Файл: Мясников, В. А. Программное управление оборудованием.pdf

программирует последовательность сборки узла. Когда этапы рас­ смотрения и принятия решения заканчиваются, механизм руки активизируется и начинает процесс сборки в соответствии с про­ граммой.

Зрительная система представляет собой телевизионные камеры типа видиком, действующие на основе системы со сканирова­ нием, которая аналогична системе стандартного телевидения. Площадь изображения делится на 768 000 элементов изображения (240 вертикальных и 320 горизонтальных).

о каждом элементе изображения преобразуется из аналоговой формы в дискретную и передается в управляющую ЭВМ И1ТАС7250, которая имеет оперативную память 32 768 слов по 16 бит. ЭВМ может управлять телевизионной камерой, произвольно расширяя площадь обзора и позволяя таким образом получать более широкую информацию, а также может подавать команды телевизионной камере для регулирования точности сфотогра­ фированного изображения с целью деталировки изображения.

Уменьшая размер рассматриваемой площади (угла зрения линз), камера отбрасывает все ненужные предметы из поля зре­ ния. Блок управления зрением может также разделитр фотоизо­ бражение на две контрастные области, яркую и темную (ограни­ чиваясь определенным пределом, полученным по инструкции с помощью ЭВМ), или может дифференцировать изображение предметов в виде описания их общих черт.

376

Загрузочно-разгрузочный механизм (рука робота) представ­ ляет собой шарнирное сочленение с зажимным механизмом типа параллельных тисков. Семь независимых сервомеханизмов обе­ спечивают семь движений руки и кисти: перемещение по трем осям, вращение вокруг каждой из осей и захват. Для управления загрузочно-разгрузочными работами имеются регистратор дан­ ных и числовые фазовые модуляторы, которые действуют как преобразователи данных из аналоговой формы в цифровую и как средство обнаружения ошибок в сервомеханизмах. Сигнал управ-

Рис. 197. Пример чертежа детали в трех проек­ циях и ее трехмерная конфигурация

ленпя сравнивается с сигналами обратной связи от датчика поло­ жения и подается в серводвигатель постоянного тока с тиристор­ ным управлением.

Для решения задач по распознаванию предметов в течение 1 мин. и дальнейшему управлению процессом сборки были разра­ ботаны три подпрограммы (хранение которых занимает объем па­ мяти машины на 3000 слов): 1) подпрограмма изучения чертежа; 2) подпрограмма определения предметов; 3) подпрограмма обра­ ботки информации.

Первоначальная инструкция для робота дается в виде прибли­ зительного общего плана-чертежа собираемого узла в трех про­ екциях (рис. 197). Робот при помощи телекамеры сначала скани­ рует план и определяет все линии. На основе двухкамерной ин­ формации, полученной таким образом, робот затем проверяет соотношения между линиями и точками пересечения двух линий, подсчитывает пространственные точки, линии и плоскости и кон­ струирует монтаж трехмерной конфигурации. Робот также имеет способность предвидеть и подтверждать, является ли окончание линии краем точки монтажа или вспомогательное изображение выглядит подобно точке.

377

Деталь, показанная на рис. 197, состоит из параллелепипеда с прорезанной канавкой и двух треугольных призм, смонти­ рованных на этом параллелепипеде.

После составления списка точек, линий и плоскостей в трех­ мерном пространстве начинаются составление и расчет структур­ ного изображения сборки. При этом отбрасывается вся ненуж­ ная информация. Когда этот этап заканчивается, созданное изображение преобразуется в независимые составные детали и на­ чинается изучение возможности их сочленения и сборки. Эти дан­ ные передаются в систему обработки информации. Когда робот находит, что рассматриваемая линия относится к двум плоскостям, то такая связь считается плотной, а когда линия относится к более чем двум плоскостям, то связь определяется как свободная. Таким образом, робот раздробляет ряд плоскостей на несколько групп, или ячеек.

На рис. 198 показано, как собранные плоскости раздроб­ ляются на ряд групп. После того как плоскости подразделены на несколько групп, робот собирает вместе открытые группы, чтобы сконструировать закрытые группы и записать их в список деталей. Поверхности, относящиеся к двум деталям, рассматриваются как контактирующие.

На рис. 199 приведены примеры результатов чтения чертежа счетно-вычислительным устройством.

Для определения предмета используется яркость отражения на сборочном столе света от каждой поверхности собираемых пред­ метов.

Степень яркости определяется с помощью камеры типа видмкон. Сначала она преобразуется в 5 бит цифровой информации,

азатем поступает в счетно-вычислительное устройство, которое

всвою очередь определяет вид, положение, форму и размеры пред­ метов. Возможность определения цвета позволяет легче опреде­ лять предмет. Однако это не всегда можно использовать па прак­ тике, так как иногда детали имеют необычный цвет. Робот фирмы «Hitachi Ltd.» пока оборудован только устройствами для опреде­ ления яркости, а при экспериментах применяются черно-белые

образцы.

Робот может манипулировать с предметами простой много­ гранной формы, состоящей из плоских поверхностей, особенно в виде многоугольных призм, обрабатываемых на фрезерных станках. Первым шагом алгоритма определения предмета является пространственная дифференциация изображения, которое по­ падает в запоминающее устройство. Это устройство преобразует изображение в высококонтрастное с особенно сильно выраженными гранями предмета. Затем маскированием других предметов выби­ рается изображение одного из предметов; положение каждой его грани исследуется методом зондирования и регистрируется запо­ минающим устройством в списке. Линии, которые определяются таким образом, иногда не совсем отчетливы. Поэтому робот пере-

378

Свободное

Z C1 7 T 7

1 / 1- -

1 / 7

\^_

опасностей

Рис. 198. Процесс выделения отдельных деталей из трехмерной структуры

/л

Рис. 199. Примеры результатов чтения чертежа с помощью ЭВМ

страивает их, выполняя несколько операций (таких, как ликви­ дация ненужных ответвлений). Даже когда некоторых граней недостает, робот может запомнить их с помощью анализа простран­ ственной структуры предмета. Информация, полученная таким образом, определяет ориентирование предмета в системе коорди­ нат на столе и его вид. Затем процесс повторяется для каждого предмета до тех пор, пока не будут определены все предметы на изображении.

После чтения п определения предметов робот начинает «про­ думывать» процесс сборки. Сначала предметы на столе классифи­ цируются на две категории: нужные и ненужные для сборки и вы­ бирается необходимое число нужных деталей. После этого порядок сборки определяется обратным порядку разборки с помощью счетновычислительного устройства, производящего анализ возможной последовательности разборки сложных деталей по частям (рис. 200, 201). Путем анализа положения предметов выбирается наиболее благоприятный порядок, при котором нет необходимости в повто­ рении манипуляции предметом с помощью изменения положения

зажима.

Затем, как видно из рис. 201, робот выбирает две взаимно­ параллельные поверхности деталей для их захвата (исключая при этом контактирующие поверхности деталей). Далее определяются путь руки, положение узла и направление подачи (с помощью вычисления суммы векторов контактирующих поверхностей). Когда все это выполнено, робот подсчитывает угловые перемеще­ ния каждого шарнира руки и передает соответствующие данные регистрирующему устройству. Если в процессе принятия решения обнаруживается недостача некоторых деталей на сборочном столе или механизм руки не может достичь какого-либо предмета, ро­ бот записывает информацию об этом на пишущей машинке и ждет новых инструкций от человека.

Обучающая система робота включает в себя рабочую часть

ирабочий объем визуальных изображений, превышающий 400 000 слов памяти. На обработку изображения уходит 240 с, на чтение чертежа 20 с, на определение каждого предмета 50 с, на принятие решения 10 с и на движения сборки 180 с.

Рука робота способна удерживать детали с усилием до 1 кгс

иустанавливать их в заданное положение с точностью до 3 мм.

В1971 г. робот в таком исполнении мог выполнять упрощен­ ные сборочные операции с 15 деталями (хотя в проведенных экспе­ риментах использовалось только семь деталей, из которых самая сложная — прямоугольная деталь с девятью поверхностями и прямой канавкой).

Разработка комплекса, стоимость которого составляет 56 000 долл, (исключая стоимость ЭВМ), проводилась группой инжене­ ров фирмы «Hitachi Ltd.» в составе 10 чел. в течение 1 года. По утверждению представителя фирмы, предполагается расширить круг распознаваемых роботом объектов. За сборочными чертежами

380

Рис. 200. Пример дезинтеграции логического дерева для решения задачи последовательности разборки

Рис. 201. Принятие решения о последовательности сборки:

1, 2, 3 — порядок сборки

381

должны последовать рабочие чертежи, логические и монтажные схемы. В дальнейшем усовершенствованный робот может быть при­ менен для автоматической проверки чертежей, графического ото­ бражения данных и других инженерных работ, вплоть до автома­ тизации проектирования. Первые промышленные образцы подоб­ ных роботов предполагается выпустить в продажу в 1976 г.

37. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

При внедрении роботов в промышленность рядом зарубежных фирм были проведены расчеты экономической эффективности применения этих роботов. При расчетах зарплаты, амортизации, окупаемости новой техники и т. д. учитывались специфические условия капиталистического рынка. Срок окупаемости робота (в годах) подсчитывался по следующей формуле:

Если в формулу расчета срока окупаемости робота ввести го­ довые амортизационные отчисления на оборудование, обслуживае­ мое роботом (Z), и увеличение или уменьшение производительности обслуживаемого роботом оборудования по сравнению с оборудо­

леннее (—) оператора на 20%); Z = 30 000 долл, (ежегодные амор­

тизационные отчисления — 15% от полной стоимости оборудова­ ния, обслуживаемого роботом)

382