книги / Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы

претатор во втором процессе пытается выбрать из плана сборки очередную операцию, убеждается, что ее нет, и заканчивает сборку.

Длительность такта управления в системе составляет 33 мс. С этой частотой происходит опрос датчиков робота и изменяются значения управлений на его двигателях.

Непрерывно происходит или интерпретация плана сборки и планов сборочных операций, или проверка условий, приписанных движениям. Эти действия заканчиваются только тогда, когда кон­ чается сборка.

При проведении экспериментов было выполнено планирование сборки масляного насоса, и в память управляющей ЭВМ была вве­ дена соответствующая информация — план сборки, планы сборочных операций, а также описания необходимых движений. Характеристики этой информации, позволяющие составить представление о том, какие данные и в каком объеме требуются для описания сборки, приве­ дены ниже.

»вершин в планах сборочных операций . . 68 (10 вершин —■-

выходных)

»вершин в планах услови й ............................. 86 (23 вершины —

Далее проводились пооперационные и сквозные процессы сборки, в течение которых подбирались значения времени, отводимого на исполнение различных контуров движения, а также параметры условий. Значения времени выбирались так, чтобы по возможности ускорить сборку при сохранении ее стабильности, а параметры усло­ вий — с таким расчетом, чтобы обеспечить надежный контроль за правильностью исполнения различных действий. Общее время сборки масляного насоса составило 4 мин 17 с.

Проведенные эксперименты показывают, что применение ЭВМ в контуре управления сборочного робота позволяет осуществлять достаточно большую последовательность разнородных сборочных

212

Гл а в а АДАПТИВНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ДЛЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ

8 ОПЕРАЦИЙ

8.1. Адаптивные роботы для участков механической обработки

Робототехнические комплексы для механической обработки включают основное программно-управляемое оборудование (метал­ лорежущие станки, прессы, штампы и т. п.), роботы, а также кон­ вейеры, магазины, тару и т. п. При этом роботы служат в первую очередь для автоматизации вспомогательных операций по установке, перемещению и снятию заготовок. В ряде случаев на них возлагают и некоторые технологические операции, например, резку лазером, снятие фасок, сверление, нарезание резьбы, ковку, шлифование и полирование. Качественное выполнение всех этих операций воз­ можно лишь при использовании адаптивных роботов.

При создании робототехнических комплексов на базе металло­ режущих станков предпочтение отдается станкам с числовым про­ граммным управлением (ЧПУ) и обрабатывающими центрами. Пре­ имущество таких станков по сравнению со специализированными станками-автоматами заключается в их универсальности: простой заменой программы резания станок с ЧПУ перестраивается на новый тип операций или режим работы. Однако слабым местом станков с ЧПУ до последнего времени оставалась необходимость ручного труда при установке заготовки, смене режущего инструмента и съеме готовой детали.

Внастоящее время появились новые станки и обрабатывающие центры, сочетающие станок с ЧПУ с одним или несколькими автома­ тическими манипуляторами. Примером таких комплексов является робототехнический комплекс для токарной обработки фирмы «Бош» (ФРГ), представленный на рис. 8.1.

Изменчивость производственных условий, неизбежные на прак­ тике возмущения и помехи обусловливают необходимость гибкой приспособляемости робототехнических комплексов, а также адаптив­ ности как основного технологического оборудования, так и обслу­ живающих его роботов. Следует указать, что элементы адаптации появились в металлорежущих станках задолго до внедрения ЧПУ

ироботов. Известны отечественные системы регулирования скорости резания в зависимости от температуры резца и упругих деформаций станка.

Всовременных станках с ЧПУ средства адаптации используются для автоматической коррекции и оптимизации режимов обработки (подачи, скорости) в зависимости от заранее неизвестной фактиче-

2 1 4

координат, изменения скорости обработки, подача и т. д. Для зада­ ния типа и режима обработки используются специальные операторы. Так, для ЧПУ фрезерных станков часто употребляется оператор ИДИ, после которого следует список элементов пути, который нужно пройти фрезе. Например, запись ФР ИДИ/ОКР1, ПР2 до ТЧКЗ означает, что фреза должна пройти дугу окружности 1, отрезок прямой 2 до точки 3.

В СССР для самопрограммирования фрезерных станков с ЧПУ разработаны языки СПС-Т, СПС-ТАУ и др. Использование этих язы­

Следует заметить, что оптимизация режимов обработки с учетом технологических ограничений (по точности, скорости и т. п.) яв­ ляется предметом технологического проектирования и требует раз­ работки специальных алгоритмов расчета оптимальных (например, по быстродействию) программ движения.

Значительный интерес представляет концепция программирова­ ния токарных станков с ЧПУ, суть которой заключается в том, что программирование тел вращения и технологических режимов их обработки осуществляется непосредственно с рабочего чертежа в ре­ жиме диалога на языке пользователя с отображением технологиче­ ской карты обработки на дисплее. При этом отпадает необходимость в языках программирования, для использования которых требуются специальные знания и навыки.

При автоматической установке заготовки на каждом станке с ЧПУ необходимо, чтобы погрешность не превышала допуск. Традицион­ ное (неадаптивное) решение проблемы сводится к изготовлению и использованию специальных приспособлений-спутников (палет) и конвейеров для их перемещения между станками. Это требует зна­ чительных затрат и дополнительного оборудования. Другое решение, свободное от указанных недостатков, основано на использовании адаптивных роботов со станками с ЧПУ.

Точность позиционирования и ориентации объектов можно по­ высить также за счет организации поисковых микродвижений мани­ пулятора. Эти функции возлагаются на адаптивную систему управ­ ления, которая в этом случае использует логическую обратную

система технического зрения, то адаптивная система самопрограм­ мирования движений обеспечивает автоматический обход препят­ ствий и точное наведение захвата манипулятора.

Использование адаптивных роботов в робототехнических ком­ плексах для механической обработки дает значительный технико­ экономический и социальный эффект. Для оценки этого эффекта применяют различные критерии. Обычно считают, что один робот заменяет одного—трех станочников. В среднем обработка заготовок на металлорежущих станках занимает 5 % общего времени. Осталь­ ное время расходуется на установку и снятие заготовки, смену инструмента, транспортировку, складирование, уборку стружки

216

Т а б л и ц а 8.1

иробот

ит. п. Отсюда видны большие резервы повышения эффективности механической обработки.

Применение адаптивных роботов позволяет уменьшить непро­ изводительные затраты времени, повысить коэффициент использо­ вания дорогостоящего оборудования и увеличить отношение объема производства к общим затратам на него. Сравнительные экономи­ ческие данные для трех вариантов организации работы представлены в табл. 8.1.

Эффективность применения роботов существенно зависит от того, в каком режиме их эксплуатируют. Так, при использовании роботов в три смены себестоимость изготовления одной детали снижается в среднем в 2 раза по сравнению с себестоимостью в ре­ жиме односменной эксплуатации.

8.2. Адаптивные роботы для участков штамповки

На участках штамповки при частых переналадках для выпуска новых деталей необходимо не только перенастраивать роботы, но и оснащать их комплексами дополнительного вспомогательного технологического оборудования. Решению этой проблемы способ­ ствует использование адаптивных промышленных роботов, приспо­ сабливающихся к изменениям формы и ориентации разнообразных заготовок для штамповки.

В функции адаптивного робота входит определение класса транс­ портируемой конвейером детали, ее ориентация, а затем захватывание и транспортирование в требуемое положение. Часто в таких роботах используют системы технического зрения.

Однако в ряде практически важных случаев адаптивные роботы могут быть реализованы с незначительными затратами на адаптацию, как это показано на рис. 8.2.

2 1 7

Р и с. 8 .2 . С тр у к ту р н а я £х£Ма адаптий* н о г о р о б о та н а у ч а с тк е ш та м п о в к и

для каждого фиксированного положения детали 5, угле поворота и горизонтальном перемещении захвата 5, со­ ответствующем данному коду, а затем переключает пульт управления в рабочий режим.

Деталь, перемещаемая лентой конвейера /, напра­ вляющими 2 смещается к центру ленты, степень рас­ крытия направляющих регу­ лируется и устанавливается

равной раскрытию захвата. Деталь, достигая задней стенки за­

появляется сигнал «1», который подается на первый вход схемы И 9 (см. рис. 8.2). Импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 10 начинают поступать на счетный вход счетчика импуль­ сов И . Коэффициент счета счетчика импульсов выбирают из условия обеспечения задержки, необходимой для того, чтобы деталь в захвате успела принять одно из фиксированных положений. После перепол­ нения счетчика на первый вход блока электронных коммутаторов 15 подается сигнал «1». С первого выхода этого блока сигнал поступает на первый вход блока 14 управляющих обмоток, выхода которого подается сигнал на сжатие захвата.

Для обеспечения определенного усилия сжатия захват снабжен датчиком усилия. Сигнал датчика 4 подается на пороговый эле­ мент 12у на выходе которого появляется сигнал «1», но лишь после достижения заданного усилия сжатия захвата. С выхода порогового элемента 12 сигнал поступает на коммутатор 7. Последний отклю­ чает схему 8 анализа от блока фотодатчиков 6. Импульсы с генератора тактовых импульсов перестают поступать на счетный вход счетчиков импульсов 11. Этим же сигналом с порогового элемента сбрасывается до нуля счетчик импульсов 11, и через второй вход блока логических элементов И 17 на третий и четвертый входы блока электронных коммутаторов подается сигнал. По этому сигналу блок электронных коммутаторов 15 вырабатывает сигналы, которые поступают на входы управляющих обмоток приводов манипулятора. На выходе блока управляющих обмоток появляется сигнал о прекращении сжатия захвата, перемещениях по вертикали, горизонтали и ротации захвата. По этому же сигналу порогового элемента 12 считывается код с блока фотодатчиков.

2 1 8

Считанный код через первый вход блока логических элементов И 17 поступает на первый вход схемы сравнения 16. С выхода блока памяти 18 через третий вход блока логических элементов 17 на вто­ рой вход схемы сравнения 16 поступают коды, записанные в блоке памяти 18 на этапе обучения. При равенстве кодов на выходе схемы сравнения 16 появляется сигнал, по которому из блока памяти 18 считываются сигналы угла поворота захвата, ротации колонны и горизонтального перемещения захвата, которые через четвертый и пятый выходы блока 77, блок электронных коммутаторов 15 и блок 14 управления обмоток поступают на приводы манипулятора 13.

Положения датчиков адаптации и их число, необходимое и доста­ точное для определения типоразмера и ориентации заготовки в за­ хвате, Еыбирают следующим образом. Пусть адаптивный робот предназначен для работы с s заготовками, каждая из которых может

наложить изображения s заготовок во всех р положениях друг на друга и отметить возможные места установки датчиков для детали

2 1 9

типа скоба. Пусть все датчики являются двоичными. Тогда сигнал hh на выходе /е-го датчика

1, если деталь перекрывает да*чик;

Согласно рис. 8.3 можно записать десятиразрядные двоичные %коды для 52 возможных положений датчиков. Для разделения 10 воз­ можных положений детали скоба число датчиков может быть ми­

нимизировано и доведено до четырех.

Производительность рассматриваемого робота определяется в ос­ новном временем разворота детали в захвате при ее движении по конвейеру.

Для захватывания неподвижных деталей, имеющих параллель­ ные ребра, разработан робот с системой технического зрения, вы­ полненной на основе интегральной фотоприемной матрицы МФ-16. Использование эффекта разворота детали при захвате с плоскопа­ раллельными губками позволяет значительно упростить процесс выбора угла ориентации.

Можно определить с требуемой точностью угол у между поверх­ ностью детали и опорной поверхностью, который обеспечивает раз­ ворот детали в захвате.

Возможны три варианта захватывания детали. В первом случае (рис. 8.4, а) вершины детали не попадают на поверхность губки захвата; во втором случае (рис. 8.4, б) происходит контакт в одной вершине детали, а в третьем случае (рис. 8.4, в) — в двух вершинах.

Необходимо определить угол у между поверхностью участка захватывания размером I и поверхностью губки захвата, при котором

тегральный момент трения между поверхностью детали и опорной поверхностью.

Учитывая, что | FTl | = | Ft2 | *= / | Fx |; | Fx | = | F21, выраже­ ние (8.1) для случая, показанного на рис. 8.4, в , можно переписать в виде

фициент трепня между поверхностью детали и опорной поверхностью.

220

Рис. 8.5. Варианты ориентации детали

221