49994 (Основные особенности робототехнических систем), страница 2

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.

При этом использование ЭВМ в системе управления сборочного 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 пределах 1 см во всех направлениях. Зазор между осью колеса и стенкой отверстия составлял около 30 мкм, а погрешность позиционирования используемых в автоматической сборочной системы манипуляторов составляет приблизительно 5мм. В таких условиях сборка становится возможной только за счет взаимодействия сопрягаемых поверхностей деталей и использования их в качестве упоров и направляющих, а также за счет податливости захватов, которая компенсирует погрешности движения манипуляторов.

Повышение точности манипуляторов позволяет значительно ускорить сборку. Однако увеличение точности (и жесткости) универсальных манипуляторов выше некоторого предела делает их дорогостоящими и громоздкими. Поэтому автоматизация сборочных операций с помощью манипуляторов, точность которых существенно меньше требуемой точности сопряжения деталей, безусловно, представляет интерес.

Для ввода информации в управляющую ЭВМ в автоматизированной сборочной системе предусмотрены развитые диалоговые средства. В качестве операторского терминала используется алфавитно-цифровой дисплей "Видеотон-340".

При задании необходимых движений может быть использовано программирование, при котором манипуляторы последовательно выводятся 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 приводит к повышению пропускной способности и надежности связывающего их канала.

План сборки в целом, планы сборочных операций и описания необходимых движений реализованы в виде ориентированных графов и могут задаваться в произвольном порядке. Другими словами, оператор может ввести программирование "сверху вниз", или "снизу вверх", или любым удобным для него способом. Имеется возможность накапливать вводимую информацию в архиве, где она будет храниться и откуда может быть снова извлечена. После того как вся информация введена в ЭВМ, система оказывается способной выполнить автоматическую сборку.

Автоматическая сборочная система представляет собой простые и гибкие средства для организации самых разнообразных специализированных движений, которые требуются при выполнении сборки. Эти движения могут быть медленными и быстрыми, точными и грубыми, колебательными, силовыми, прерываемыми в зависимости от любых комбинаций показаний датчиков очувствления. Программные средства системы включают ряд подсистем, обеспечивающих управление роботом в основном рабочем режиме (режиме автоматической сборки), а также представляющих возможность оператору-программисту выполнять предварительное планирование работы робота. В состав основных программ входят следующие пять подсистем для задания и редактирования:

1) плана сборки;

2) планов сборочных операций;

3) планов условий;

4) контуров движений;

5) коэффициентов следящей системы, а также подсистема управления автоматической сборкой.

Загрузка каждой из указанных подсистем, а также требуемых файлов данных в память ЭВМ осуществляется с магнитного диска в рамках дисковой операционной системы. Первые пять подсистем работают на этапе планирования сборки оператором-программистом. Шестая подсистема осуществляет управление автоматической сборкой.

В качестве примера, иллюстрирующего работу программы управления, рассмотрим операцию NO1 установки стержня в отверстие. Будем считать, что стержень уже зажат в захвате манипулятора и что отверстие представляет собой вертикальный канал в детали, ограниченной горизонтальными плоскостями. На рисунке 4 показан план сборочной операции. Будем считать, что стержень устанавливается в отверстие правой руки, т.е. типы контуров всех движений, участвующих в операции NO1, определяют в качестве задействованных только степени подвижности правой руки.

Работа с системой начинается с того, что интерпретатор во втором (фоновом) процессе выбирает из плана сборки операции описание движения (обозначенное NKD1) подвода стержня к отверстию и запускает его на исполнение в первом процессе. В результате выполнения этого движения стержень перемещается в окрестность отверстия, а его ось ориентируется вертикально.

Рисунок 4 – План сборочной операции

Контур движения – NKD1

Способ движения – контурный

Тип движения – для всех степеней подвижности основной режим отслеживания

Тип начала движения – для всех степеней подвижности абсолютный способ задания начального значения параметров положения манипулятора

Номер условия – NC1

Контур движения – NKD2

Способ движения – контурный

Тип движения: для 1, 2, 6-й степеней подвижности – основной режим отслеживания; для 3-й – силовое воздействие; для 4, 5-й – колебания

Тип начала движения – для всех степеней подвижности абсолютный способ задания

Номер условия – NC2

Контур движения – NKD3

Способ движения – контурный

Тип движения – для всех степеней подвижности основной режим отслеживания

Тип начала движения – для всех степеней подвижности абсолютный способ задания

Номер условия – NC1

Контур движения – NKD4

Способ движения – позиционный

Тип движения – для всех степеней подвижности основной режим отслеживания

Тип начала движения – для всех степеней подвижности абсолютный способ задания

Номер условия – NC3

Условием NC1, приписанным данному движению, является выход манипулятора в требуемую конфигурацию с заданной точностью. В то время как в первом процессе исполняется движение подвода, во втором процессе осуществляется циклическая проверка отклонения текущей конфигурации манипулятора от требуемой. Эта проверка осуществляется с помощью потенциометрических датчиков положения звеньев манипулятора. Если отклонение становится больше допустимого, то движение подвода считается законченным, проверка условия прекращается и вырабатывается код ответа 0.