Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

«Библиотека» хранит готовые технологические программы. По за­ просам программы «Управление и диагностирование» технологиче­ ские программы передаются в программу «Библиотека» и далее в сборочное технологическое оборудование. Посредством диалога возможна коррекция библиотеки, ввод технологических программ и их вывод на внешние устройства ЭВМ.

«Генератор» составляет технологические программы на основе введенных в файл исходных данных, таблицы спецификаций и коор­ динат и помещает готовую технологическую программу в библиотеку.

Компонента «Управление и диагностирование технологического оборудования» передает технологические программы для сборочного технологического оборудования, следит за ходом их выполнения, выполняет команды оператора по изменению режима работы обору­ дования и передает оператору сообщения о неустранимых сбоях,

атакже оперативную информацию о ходе выполнения задания. Центр управления реализован на мини-ЭВМ СМ-3 и обеспечи­

вает управление группой сборочного оборудования (до 10 единиц). Описанный центр управления и локальная система управления яв­ ляются основой для создания интегральных сборочных комплексов в производстве радиоэлектронной аппаратуры.

Под интегральным сборочным комплексом понимается система, состоящая из единого транспортного поля, исполнительных двух­ координатных приводов, специализированных манипуляторов, ро- ботов-загрузчиков, автоматизированных бункерных кассет и системы управления. Такой комплекс выполняет все множество операций по сборке радиоэлектронной аппаратуры и при минимальных за­ тратах на переналадку оборудования.

7.2.Сборочные роботы

ссиломоментным очувствлением

Автоматизация сборочных операций, в особенности в условиях мелко- и среднесерийного производства, является в настоящее время одним из основных направлений применения адаптивных роботов с силомоментным очувствлением.

Трудности на пути решения задачи автоматизации механической сборки с помощью адаптивных роботов связаны с наличием погреш­ ностей относительного положения и ориентации собираемых деталей, значительно превышающих допуск. Эти погрешности обусловлены погрешностями позиционирования робота, а также неточностью установки объектов в фиксирующем устройстве и в захвате манипу­ лятора. Суммарные погрешности относительного положения объек­ тов могут достигать единиц миллиметров, в то время как допустимая погрешность позиционирования при сборке составляет в среднем 10—30 мкм. Погрешности позиционирования и ориентации собирае­ мых деталей можно уменьшить путем применения различных меха­ нических направляющих и фиксаторов, однако при этом возрастает стоимость сборочного оборудования и снижается гибкость всей

200

Рис. 7.4. Конструкция механического центрирующего устрой­ ства (МЦУ):

i — последнее звено манипулятора; 2 — корпус МЦУ; 3 — упругие элементы МЦУ, обеспечивающие податливость по линейным координатам; 4 — упругие элементы МЦУ, обеспе­ чивающие податливость по угловым координатам; 5 — за­ хват; 6 — деталь типа вал; 7 — фокус МЦУ; 8 — деталь типа

втулка

системы при переходе на выпуск повои продукции. Уменьшение погрешности пози­ ционирования автоматических манипулято­ ров до 10—15 мкм — технически разре­ шимая задача, однако стоимость таких роботов будет значительной.

Компромиссное решение заключается в применении сборочных роботов, погреш­ ность позиционирования захвата которых составляет ~0,1 мм, для сборки по жест­ кой программе широкой номенклатуры из­ делий с соизмеримыми допусками. Эти же роботы, оснащенные дополнительными ус­ тройствами для адаптации к погрешностям

позиционирования объектов, могут быть использованы для прецргзиоиной сборки изделий с относительными зазорами порядка 10 мкм.

Примерами автоматических манипуляторов, обладающих ука­ занными характеристиками, могут служить отечественные роботы типа ПР4-1, роботы «Рита» фирмы «Юнимейшн» (США) и роботы типа «Pragma-A-ЗООО» фирмы ДЭА (ФРГ).

Идея сопряжения деталей, например, вала и втулки, с относи­ тельным зазором порядка 10 мкм с помощью манипулятора, обеспе­ чивающего погрешность позиционирования захвата не более 100 мкм, состоит либо в применении массивных механических центрирующих устройств, либо в использовании дополнительных обратных связей в системе управления робота от датчика вектора сил и моментов, действующих в точке контакта деталей. Хотя пассивный и активный способы адаптации служат одной и той же цели — компенсации по­ грешностей относительного линейного и углового расположения сопрягаемых деталей, каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Пассивные механические центрирующие устройства (МЦУ), уста­ навливаемые между последним звеном манипулятора и захватом (рис. 7.4), обладают податливостью по линейным н угловым коорди­ натам, что обеспечивает возможность смещения вала, зажатого в захвате, под действием сил и моментов, приложенных в точке контакта вала с втулкой. Особенностью МЦУ является то, что центр вращения вала относительно осей координат, связанных с захватом, располагается на торцовой поверхности вала, контактирующей с втулкой. Это обеспечивает наилучшие условия сопряжения дета­ лей без возникновения заклинивания.

Основной недостаток применения механических центрирующих устройств, устанавливаемых на роботе, заключается в сложности

201

Рис. 7.5. Варианты размещения силомомеитиого датчика:

а — на кистевом звене манипулятора; б — в основании технологического стола; 1 — сбороч­ ный манипулятор; 2 — силомоментный датчик; 3 — захват; 4 — вал; 5 — втулка

перехода на сборку изделий другого типа, поскольку конструкция МЦУ в значительной степени зависит от вида сборочной операции и от размеров и массы сопрягаемых деталей.

Гораздо большими возможностями обладают перепрограммируе­ мые сборочные манипуляторы, в которых в процессе управления движением используется информация о силах и моментах, возни­ кающих при взаимодействии собираемых частей изделия. Активная адаптация к погрешностям позиционирования и ориентации деталей может быть реализована в сборочном роботизированном комплексе либо путем корректирующих движений приводов степеней подвиж­ ности самого манипулятора, либо путем перемещения группы при­ водов, скомпонованных в единый блок, который часто называют сборочным модулем.

Каждый из способов активной адаптации при сборке может иметь два конструктивных варианта реализации, отличающихся местом установки силомоментного датчика или сборочного модуля.

Размещение силомоментного датчика на кистевом звене сбороч­ ного манипулятора (рис. 7.5, а) позволяет создать универсальную конструкцию адаптивного робота, способного выполнять сборочные операции при любом варианте его установки (напольном, настенном или подвесном). Однако для манипуляторов со сложной кинематиче­ ской схемой возникают значительные трудности в организации управления в реальном масштабе времени, так как в процессе кор­ ректирующих движений приводов необходимо многократно осуще­ ствлять преобразование информации о действующих силах и мо­ ментах, измеренных в системе координат захвата, в информации относительно базовой координатной системы, в которой формируются команды управления манипулятором. Поэтому на практике сило­ моментный датчик часто размещают отдельно от манипулятора в основании технологического стола, на котором устанавливается одна из сопрягаемых деталей (рис. 7.5, б). В этом случае силомомент­ ный датчик формирует сигналы, характеризующие параметры сило­ вого взаимодействия деталей относительно неподвижной декартовой системы координат, что упрощает процедуру сопряжения датчика

202

с системой управления робота. Эта конструктивная схема обеспе­ чивает также динамическую развязку манипулятора и датчика и таким образом исключает появление помех на выходе силомоментного датчика, вызванных колебаниями захвата с грузом.

Общий недостаток рассматриваемых вариантов активной адап­ тации к погрешностям позиционирования собираемых деталей за­ ключается в сложности одновременного выполнения требований за­ данной динамики движения и статической точности манипулятора в процессе транспортных перемещений и требований, предъявляе­ мых к конечной фазе — выполнению сборочной операции, характе­ ризуемой микроперемещениями сопрягаемых деталей и точным кон­ тролем действующих сил и моментов. Поэтому в ряде конструкций сборочных роботов задачи транспортного перемещения деталей и точного их сопряжения с использованием информации о силах и моментах, действующих в точке контакта, решены с помощью раз­ личных устройств: транспортные перемещения выполняются про­ мышленным роботом, а адаптивная коррекция положения деталей осуществляется сборочным модулем, оснащенным силомоментным датчиком. Сборочный модуль может быть установлен как на самом роботе вместо его последнего звена или захвата, так и отдельно от него.

Количество преобразований координат, осуществляемых в про­ цессе управления в рассматриваемом случае, определяется только кинематикой самого сборочного модуля и не зависит от места его установки. Кроме того, разделение функций транспортного переноса деталей и их точного позиционирования и ориентации при сборке позволяет независимо от размеров и массы изделий оптимизировать обе эти фазы движения одновременно. При этом допускаются зна­ чительные начальные смещения деталей относительно друг друга (до единиц миллиметров), а контактные силы и моменты могут быть ограничены любым заданным произвольно малым значением, что обеспечивает сборку хрупких и легко повреждаемых изделий.

Наиболее удобной схемой исследовательской установки для изучения процессов механической сборки принято считать схему комплекса сборочный модуль — промышленный робот. Она имеет целый ряд практических преимуществ. Во-первых, на основе такого комплекса могут быть исследованы любые из рассмотренных выше типов принципы адаптации к начальному смещению деталей. Вовторых, отсутствуют какие-либо ограничения, налагаемые кинема­ тикой конкретного сборочного манипулятора при цифровом управ­ лении сборкой в реальном масштабе времени, так как сборочный модуль обычно строится по простейшей кинематической схеме и часто с взаимно ортогональными осями движения приводов. В-третьих, экспериментальная конструкция сборочного модуля мо­ жет послужить прообразом реального устройства, устанавливаемого на кистевом звене робота.

Адаптивный сборочный модуль включает основание, несущую стойку и кронштейн, на котором установлена каретка с двумя сте­ пенями подвижности, обеспечивающая возможность перемещения

2 0 3