Основные особенности робототехнических систем (стр. 2 из 3)

Основой для проектирования сборочного РТК является технологическая схема сборки, которая отражает последовательность и структуру процесса. На основании технологической схемы и анализа рабочих движений оператора-сборщика предварительно выбирают модель ПР и разрабатывают циклограмму движений по узловым точкам этой схемы.

Следующий этап проектирования сборочного РТК – оснащение роботизированного сборочного комплекса, что определяется функциональными возможностями ПР, которые ограничены жесткими границами обслуживаемой рабочей зоны, количеством и видом степеней подвижности, погрешностями повторяемости движений, отсутствием, в большинстве случаев, средств восприятия внешней среды и информации о внутреннем состоянии элементов ПР и др. Расширение технологических возможностей ПР достигается разработкой и изготовлением специальной сборочной оснастки: падающие и отводящие устройства, технологические модули локальных перемещений.

Особое значение при создании сборочных роботизированных технологий приобретает выбор методов компенсации неточностей взаимной ориентации деталей при их сборке ПР. Выделяют следующие направления обеспечения сопряжений деталей при роботизированной сборке:

1) применение метода расчета размерных цепей в системе "робот – приспособление – деталь". При этом прямая сборка осуществляется с компенсацией допустимых неточностей позиционирования за счет фасок, ловителей, заходных конусов;

2) расширение функциональных возможностей робота, направленных на увеличение вероятности сопряжения деталей. При этом сборка осуществляется на основании информации о характере взаимодействия сопрягаемых деталей;

3) создание автономных систем поиска удовлетворительного взаимного расположения сопрягаемых деталей. В этом случае задача решается при использовании сборочных головок в составе ПР или РТК, осуществляющих взаимные направленные сканирующие движения поиска для элементов сборки. Для первого направления наиболее распространенные способы сборки представлены на рисунке 3. Также существуют способы сборки с использованием адаптивных систем, которые представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схемы сборки с использованием размерных цепей: а – с жестким базированием; б – с нежестким базированием (для объектов с фасками); в – с ловителями

Рисунок 3 – Схемы сборки с использованием адаптивных систем: а – с тактильной информацией; б – со зрительной информацией; в – с повторными попытками сопряжений

5. Пример робототехнической системы для многооперационной сборки

Возможность выполнения сложной последовательности сборочных операций с помощью универсальных манипуляторов, снабженных простейшими датчиками, при управлении от мини-ЭВМ, обеспечивающей программную адаптацию сборочного процесса и достижение существенно большей точности сопряжения деталей по сравнению с точностью при неадаптивном управлении, покажем на примере автоматической сборочной системы (АСС).

Техническую основу систему составляют два электромеханических манипулятора УЭМ-2, каждый из которых имеет шесть степеней подвижности (и седьмую в захвате). Манипуляторы подключены к мини-ЭВМ М-6000. Показания потенциометрических датчиков положения степеней подвижности манипуляторов вводятся в ЭВМ через 10-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Контур управления двигателями манипуляторов замыкается через ЭВМ, которая с частотой около 30 Гц изменяет через специальный интерфейс параметры управления двигателями.

Захваты робота оснащены датчиками, обеспечивающими силовое очувствление. Кроме того, к роботу может быть подсоединена система технического зрения.

Планирование сборки проводится на трех уровнях. Для этого составляют:

- план сборки в целом, в котором задается последовательность выполнения сборочных операций, а также реакция на неверно выполненные операции;

- план каждой сборочной операции, в котором указывается последовательность движений манипуляторов, необходимых для выполнения операции, описываются условия, при выполнении которых можно переходить от одного движения к другому. Помимо этого, в плане операции указывается реакция на неверно выполненные движения.

Программу всех движений, указанных в планах сборочных операций. Движения могут быть заданы, в частности, путем "хореографического" программирования, т.е. путем последовательного вывода манипуляторов (вручную или с помощью специального выносного пульта) в те положения, через которые они должны проходить.

Программа автоматической сборки структурно состоит из двух процессов. Первый процесс – основной – это следящая система. Этот процесс запускается по прерыванию от таймера с частотой около 30 Гц и осуществляет опрос показаний датчиков, контроль за состоянием устройств и выдает на двигатели управления, необходимые для отслеживания заданного программного движения. Второй процесс – фоновый. Он использует время, остающееся нам от первого процесса. В этом процессе происходит просмотр плана сборки и планов сборочных операций, подготовка к исполнению требуемых движений, запуск их на исполнение в основном процессе, а также проверка выполнения условий, определяющих переход от одного движения к другому.

Наиболее важные принципы организации автоматической сборки были основаны на следующих положениях. Для точного позиционирования деталей служат упоры, в качестве которых используются и сами сопрягаемые детали. В процессе сборки детали, установленные за i первых шагов, могут служить упорами, направляющими движение детали, устанавливаемой на (i+1)-м шаге. На первом шаге сборки могут быть использованы упоры сборочного приспособления, например, угол или стенка. На втором шаге основание служит упором при установке, например, оси зубчатого колеса в отверстие основания.

Назовем податливостью свойство манипулятора изменять свою конфигурацию не только за счет усилий двигателей, но и под влиянием внешних воздействий. Противоположное свойство назовем жесткостью. Податливость позволяет использовать достаточно грубые (упрощенные) программные движения при перемещении предметов, ограниченных связями, снижает требование к точности управления. Податливость, в частности, обеспечивает возможность точного позиционирования деталей по упорам при наличии погрешностей в исполнении манипуляционных движений.

Податливость системы обеспечивалась конструкцией пальцев захвата правой руки, допускающей упругие перемещения вдоль своей продольной оси. Кроме того, она обеспечивалась за счет упругости резиновых накладок, предусмотренных на внутренних сторонах пальцев захватов обеих рук, а также за счет зазоров в сочленениях звеньев манипуляторов и их упругости.

Одной из главных задач, решаемых датчиками очувствления робота, является обнаружение момента выхода объекта на упор.

На захвате правой руки сборочного робота установлены датчики измерения линейных перемещений подпружиненных пальцев. Это позволяет измерять усилия, действующие вдоль продольной оси пальцев. Пальцы захвата левой руки снабжены тактильными датчиками, обнаруживающими, что захват сжал предмет. Выход на упор может быть также обнаружен на основании показаний потенциометрических датчиков положения звеньев манипуляторов. Если показание какого либо датчика не меняется с течением времени, а на соответствующий двигатель выдается определенное управление, то это обстоятельство можно интерпретировать как выход объекта на упор. Таким образом, робот, оснащенный только датчиками положения звеньев манипулятора, оказывается в достаточной степени очувствленным и способным на адаптивное поведение при наличии развитого управления.

Неточности манипулятора компенсировались специальными поисковыми движениями, представляющими собой колебания захвата с малой амплитудой (1 – 2 см) в окрестности целевой точки.

При установке оси зубчатого колеса в отверстие захват с зажатой деталью выводится в окрестность отверстия и начинает совершать небольшие колебательные движения, одновременно слегка прижимая торец оси зубчатого колеса к поверхности основания. Если погрешность вывода в окрестность отверстия не слишком велика, то благодаря таким поисковым движениям ось зубчатого колеса довольно быстро попадает в отверстие. Край отверстия в этом случае служит упором для оси зубчатого колеса. Для упрощения и ускорения сборки использовались простые приспособления и инструменты – аналоги ручных инструментов, которыми пользуется человек во время сборки, - тиски, гайковерты, отвертки и т.п.

Наличие у робота двух манипуляторов сильно снижает требования к необходимому числу фиксирующих вспомогательных приспособлений.

Движения манипуляторов при выполнении сборочных операций могут быть достаточно сложными. Поэтому в системе необходима управляющая ЭВМ, использование которой обеспечивает требуемую простоту и гибкость при организации специализированных движений и позволяет легко изменять сам процесс сборки. Система управления рассматриваемого сборочного робота реализована на мини-ЭВМ М-6000.

Сборка представляет собой последовательность специализированных движений манипуляторов робота – транспортных, поисковых, тестирующих и т.д. Используя простейшее очувствление робота, система управления параллельно с исполнением каждого движения анализирует текущую ситуацию и при выполнении заданных условий организует окончание данного движения и переход к некоторому другому.