книги / Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы

Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы

Под редакцией члена-корреспондента АН СССР

Е.П. ПОПОВА, доктора технических наук

В.В. КЛЮЕВА

Москва

«МАШИНОСТРОЕНИЕ*

1985

С34

УДК 621.865.8

B.Б. Брагин, Ю. Г. Войлов, Ю. Д. Жаботинекий, С. Л. Зенкевич,

C.С. Камынин, А. А. Кирильченко, В. В. Клюев, Ю. А. Кондратьев,

В.И. Костюк, А. А. Краснопрошина, Э. С. Лямина-Карели,

В.В. Маслов, А. В. Назарова, Д. Е. Охоцимский, В. А. Панков,

Г.В. Письменный, Е. П. Попов, В. Е. Пряничников, Ю. И. Рассадкин,

К.В. Самвелян, Н. О. Собкевич, А. В. Тимофеев, В. А. Тимченко

Системы очувствления и адаптивные промышленные роС34 боты/В. Б. Брагин, Ю. Г. Войлов, Ю. Д. Жаботинский и др.; Под общ. ред. Е. П. Попова, В. В. Клюева. — М.: Машино­ строение, 1985. — 256 с., ил. — (Автоматические манипуля­

торы и робототехнические системы).

В пер.: 1 р. 20 к.

Описаны системы очувствления и построенные на их основе адаптивные промыш­ ленные роботы. Рассмотрены условия формирования моделей проблемно-ориентиро­ вочных средств, а также принципы построения систем распознавания адаптивных роботов. Приведены сведения о датчиках локации, внутренней информации, систем технического зрения, силомоментного н тактильного очувствления. Дана информация о системах управления адаптивных промышленных роботов и их программном обес­ печении.

Основное внимание уделено адаптивным промышленным роботам для различ­ ных технологических процессов: сварки, сборки, производства радиоэлектронной аппаратуры, механической обработки, штамповки, контроля качества.

Приведены примеры практической реализации и указаны перспективы развития адаптивных промышленных роботов и их систем очувствления.

Книга предназначена для специалистов, занимающихся вопросами автомати­

© Издательство «Машиностроение», 1985 г.

О Г Л А В Л Е Н И Е

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Адаптивные промышленные роботы (ПР) представляют собой новую ступень развития робототехники, для которой харак­ терно создание гибкопрограммируемых устройств, оснащенных сред­ ствами очувствления для получения информации об окружающей среде, предмете производства и состоянии механизмов робота. Адап­ тивные роботы предназначены для работы в условиях с заранее не­ известными изменениями окружающей среды, к которым они должны приспосабливаться. На пути развития адаптивных ПР много емких научных, технических и организационных проблем, связан­ ных с созданием широкой номенклатуры специализированных дат­ чиков и устройств для исследования и отображения окружающей среды, микропроцессорных систем обработки получаемой информа­ ции и ее использования для управления работой роботов, программи­ рования процессов восприятия и реакции на получаемую информа­ цию в реальном масштабе времени, повышением надежности и дол­ говечности ПР, улучшением метрологических его характеристик и т. д.

Для придания роботу новых качеств нужно, чтобы он обладал способностью к мгновенному восприятию внешней среды и мог ис­ пользовать ее для автоматического формирования сигналов управле­ ния движением своих манипуляторов с целью выполнения заложен­ ной в его память технологической задачи.

Адаптивный робот является принципиально новой производ­ ственной машиной с большими возможностями. К числу основных функций, выполняемых адаптивными роботами, относятся функции, свойственные человеку в процессе его трудовой деятельности, а именно: восприятие внешней среды с помощью «органов чувств» (технические средства очувствления), «обдумывание» и принятие решения (микропроцессорная обработка информации), активное воз­ действие на внешнюю среду «руками» (манипуляторами).

Многообразие автоматизируемых технологических процессов определяет весьма большое число параметров, подлежащих измере­ нию в процессе работы адаптивного робота. К основным параметрам относятся линейные и угловые перемещения механизмов робота, возникающие в них силы и моменты, расстояние между захватом робота и объектом, положение и скорость движения захвата, приз­ наки наличия, размеры, температура, форма, цвет деталей идр. В ка­

7

Гла в а ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИ я

АДАПТИВНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ 1 РОБОТОВ

1.1. Архитектура адаптивных робототехнических систем

Автоматизация различных технологических процессов на современном производстве с помощью роботов может осуществляться двумя путями. Первый из них характерен для тех отраслей промыш­ ленности, которые отличаются высоким уровнем упорядоченности рабочих участков, оснащенных роботами. В этом случае допустимо априорное задание всех управляемых координат робота, подробное описание параметров внешнего оборудования и динамики их изме­ нения во времени. Опираясь на указанные данные, можно составить математическую модель технологического процесса и организовать управление роботами. Обычно на таких производствах используются промышленные ‘роботы с цикловой системой управления, надежно функционирующие при малых случайных изменениях различных возмущающих факторов, например, таких, как точностные пара­ метры самого робота или внешнего технологического оборудования, т. е. роботы 1-го поколения с жесткой или частично перенастраивае­ мой программой.

Роботы 1-го .поколения используются в основном в машино­ строительных отраслях промышленности для обслуживания раз­ личного технологического оборудования, на операциях термообра­ ботки металлов, литья под давлением, в окрасочном, сварочном, кузнечно-прессовом и гибочном производствах. Эти роботы требуют высокой организации производства в части упорядочения среды,

вкоторой они функционируют. Часто, однако, такое упорядочение стоит весьма дорого и связано с большими дополнительными затра­ тами по разработке, созданию и внедрению специального оборудова­ ния, приспособлений, что является весьма неэффективным, особенно

втех условиях, когда требуется быстрая переналадка производства на выпуск нового изделия.

Вторым путем решения этой важнейшей народнохозяйственной

задачи является внедрение гибких автоматизированных производств (ГАП), одним из основных элементов которых является адаптивный робот.

Адаптивная техническая система— это система, которая сохра­ няет работоспособность при непредвиденных изменениях свойств управляемого объекта, цели управления или окружающей среды путем изменения алгоритма функционирования. Таким образом, поведение адаптивного робота как технической системы-должно быть

9

Рис. 1.1. Общая схема адаптивного робота

Успех в создании роботов по­ следующих поколений во многом зависит от решения двух централь­ ных проблем: очувствления мани­ пуляторов и интеллектуализации управления. Решение этих про­

блем требует создания систем очувствления и адекватных систем управления, способных учитывать полученную информацию о внеш­ ней среде как в процессе планирования действий робота, так и в про­ цессе исполнения.

Наиболее перспективными областями внедрении адаптивных Г1Р являются механическая сборка, дуговая и газовая сварка, кисло­ родная резка, абразивная зачистка и шлифование, окраска распыле­ нием, операции упаковки, установка и съем деталей с конвейера, операции распознавания, сортировка деталей, разбор деталей из навала, контроль качества с помощью манипуляторов, оснащенных измерительной аппаратурой, и ряд других технологических операций.

Адаптивный робот представляет собой техническую систему, в со­ став которой входят, как правило, следующие компоненты: исполни­ тельный механизм (манипулятор,) система очувствления и система управления (рис. 1.1).

Система очувствления воспринимает с помощью имеющихся в ее составе датчиков информацию о состоянии внешней среды, обра­ батывает ее. В результате вырабатываются сигналы воздействия, поступающие на один из входов системы управления, которая в свою очередь вырабатывает соответствующие сигналы на манипулятор и технологическое оборудование. Робот совершает работу, следова­ тельно, изменяет состояние свое или объекта, т. е. состояние внешней среды. Эти изменения фиксируются системой очувствления и т. д. Таким образом, цикл замыкается.

Технологическое оборудование, участвующее в выполнении опе­ рации наравне с манипулятором, мы не включили в состав робота. Однако иногда оно является частью робота. Так, например, бывает у сварочного, окрасочного адаптивных роботов и вообще у роботов, которые специализируются на выполнении одной какой-либо опера­ ции. .

Манипулятор адаптивного робота чаще всего представляет собой сложный многозвенный механизм с антропоморфной кинематикой. Так, в состав одного из наиболее распространенных в настоящее время промышленных роботов «Ригпа» фирмы «Юнимейшн» (США) входит 6- или 5-степенной антропоморфный манипулятор, оснащен­ ный электромеханическими сервоприводами. Каждая степень по­ движности управляется двигателем постоянного тока, оснащена по­ тенциометрами обратной связи и кодовыми датчиками. Манипулятор имеет грузоподъемность 1—10 кг (в зависимости от модели), повто­ ряемость +0,1 мм и максимальную скорость перемещения захвата ~1 м/с. Робот может быть использован на операциях сборки, дуговой

II