Файл: Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы..pdf

по двум взаимно ортогональным координаФам в горизонтальной плоскости, а также механизм вертикального перемещения захвата. Каждая из трех степеней подвижности модуля обеспечивается пози­ ционным следящим электромеханическим приводом на основе дви­ гателей постоянного тока независимого возбуждения типа ДПМ-30. Для измерения контактных сил в процессе сборки на кистевом звене установлен трехкомпонентный силомоментный датчик.

Сборочный модуль имеет следующие технические характеристики:

С помощью электромеханического робота УЭМ-2 осуществляется перенос одной из сопрягаемых деталей, например, втулки, в за­ данную точку рабочей зоны адаптивного сборочного модуля и ее фиксация на установочной поверхности. Другая деталь, например, вал, захватывается из накопителя сборочным модулем и подается с помощью горизонтальных приводов к предполагаемому месту на­ хождения втулки. В момент касания сопрягаемых деталей но обра­ зующей фасочной поверхности возникает сила реакции связи, модуль и направление которой зависят от значения и знака рассогласования осей соединяемых деталей в принятой системе координат. При по­ грешностях центрирования, не превышающих половину диаметра вала, сила реакции направлена к предполагаемому центру соосности двух деталей. Ее составляющие выделяются силомоментным датчи­ ком и подаются на соответствующие входы следящих приводов таким образом, что результатом их действия является коррекция положения двигателей в сторону уменьшения рассогласования осей деталей.

Корректирующие движения приводов в горизонтальной плоскости осуществляются в процессе непрерывного перемещения вала с по­ стоянной скоростью по вертикали до тех пор, пока вертикальная сила реакции не превысит предельное значение или пока вал не будет установлен на заданную глубину.

Допустимые контактные силы могут быть ограничены на любом желаемом уровне путем задания установок на соответствующих входах системы управления приводами (рис. 7.6).

Особенностью системы управления сборочного модуля является наличие дополнительной петли силовой обратной связи, включенной параллельно главной обратной связи по положению привода. Это позволяет активно управлять контактными силами без заклинива­ ния деталей.

В процессе экспериментального исследования технологических возможностей разработанного сборочного комплекса проводилась

204

ложения; 3 — тахогенератор; 4 — электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения; 5 — винтовой преобразова­

тель; 6 — спломоментный датчик; 7 — блок коррекции канала управления силовым воздей­ ствием

сборка деталей типа вал—втулка диаметром 10—60 мм с гарантиро­ ванным зазором ~20 мкм при относительных погрешностях пози­ ционирования 0—3 мм. Во всех сериях экспериментов сборка вы­ полнялась надежно без заклинивания даже при заданном начальном угловом рассогласовании осей деталей до 5°. Эта угловая погреш­ ность компенсировалась за счет податливости конструкции силомоментного датчика.

В результате проведения дополнительной серии экспериментов по механической сборке элементов гидродвигателя диаметром около 10 мм при относительных зазорах 7—10 мкм с помощью сборочного модуля, имеющего собственную погрешность позиционирования захвата, равную 0,1 мм, было показано, что стратегия адаптивного управления с использованием обратных связей по силам и моментам, действующим в точке контакта деталей, является эффективным инструментом выполнения высокоточной сборки.

Преимущества адаптивных сборочных модулей как дополнитель­ ных устройств, расширяющих функциональные возможности про­ мышленных роботов, наиболее наглядно проявляются при коррек­ ции больших начальных позиционных погрешностей собираемых деталей, при которых пассивные механические центрирующие устрой­ ства оказываются неработоспособными.

Несомненно, что активные средства адаптации типа сборочных модулей совместно с промышленными роботами окажутся эффектив­ ным средством автоматизации мелко- и среднесерийного сборочного производства.

7.3. Пример робототехнической системы для многооперационной сборки

Возможность выполнения сложной последовательности сбороч­ ных операций с помощью универсальных манипуляторов, снабжен­ ных простейшими датчиками, при управлении от мини-ЭВМ, обес­ печивающей программную адаптацию сборочного процесса и дости­ жение существенно большей точности сопряжения деталей по сравне­ нию с точностью при иеадаптивном управлении, показана на примере

2 0 5

автоматической сборочной системы (АСС), разработанной в ИПЛ\ им. М. В. Келдыша АН СССР.

Техническую основу системы составляют два электромеханиче­ ских 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 интер­ фейс 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:

1.План сборки в целом, в котором задается последовательность выполнения сборочных операций, а также реакция на неверно вы­ полненные операции.

2.План каждой сборочной операции, в котором указывается последовательность движений манипуляторов, необходимых для выполнения операции, описываются условия, при выполнении кото­ рых можно переходить от одного движения к другому. Помимо этого, в плане операции указывается реакция на неверно выполнен­ ные движения.

3.Программу всех движений, указанных в планах сборочных операций. Движения могут быть заданы, в частности, путем «хорео­

графического» программирования, т. е. путем последовательного вывода манипуляторов (вручную или с помощью специального вы­ носного пульта) в те положения, через которые они должны про­ ходить.

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, необ­ ходимые для отслеживания заданного программного движения. Второй процесс — фоновый. Он использует время, остающееся от первого процесса. В этом процессе происходит просмотр плана сборки

ипланов 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 позицио­ нирования деталей служат упоры, в качестве которых используются

исами сопрягаемые детали. В процессе сборки детали, установлен­ ные за i первых шагов, могут служить упорами, направляющими движение детали, устанавливаемой на (i -г 1)-м шаге. На первом

20G

шаге сборки могут быть использованы упоры сборочного приспособ­

Назовем податливостью свойство манипулятора изменять свою конфигурацию не только за счет усилий двигателей, но и под влия­ нием внешних воздействий. Противоположное свойство назовем жесткостью. Податливость позволяет использовать достаточно гру­ бые (упрощенные) программные движения при перемещении пред­ метов, ограниченных связями, снижает требование к точности управ­ ления. Податливость, в частности, обеспечивает возможность точ­ ного позиционирования деталей по упорам при наличии погрешностей в исполнении манипуляционных движений.

Податливость системы обеспечивалась конструкцией пальцев за­ хвата 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 датчи­ ками, обнаруживающими, что захват сжал предмет. Выход на упор может быть также обнаружен на основании показаний потенцио­ метрических 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 поло­ жения звеньев манипулятора, оказывается в достаточной степени очувствленным и способным на адаптивное поведение при наличии развитого управления.

Неточности манипулятора компенсировались специальными по­ исковыми 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 погреш­ ность вывода в окрестность отверстия не слишком велика, то бла­ годаря 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.

207

Наличие у робота двух манипуляторов сильно снижает требова­ ния к необходимому числу фиксирующих вспомогательных приспо­ соблений.

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 движе­ ний и позволяет легко изменять сам процесс сборки. Система управ­ ления рассматриваемого сборочного робота реализована на миниЭВМ М-6000.

Сборка представляет собой последовательность специализиро­ ванных движений манипуляторов робота— транспортных, поиско­ вых, тестирующих и т. д. Используя простейшее очувствление робота, система управления параллельно с исполнением каждого движения анализирует текущую ситуацию и при выполнении заданных усло­ вий организует окончание данного движения и переход к некоторому другому.

При этом использование ЭВМ в системе управления сбороч­ ного робота позволяет оценивать текущую ситуацию по любым комбинациям показаний датчиков очувствления.

Установка оси зубчатого колеса в отверстие основания масляного насоса происходила успешно практически всегда и занимала около 2 с. Это время зависело от разброса в положении отверстия в преде­ лах 1 см во всех направлениях. Зазор между осью колеса и стенкой отверстия составлял около 30 мкм, а погрешность позиционирова­ ния используемых в автоматической сборочной системе манипулято­ ров составляет приблизительно 5 мм. В таких условиях сборка становится возможной только за счет взаимодействия сопрягаемых поверхностей деталей и использования их в качестве упоров и на­ правляющих, а также за счет податливости захватов, которая ком­ пенсирует погрешности движения манипуляторов.

Повышение точности манипуляторов позволяет значительно уско­ рить сборку. Однако увеличение точности (и жесткости) универ­ сальных манипуляторов выше некоторого предела делает их дорого­ стоящими и громоздкими. Поэтому автоматизация сборочных опе­ раций с помощью манипуляторов, точность которых существенно меньше требуемой точности сопряжения деталей, безусловно пред­ ставляет интерес.

Для ввода информации в управляющую ЭВМ в автоматизирован­ ной сборочной системе предусмотрены развитые диалоговые средства. В качестве операторского терминала используется алфавитно-цифро­ вой дисплей «Видеотон-340».

При задании необходимых движений может быть использовано программирование, при котором манипуляторы последовательно вы­ водятся в нужные положения (вручную или с помощью специального выносного пульта), а управляющая ЭВМ автоматически запоминает данные точки позиционирования. Возможность вводить информацию не только в текстовой форме, но и путем непосредственного обучения необходимым движениям упрощает общение оператора с ЭВМ и

208