti	Qon aylanish va hazm qilish organlari	Energiya manbalari

Robotlar manipulyatorlar deb ataladigan mashinlar sinfiga kiradi. Manipulyatorlar - ko‘p zvenolardan iborat mexanizm bo‘lib, odam qo‘li harakatlarini imitatsiya qilishga mo‘ljallangan qurilmadir, u masofadan operator yoki programmali boshqarish sistemasi tomonidan boshqariladi.

Sanoat roboti (SR) - ishlab chiqarish jarayonida harakat va boshqaruv funksiyalarini bajarish uchun mo‘ljallangan bir nechta xarakatlanish darajasiga ega bo‘lgan manipulyator ko‘rinishidagi ijro qurilmasidan hamda qayta dasturlanuvchi dasturiy boshqaruv qurilmasidan tashkil topgan statsionar (qo‘zg‘almas) yoki ko‘chma avtomatik mashina. Texnik adabiyotda bundan ham qisqaroq ta’rif uchraydi: Canoat roboti (SR) - sanoatda ishlatishga mo‘ljallangan qayta dasturlanuvchi avtomatik manipulyator.
Robototexnik tizim deb, shunday texnikaviy tizimga aytiladiki, unda energiya, massa va axborotlar bilan bog‘liq o‘zgartirishlar va aloqalar sanoat robotlaridan foydalanilgan holda aks etadi.
Sanoat robotlari tomonidan o‘rnini bosa oladigan funksiyalari va ular bajara oladigan operatsiyalarga ko‘ra robotlashtirilgan texnologik majmua va robotlashtirilgan ishlab chiqarish majmualari farqlanadi.
Bitta sanoat roboti o‘zaro harakatda bo‘ladigan bir yoki bir nechta texnologik jihozlardan hamda majmua ichidagi ishning to‘la avtomatik siklini va boshqa ishlab chiqarishlarning kirish va chiqish oqimlari bilan aloqalarni ta’minlovchi yordamchi jihozlar yig‘indisidan iborat ishlab chiqarish vositalarining avtonom harakat qiluvchi to‘plamiga robotlashtirilgan texnologik majmua deyiladi. Yig‘ish, payvandlash, bo‘yash kabi texnologik jarayonlarga oid asosiy operatsiyalarni bajaruvchi bitta sanoat robotidan hamda majmua ichidagi texnologik jarayonlarning avtomatlashtirilgan siklini to‘la ta’minlovchi yordamchi jihozlar yig‘indisidan iborat avtonom harakat qiluvchi ishlab chiqarishning texnologik vositalari to‘plamiga robotlashtirilgan ishlab chiqarish majmuasi deyiladi.
Sanoat robotining ijro qurilmasi – robotning harakat funksiyalarini bajaruvchi qurilma. Uning tarkibiga manipulyator (M) va boshqarish qurilmasi (BK) kiradi.
Sanoat roboti manipulyatorining ishchi a’zosi (organi) – robotning tashqi muhit bilan bevosita o‘zaro aloqasini amalga oshiruvchi qurilma bo‘lib, odatda qisqichlash qurilmasi yoki ishchi asbobni bildiradi.
SRning boshqarish qurilmasi - berilgan programmaga ko‘ra ijro qurilmasiga boshqaruvchi ta’sirlarni shakllantirish va chiqarib berish uchun mo‘ljallangan.
SRning o‘lchov qurilmasi - boshqarish qurilmasi uchun robot va tashqi muhit holatlariga oid informatsiya yig‘ishni amalga oshiradi.
Xizmat ko‘rsatuvchi sanoat roboti - yordamchi o‘tish va transport operatsiyalarni bajaruvchi robotdir. Masalan, yuklovchi - yuk tushiruvchi va transport robotlari.
Operatsion SR – texnologik operatsiyalar va ularning elementlarini, masalan, payvandlash, yig‘ish, bo‘yash va shunga o‘xshash operatsiyalarni bajaruvchi robotdir.
Ishlab chiqarishni robotlashtirish – robotlardan keng ko‘lamda foydalanuvchi yangi texnologiyalar, yangi jihozlarni yaratish hamda ishlab chiqarishni tashkil qilish va boshqarish prinsiplarini ishlab chiqish.
CRni dasturiy boshqarish – sanoat robotining ijro qurilmasi hamda u bilan ishlayotgan texnologik jihoz ustidan avtomatik boshqarish.
Ishchi fazo (atrof) – SR ning ishlash jarayonida robot manipulyatori ishchi organi harakatda bo‘la oladigan fazo.
SR ishchi zonasining geometrik xarakteristikasi – robot ishchi zonasining chiziqli yoki burchak o‘lchovlari, kesim yuzasi yoki hajmi, yoki ularning birgalikda olingan to‘plami.
SRning bazaviy koordinatalari sistemasi – robot ishchi zonasining geometrik xarakteristikalari beriladigan koordinatalar sistemasi.
SRning xarakatchanlik darajasi soni - SR manipulyator kinematik zanjirining erkinlik darajasi soni hamda robot harakat qurilmasining erkinlik darajasi soni bilan aniqlanadi.
SRning nominal yuk ko‘tarish qobiliyati - ishlab chiqarish predmeti yoki ishchi asbobning qisqichlab, ushlab turilishi kafolatlangan massasining eng katta qiymati bilan xarakterlanadi.
Ishchi organining pozitsiyalashtirish xatoligi – ishchi organ pozitsiyasining boshqarish programmasi tomonidan berilgan holatiga nisbatan chetlanishi.
SRning pozitsiyalashtirilgan boshqarilishi – robot ijro qurilmasining harakatini vaqt bo‘yicha ishchi fazo nuqtalarining oralarida nazorat qilmagan holda shu nuqtalarning tartiblangan chekli ketma – ketligi orqali programmalashtiruvchi programmaviy boshqarish turi.
SRni siklli boshqarish – nuqtalar ketma – ketligini rele turidagi harakat qurilmalari yordamida programmalashtiruvchi robotni pozitsion boshqarish turi (ost sinfi).
SRni konturli boshqarish - robotlarning sinalayotgan qurilmalari harakatini ishchi fazoda tezlik bo‘yicha uzluksiz nazorat qilgan holda traektoriya shaklida programmalashtiruvchi boshqarishning programmaviy turi.
SRni adaptiv boshqarish – boshqarish algoritmini bevosita boshqarish jarayonida tashqi muhit va robot holatlari funksiyasiga bog‘liq holda o‘zgartirib turadigan boshqarish turi.
SRlarini guruhlab boshqarish – odatda EHM asosida boshqarishning umumiy sitemasiga birlashtirilgan bir nechta robotlarni boshqarish jarayoni.
SRlarni programmalash (dasturlash) – sanoat robotini boshqaruvchi programmani tuzish, uni boshqarish qurilmasiga kiritish hamda sozlash jarayonlari. SRni o‘qitish – odam operator tomonidan robotning foydalanayotgan qurilmasi harakatini oldindan boshqarish va bu harakat parametrlarini boshqarish
qurilmasiga joylash orqali robot harakatini programmalash jarayoni.
Sanoat robotlari quyidagi xususiyatlari bo‘yicha sinflanadi: funksional vazifasi; maxsusligi; yuk ko‘tarish qobiliyati; yuritma turi; manipulyatorlar soni; harakatlanish joylashtirish usuli; koordinata sistemasining turi; programmalash usuli va boshqalar (1.1 - rasm). Universal robotlar turli xil operatsiyalarni bajarishga va har xil jihozlar bilan birga ishlashga mo‘ljallangan.
Maxsuslashgan robotlar ma’lum bir aniq operatsiyani bajarishga mo‘ljallangan. Masalan, payvandlash, yig‘ish, bo‘yash operatsiyalari.
Maxsus robotlar faqat bir konkret operatsiyani bajaradi. Masalan, texnologik jihozning konkret modeliga xizmat qiladi.
Robotlar bajaradigan texnologik operatsiyaning turiga qarab asosiy texnologik operatsiyani bajaruvchi robotlar (masalan, texnologik payvandlash, bo‘yash, yig‘uv operatsiyalari) va yordamchi texnologik operatsiyani (masalan, olib – qo‘yish operatsiyasi) amalga oshiradigan robotlarga bo‘linadi.
Robotning yuk ko‘tarish qobiliyati manipulyatsiya qilinayotgan ob’ektning massasi bilan aniqlanadi va robotning bajaradigan vazifasiga bog‘liq bo‘ladi, hamda bir necha grammdan to bir necha ming kilogrammgacha bo‘lishi mumkin.
Sanoat robotlari yuk ko‘tarish qobiliyati bo‘yicha quyidagi guruhlarga bo‘linadi: o‘ta yengil – 1 kg gacha, yengil – 10 kg dan 200 kg gacha, og‘ir – 200 kg dan 1000 kg, o‘ta og‘ir – 1000 kg dan yuqori [1, 5].
Robotlarda qo‘llaniladigan yuritmalar pnevmatik, gidravlik, elektrik va aralash yuritmalar guruhlariga bo‘linadi. Yuqori yuk ko‘tarish qobiliyati robotlarning zvenolarida gidravlik yuritmalar, manipulyator qisqichlarda esa sodda, kichik quvvatli pnevmatik yuritmalar ishlatiladi. Ko‘pincha robotlarda bitta manipulyator bo‘ladi (bir qo‘lli robotlar), ammo robotning vazifasiga qarab robotlarda ikkita, uchta va to‘rtta manipulyator (ikki qo‘lli, uch qo‘lli, to‘rt qo‘lli robotlar) bo‘lishi mumkin. Erkinlik darajalar soni n bo‘yicha robotlar quyidagi turlarga bo‘linadi: n = 2; n = 3; n = 4; va n>4. Robotning harakatlanish imkoniyati unda harakatlanish qurilmasi borligi yoki yo‘qligi bilan aniqlanadi. Birinchi holda ularni harakatlanuvchi robotlar va ikkinchi holda statsionar robotlar deb ataladi.

1.1- rasm. Sanoat robotlarining sinflanishi

Joylashtirish usuli bo‘yicha robotlar yerda joylashgan, osma va o‘rnatilgan (biror bir jihozga o‘rnatilgan) turlarga bo‘linadi. Robotlarda quyidagi koordinata sistemalari qo‘llaniladi: to‘g‘ri burchak (dekart), silindrik, sferik va angulyar (burchak). Robotlarda quyidagi programmalash usullari qo‘llaniladi: intellektni modellash, o‘rgatish va tashqi programmalash.
1.2.Sanoat roboti va uning strukturasi
Hozirgi vaqtgacha sanoat robotining umumiy qabul qilingan ta’rifi yo‘q.
Turli mamlakatlarda sanoat robotining har xil ta’riflari taklif qilingan. Sanoat roboti deb, ishlab chiqarish jarayonida harakat va boshqaruv funksiyalarini bajarish uchun mo‘ljallangan bir necha harakatlanish darajasiga ega bo‘lgan manipulyator ko‘rinishidagi ijro qurilmasidan hamda qayta dasturlanuvchi boshqarish qurilmasidan tashkil topgan, odam harakatiga o‘xshash harakatlarni amalga oshiruvchi avtomatik mashinaga aytiladi.
Sanoat robotining struktura sxemasi 1.2 – rasmda kelirilgan. Ishchi organli manipulyator (M) va harakatlanish qurilmasi (HQ) sanoat robotining ijro qurilmasini tashkil etadi va ular sanoat robotining barcha harakat funksiyalarini amalga oshiradi.
Sanoat robotining manipulyatori deb, yuritmalardan, ularni boshqaradigan boshqarish sistemasidan tashkil topgan ijro qurilmasiga aytiladi.
Sanoat robotining kerakli barcha harakat funksiyalarini bajaruvchi qurilmaga ijro qurilmasi deb aytiladi. Manipulyator umuman ko‘p zvenoli ko‘rinishdagi ishchi qurilmalardan (IQ), ishchi organdan (IO), har bir zvenoning yuritmasidan tashkil topadi. har bir yuritma o‘z boshqarish konturiga ega. Robot boshqarish qurilmasining boshqarish signali yuritmalarni boshqarish qurilmasiga yuboriladi va manipulyatorning ishchi qurilmalarini harakatga keltiriladi.
Sanoat robotining ishchi organi manipulyatorning tashkiliy qismi bo‘lib, texnologik operatsiyalovchi yoki yordamchi o‘tishlarni to‘g‘ridan - to‘g‘ri bajarishga xizmat qiladi.
Manipulyatorning ishchi qurilmasi va ishchi organlari ijro dvigatellaridan, uzatish mexanizmlaridan, korreksiyalovchi zvenolardan va datchiklardan tashkil topadi va manipulyatorning yuritma qurilmalari deb ataladi.
Yuritmalarning boshqarish qurilmasi (YuBQ) boshqaruv qurilmasining signallarini o‘zgartiradi va elektromagnit klapanlar, membranali kuchaytirgichlar va boshqalar ko‘rinishida bo‘ladi.
Sanoat robotining harakatlanish qurilmasi ijro qurilmasining tashkiliy qismi bo‘lib, manipulyator yoki robotning umuman harakatlanishini amalga oshiradi. Sanoat robotining boshqarish qurilmasi (BQ) boshqarish programmasi asosida ijro qurilmasiga boshqaruvchi ta’sirlarni shakllantirish va berishga xizmat qiladi.
1.2– rasm. Sanoat robotining struktura sxemasi:
BQ – boshqarish qurilmasi, YuBQ – yuritmalarni boshqarish qurilmasi; D – datchik; Yu – yuritma; ishchi qurilmasi.
Robotlar bajariladigan operatsiyalarining murakkabligiga va vazifasiga qarab 3 avlodga bo‘linadi.
Birinchi avlodga avtomatik ishlovchi programmali boshqariladigan robotlar kiradi, ularda manipulyatsion operatsiyalarning xarakteriga qarab programmalash va mexanik qurilmalarining ishlashi nisbatan oson moslashtiriladi. Bunday robotlarda boshqarish qurilmasi sifatida programmali boshqarish qurilmasi yoki kompyuter ishlatiladi. Birinchi avlod robotlari yetarli darajada universal va ko‘p imkoniyatlarga ega hisoblanadi. Mavjud avtomatlashtirish vositalariga qaraganda birinchi avlod sanoat robotlari yangi topshiriqlarni bajarishga tez va yaxshi moslashadi.
Tashqi muhit bo‘yicha informatsiyaning birinchi avlod sanoat robotlarida yo‘qligi, o‘zgaruvchan sharoitlarga mos ravishda ish jaryonlarini optimallashtirish imkoniyatini bermaydi. Bu esa birinchi avlod sanoat robotlarini qo‘llashni bir oz
cheklaydi va kerakli ishchi zonani shakllantirish uchun qo‘shimcha ishlar o‘tkazish zarur bo‘ladi.
Ikkinchi avlod - adaptiv robotlar, ular tashqi muhit o‘zgarishlariga moslasha oladi. Adaptiv robotlarning birinchi avlod programmali robotlarga qaraganda funksional imkoniyatlari keng bo‘ladi. Tashqi muhit bo‘yicha informatsiyani olishda turli xil sensor qurilmalardan foydalaniladi. Masalan, sun’iy ko‘z sistemalari, taktil sensorlar, lokatsion datchiklar va h.
Uchinchi avlod – intellektual robotlar. Bunday robotlar tashqi muhitni o‘zida aks ettira oladi, avtomatik ravishda bajarilishi kerak bo‘lgan harakatlar bo‘yicha qaror qabul qilish imkoniyatiga ega. Intellektual robotlar odamga o‘xshash turli intellektual va oldindan rejalashtirilgan harakat funksiyalarini bajaradi.
1.3.Intellektual, adaptiv va programmali robotlar.
Adaptiv robot moslashuvchan sistemalarning bir turidir. Bunday robot programmalashtirilgan harakat funksiyalari qisman aniq tashqi muhitda bajarish imkoniyatiga ega. Tashqi muhit o‘zgarishini adaptiv robot sensor qurilmalari yordamida qabul qilib, o‘z faoliyatini avtomatik ravishda qayta programmalaydi.
Adaptiv robotlarda sensor qurilmalari sifatida sun’iy ko‘z, lokatsion sensorlar, taktil va kuch-moment datchiklari qo‘llaniladi.
Adaptiv robotning sxemasi 1.3- rasmda keltirilgan.

1.3- rasm. Adaptiv robot sxemasi:

1- manipulyator, 2- harakatlanish qurilmasi, 3- programmani o‘zgartirish qurilmasi, 4-hisoblash qurilmasi, 5- sun’iy intellekt, 6- sensor qurilmasi, 7-
muloqot qurilmasi, 8- manba blogi.
Adaptiv robotlarda sun’iy intellekt blogi bo‘lmaydi.
Programmali robot sxemasi 1.4- rasmda keltirilgan. Bunday robot aniq tashqi muhitga oldindan programmalashtirilgan harakat funksiyalarini bajaradi. Shuni ta’kidlash lozimki, “avlod” termini robotlarning bir avlodini ikkinchisi bilan almashtirish deb tushunmaydi. har bir robot avlodi mustaqil ahamiyatga ega va element bazasi bo‘yicha texnik ko‘rsatgichlari takomillashib boradi. har bir robot avlodi ekspluatatsiya tartibiga qarab, keng qo‘llaniladi.
Adaptiv robotlarga qaraganda intellektual robotlarda kuchli rivojlangan matematik ta’minot bo‘ladi. Intellektual robot struktura sxemasi 1.5 – rasmda keltirilgan.
1.4- rasm. Programmali robot sxemasi