Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов, курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Полнотекстовый поиск
Всего работ:
364139
Теги названий
Разделы
Авиация и космонавтика (304)
Административное право (123)
Арбитражный процесс (23)
Архитектура (113)
Астрология (4)
Астрономия (4814)
Банковское дело (5227)
Безопасность жизнедеятельности (2616)
Биографии (3423)
Биология (4214)
Биология и химия (1518)
Биржевое дело (68)
Ботаника и сельское хоз-во (2836)
Бухгалтерский учет и аудит (8269)
Валютные отношения (50)
Ветеринария (50)
Военная кафедра (762)
ГДЗ (2)
География (5275)
Геодезия (30)
Геология (1222)
Геополитика (43)
Государство и право (20403)
Гражданское право и процесс (465)
Делопроизводство (19)
Деньги и кредит (108)
ЕГЭ (173)
Естествознание (96)
Журналистика (899)
ЗНО (54)
Зоология (34)
Издательское дело и полиграфия (476)
Инвестиции (106)
Иностранный язык (62791)
Информатика (3562)
Информатика, программирование (6444)
Исторические личности (2165)
История (21319)
История техники (766)
Кибернетика (64)
Коммуникации и связь (3145)
Компьютерные науки (60)
Косметология (17)
Краеведение и этнография (588)
Краткое содержание произведений (1000)
Криминалистика (106)
Криминология (48)
Криптология (3)
Кулинария (1167)
Культура и искусство (8485)
Культурология (537)
Литература : зарубежная (2044)
Литература и русский язык (11657)
Логика (532)
Логистика (21)
Маркетинг (7985)
Математика (3721)
Медицина, здоровье (10549)
Медицинские науки (88)
Международное публичное право (58)
Международное частное право (36)
Международные отношения (2257)
Менеджмент (12491)
Металлургия (91)
Москвоведение (797)
Музыка (1338)
Муниципальное право (24)
Налоги, налогообложение (214)
Наука и техника (1141)
Начертательная геометрия (3)
Оккультизм и уфология (8)
Остальные рефераты (21692)
Педагогика (7850)
Политология (3801)
Право (682)
Право, юриспруденция (2881)
Предпринимательство (475)
Прикладные науки (1)
Промышленность, производство (7100)
Психология (8692)
психология, педагогика (4121)
Радиоэлектроника (443)
Реклама (952)
Религия и мифология (2967)
Риторика (23)
Сексология (748)
Социология (4876)
Статистика (95)
Страхование (107)
Строительные науки (7)
Строительство (2004)
Схемотехника (15)
Таможенная система (663)
Теория государства и права (240)
Теория организации (39)
Теплотехника (25)
Технология (624)
Товароведение (16)
Транспорт (2652)
Трудовое право (136)
Туризм (90)
Уголовное право и процесс (406)
Управление (95)
Управленческие науки (24)
Физика (3462)
Физкультура и спорт (4482)
Философия (7216)
Финансовые науки (4592)
Финансы (5386)
Фотография (3)
Химия (2244)
Хозяйственное право (23)
Цифровые устройства (29)
Экологическое право (35)
Экология (4517)
Экономика (20644)
Экономико-математическое моделирование (666)
Экономическая география (119)
Экономическая теория (2573)
Этика (889)
Юриспруденция (288)
Языковедение (148)
Языкознание, филология (1140)

Реферат: по дисциплине: «Система управления робототехническими комплексами» на тему: «Контрольно-измерительные робототехнические системы»

Название: по дисциплине: «Система управления робототехническими комплексами» на тему: «Контрольно-измерительные робототехнические системы»
Раздел: Остальные рефераты
Тип: реферат Добавлен 14:17:02 09 сентября 2011 Похожие работы
Просмотров: 460 Комментариев: 11 Оценило: 0 человек Средний балл: 0 Оценка: неизвестно     Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Государственный университет информатики и искусственного интеллекта

Д080403.1.01.05/031.ЛР

Кафедра ПОИС

Реферат
по дисциплине: « Система управления робототехническими комплексами»
на тему: « Контрольно-измерительные робототехнические системы»

Выполнил:

_________ст. гр. ПО-05аc Кузьменко В.А.

Проверил:

__________асс. Пряничникова Е.А.

2010

Назначение и структура контрольно-измерительной робототехнической системы.


Технологические операции контроля, измерения, диагностики, широко распространенные в промышленности, наиболее трудно поддаются авто­матизации. Без автоматизации операций контроля невозможно создание гибких производственных систем и автоматизированных производств с ограниченным количеством рабочих. Для завершения автоматизации всего производственного цикла применяются контрольно-измерительные робототехнические системы (КИРС). Обычно в КИРС сочетаются манипуляционные действия с функциями контроля, измерения, диагностики различных технологических объектов, законченных изделий и заготовок, среды, процессов и т.п. непосредственно в ходе производства. Контрольные операции могут выполняться КИРС как в процессе выполнения техноло­гических операций на различных этапах, так и в конце технологических процессов, когда необходима проверка готовой продукции. Изучение на­правлений исследований в данной области в нашей стране и за рубежом приводит к выводу о целесообразности использования КИРС в большинстве существующих или разрабатываемых технологических процессов. КИРС в настоящее время находят применение (рис. 1) в процессах сборки, сварки, сортировки, тестирования поверхностей сложных форм, например, лопаток турбин, а также неразрушающего контроля качества материалов и изделий, включая анализ внутренних дефектов в материалах, контроль формы и геометрии изделий, ана­лиз механических величин, проведение диагностики машин и меха­низмов.

Рис. 1

В отличие от традиционных манипуляционных промышленных роботов КИРС снабжена дополнительным первичным преобразователем для целей технической диагностики, более широким набором тактильных датчиков и устройством обработки, диагностической информации, которым может служить мини- или микро ЭВМ. Применяемая в КИРС ЭВМ или микропро­цессорная сеть осуществляет две функции: управление целенаправленным движением исполнительных органов по программе, которая может коррек­тироваться в процессе движения в зависимости от дополнительной инфор­мации от тактильных и иных датчиков; прием информации от первичных преобразователей о состоянии контролируемого объекта в процессе мани­пулирования, ее хранение, автоматическую обработку в соответствии с за­данными алгоритмами диагностики и принятие решения о результатах из­мерения.

В общем случае система управления КИРС состоит из двух основных контуров (рис. 2): программного, управляющего перемещением при­водов манипулятора, и диагностического, осуществляющего измерение, контроль или диагностику объекта, а также классификацию исследуемых параметров по определенным признакам, автоматический анализ которых обеспечивает принятие решения. В результате принятия решения произво­дится классификация, например, разбраковка изделий или группирование по классам допусков.

Рис.2

Программный контур может включать первичные преобразователи, предназначенные, например, для поиска и обнаружения края объекта, слежения за его контуром, а также для адаптации к изменяющимся усло­виям внешней среды, интерфейсный блок согласования с приводами, блок преобразования для связи с микропроцессором.

В диагностический контур могут входить датчики качества материалов, например, предназначенные для обнаружения трещин, раковин, дефектов (после сварки). Информационно-измерительная система КИРС в этом слу­чае будет содержать специальные датчики измерения и диагностирования (рис. 3).

Рис. 3

Области использования КИРС изучаются многими организациями и за­рубежными фирмами ведущих отраслей промышленности: машинострое­ния, авиакосмической промышленности, судостроения, автомобилестрое­ния, приборостроения и других. Сочетание операций транспортирования с операциями измерения или диагностики способствует повышению быстро­действия технологического комплекса и стабилизации высоких качествен­ных характеристик контролируемых объектов. Отличительным свойством КИРС является выполнение исследовательских функций. Это стимули­рует применение КИРС в промышленной технологии и энергетике, для океанологических и космических исследований. В данной монографии рассматриваются манипуляционные технологические КИРС, условия внеш­ней среды которых не полностью детерминированы. Некоторые общие поло­жения справедливы и для исследовательских роботов иных назначений. Вместе с тем отметим, что океанологические и космические КИРС обла­дают рядом специфических особенностей, и их рассмотрение представляет предмет отдельного исследования.


Чувствительные элементы и информационные системы КИРС.

Информационные системы КИРС принимают и производят первичную обработку измерительной информации не только для целей планирования механических движений манипуляторов, но и для проведения контроля и диагностики различных объектов. Поэтому информационные системы КИРС обладают необходимым числом чувствительных элементов, обеспе­чивающих решение поставленной задачи, и довольно сложной развитой структурой. Важнейшими свойствами информационной системы можно считать получение достоверной и адекватной по отношению к измеряемым параметрам информации, отсутствие избыточности и выдача только необ­ходимой информации, которая требуется для проведения контроля и осу­ществления необходимых движений. Наличие избыточной информации может усложнить алгоритмы обработки, ухудшить помехозащищенность и быстродействие системы.

Информационные системы КИРС несколько сложнее представленных в главе 1 систем роботов, осуществляющих только манипуляционные функции, и содержат самые разнообразные чувствительные элементы, основанные на различных физических принципах. Наибольшее распространение получили устройства технического ирония, пневматические сенсоры, ультразвуковые, электромагнитные, индукцион­ные датчики, лазерные, СВЧ и иные преобразователи 'неразрушающего контроля и дефектоскопии, приспособленные для условий функциони­рования в КИРС.

В главе 1 были рассмотрены системы очувствления различных типов манипуляционных роботов, в том числе устройства технического зрения как наиболее информативные, и пневматические устройства как наиболее простые и надежные (хотя и менее информативные). В данной главе рас­смотрим некоторые особенности и схемы чувствительных элементов опти­ческого и пневматического типов применительно к их функционированию в составе КИРС

Оптические системы находят широкое применение для выполнения контрольно-измерительных функций и для целей управления. Эти системы могут располагаться раздельно по отношению к роботу, а также непосредст­венно на одном из его звеньев, например, в схвате, если это допускается габаритами и массой оптических систем. Наибольшее распространение получают два типа оптических преобразователей:

1) твердотельные фоточувствительные матрицы - ПЗС-структуры,
фотодиодные матрицы и другие;

2) телевизионные передающие трубки - видиконы, диссектеры, секоны.
Информационные системы КИРС на основе телевизионных трубок имеют сравнительно большие габариты передающей камеры (минималь­ный диаметр ~40 мм, длина 100-200 мм), однако обладают большой пространственной разрешающей способностью и высокой чувствитель­ностью. Для уменьшения габаритов входного элемента датчика в зоне захватного устройства робота начинает находить применение волоконная оптика. Современные видиконы снабжены волоконно-оптическими пласти­нами на входе, что обеспечивает их стыковку со жгутами и с модульными усилителями яркости изображения. Твердотельные фоточувствительные матрицы наиболее перспективны дня применения в робототехнике и, в частности, в КИРС Дискретные матрицы позволяют квантовать изобра­жения на входе, обладают широким динамическим диапазоном (до 80 дБ), отличаются высокой помехозащищенностью, быстродействием, что обес­печивает хорошие информационные показатели , а также имеют малые габариты и массы.

Оптические системы позволяют производить анализ больших массивов измерительной информации, их первичную обработку и последующий ввод в мини-ЭВМ для распознавания, улучшения и сравнения изображений объек­тов внешней среды роботов, что необходимо для высококачественной работы КИРС.

Принцип анализа и преобразования изображения в числовой массив -последовательный (в телевизионных системах) или параллельный (в ко­герентно-оптических системах). Средства технического зрения КИРС содер­жат (рис. 4) источники освещения объекта манипулирования, опти­ческую систему формирования изображения и преобразования его в видео­сигнал, интерфейсное устройство стыковки с микропроцессором и далее с ЭВМ, монитор, выключатель блока детектирования. Оптические харак­теристики объектов измеряются посредством различных фотометрических устройств, использующих явления интерференции, дифракции, поляриза­ции, дисперсии света, а также нелинейные оптические эффекты, возникаю­щие в результате взаимодействия лазерного излучения с веществом. Для одномерных измерений применяются оптические линейки, для двумер­ных изображений — фотоматрицы, для объемных изображений - специаль­ные многослойные матрицы, две или три телекамеры или специально раз­рабатываемые голографические устройства.

Рис. 4

При измерении параметров движущихся объектов рекомендуется при­
менять синхронизацию изображения объекта с воспринимающей системой
телекамеры при помощи стробоскопа или использовать механический зат­-
вор в устройстве телекамеры. Система очувствления робота, в которой применяется устройство управ­ления механическим затвором телекамеры, содержит следующие блоки (рис.5): телекамеру 1, диск 2, шаговый двигатель 3, телевизионную трубку 4, объектив 5, источник освещенности б, датчик 8 наличия дета ли 7, частотный преобразователь 9, блок управления механическим затво­ром 10,, командное устройство 11, блок распознавания изображений 12, интерфейсное устройство 13 для связи с ЭВМ, управляющей роботом. Вращающийся с постоянной угловой скоростью диск с прорезями, укреп­ленный на валу шагового двигателя, располагается между телевизионной трубкой и объективом. При этом частота переключения механического затвора согласуется с внешней строчной разверткой телекамеры при фор­мировании изображений. Качество изображения эквивалентно качеству, получаемому посредством стробоскопического метода. Эффективный диаметр в системе "Фудзи электрик" составляет 15 мм, допустимое время движения изображения не более 2 мс, время перемещения механи­ческого затвора 420 мкс.

Рис. 5

Применение управляемого механического затво­ра значительно улучшает динамические свойства системы и в первую оче­редь — ее разрешающую способность. Так, при скорости движения под­вижного объекта, равной 500 мм/с, применение механического затвора повышает разрешающую способность в 10 раз.

Улучшение качества распознавания двумерных движущихся объектов достигается при использовании многооконной системы технического зрения с твердотельной телекамерой и с механическим затво­ром .

Широкие исследования ведутся по созданию трехмерных систем техни­ческого зрения. Известны действующие трехмерные систе­мы технического зрения на базе телекамер и ПЗС-матриц, соединенные технически и программно с устройствами управления промышленных ро­ботов. Эти системы предназначены для обеспечения технологи­ческих процессов сборки, сварки, автоматического контроля и взаимо­действия с подвижными транспортными средствами.

Она предназначена для определения расстояния до разных частей объекта и пер­вичной обработки изображения для передачи в управляющую ЭВМ робота. Система (рис. 6) состоит из многослойной матрицы 1 с фоточувстви­тельными элементами, специального осветительного устройства инфра­красного излучения 2, системы линз 3, 4. Свет, отраженный от освещенного участка 5 объекта 6, попадает через систему линз на матрицу 1, электрические сигналы с выходов которой поступают во встроенное микропроцессорное устройство обработки первичной информации. Встроенное микропроцес­сорное устройство включает: логический блок управления источниками инфракрасного излучения, преобразователи ввода данных с многослойной фотоматрицы, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), микропроцессор, устройство параллельного ввода данных в управляемую ЭВМ.

Рис. 6

Рассмотрим схемы и характеристики некоторых пневматических датчи­ков, предназначенных для использования в КИРС. Датчик следя­щего схвата, предназначен для организации коррекции движения руки ро­бота, в зависимости от изменения внешних условий контроля. Следящая рука КИРС (рис.7) имеет шарнирно связанные между собой звенья 1, систему приводов этих звеньев 2, схват 3 с диагностической головкой 4 (или инструментом), кронштейн 5, пневмодатчик 6, устройство управления 7. Пневмодатчик 6 крепится на кронштейне 5 и располагается над исследуемой поверхностью детали 8. В ходе технологического процесса пневмодатчик отслеживает положение обрабатываемой поверхности детали относительно диагностической головки или рабочего инструмента 4 и при отклонении от рабочего режима, например, при уходе с кромки или при изменении расстояния до поверхности обработки выдает пневматические сигналы на устройство управления 7 по двум независимым каналам. Устройство управления 7 преобразует пневматические сигналы, содержа­щие информацию о режиме обработки, и при необходимости вносит кор­рекцию, формируя управляющие сигналы и воздействуя на систему при­водов 2 манипулятора для компенсации отклонений посредством трех каналов, связанных с приводами звеньев руки манипулятора.

Рис. 7

Рис. 8

Пневматический датчик (рис. 8) имеет корпус 7, измерительные каналы 2, входные (3) и выходные (4) пневматические сопротивления, питающую емкость 5, струйные сопла 6, а также конструкцию регулирования межсопельного расстояния 7. Работа пневматического датчика про­исходит следующим образом. В питающую емкость 5 подается сжатый воздух, предварительно прошедший фильтр и стабилизатор давления. Проходя через входные пневматические сопротивления 3, воздух попадает в измерительные каналы 2, давление в которых зависит от положения струйных сопел 6 относительно поверхности обрабатываемой детали или иной задающей поверхности.

В режиме слежения за кромкой давление в измерительном канале с соп­лом, расположенным над поверхностью, будет соответствовать расстоянию до поверхности, а в канале с соплом, расположенным за кромкой, будет минимальным. При отклонении в ту или иную сторону давления в кана­лах будут соответственно изменяться. Точность позиционирования датчика в каждом конкретном случае зависит от межсопельного расстояния, кото­рое можно менять с помощью кронштейна 5 (см. рис. 7) при грубой настройке и с помощью конструкции регулирования межсопельного рас­стояния 7 при точной настройке. Давления в измерительных каналах 2 пере­даются через выходные пневматические сопротивления 4 на устройство управления, которое преобразует информационные пневматические сигна­лы управления приводами руки манипулятора. Наличие адаптивной системы управления рукой манипулятора с исполь­зованием пневматического датчика позволяет повысить точность обра­ботки и устранить брак из-за случайных отклонений формы заготовок, который, например, в процессе сварки достигает 4%.

На рис. 9 представлены экспериментальные характеристики двухсопельного датчика: зависимость выходного давления рвых от расстояния до объекта s и давления питания pвых . Как видно из графика, чувст­вительность возрастает с увеличе­нием давления питания, при этом увеличивается также дальнодейст­вие. Ограничением на величину давления питания являются допус­тимое значение расхода воздуха, а также необходимость нахождения в докритическом режиме истече­ния воздуха на выходе пневмати­ческих сопротивлений. Здесь dпит , (dB ых — диаметры питающего и выходного сопел соответственно). На рис. 10 показана зависимость чувствительности первого капала датчика от режима работы второго канала. Характеристика S21 получена при синхронном измерении расстояний s от сопла датчика до контролируе­мой поверхности в обоих каналах. Характеристика S22 г отражает изменение информационного давления на выходе раых в первом канале в зависимос­ти от расстояния s при нахождении второго сопла от контролируемой по­верхности на расстоянии, большем величины дальнодействия датчика, что соответствует режиму слежения за кромкой. Из характеристик видно, что в режиме слежения за кромкой чувствительность датчика на малых рас­стояниях ниже по сравнению с кривой для режима s = 0,1 — 0,4 мм.

Рис. 9

Рис. 10

В КИРС для исследования поверхностей сложной формы перспективно применение струйно-акустических преобразователей, представляющих со­бой резонаторы Гельмгольца со встроенными в его корпус капиллярами (рис. 11).

Рис. 11

Действие этих преобразователей основано на эффекте разру­шения ламинарной струи газа, протекающей через капилляры, когда давле­ние в полости резонатора превышает давление во входном сечении прием­ного капилляра.

Резонатор Гельмгольца, как известно , является многочастотной колебательной системой, низшая резонансная частота которой равна

Здесь R — радиус входной трубки резонатора, / - длина этой трубки, V -объем полости резонатора, =1, 4- показатель адиабаты воздуха,ри , р0 соответственно давление и плотность окружающего воздуха, а - скорость распространения звука. Свободные колебания (частоты ω0 ) воздуха в полости резонатора с учетом слабого затухания, обусловленною вязкостью газа в трубке, приближенно описываются уравнением


Здесь p(l, t) - избыточное давление газа в полости резонатора. µ- ею динамическая вязкость. Известно, что для вынужденных колебаний (с частотой ω0 ) осциллятора выполняется приближенное равенство

где рвх , рпоп — амплитуды колебаний давления соответственно на входе и в полости резонатора. Гармонические колебания на входе резонатора воз­буждаются специальными излучателями, расположенными па исследуемой поверхности.

В показано, что избыточное давление ламинарной свободной и за­топленной струи, вытекающей из питающего капилляра Л",, на входе прием­ного капилляра К2 , равно

Здесь ξ — коэффициент сопротивления приемного капилляра (ξ = 0,5-0,7); Q — объемный расход воздуха, протекающего через питающий капилляр; n - число нагрузочных элементов, присоединенных к выходу приемного капилляра K1 ; rL - радиус капилляра K1 ; r0 - радиус капилляра К2 ; rн -радиус нагрузочного капилляра; х - расстояние от входного сопла капил­ляра К1 до рассматриваемого сечения струи.

Если выполняется неравенство рпоп ≥ pL , то происходит разрушение ламинарной струи, давление на выходе капилляра К2 падает, и датчик регистрирует наличие препятствия. С помощью основных параметров струйной цепи опре­деляются необходимые расчетные зависимости для пневматических чувст­вительных элементов КИРС, которые были рассмотрены в этом разделе (здесь ∆р — перепад давления на элементе цепи, F — площадь поперечно­го сечения, V - объем элемента, υ - кинематический коэффициент вяз­кости, υ = µ/р).

Контрольно-измерительные робототехнические системы с очувствленными схватами.

Датчики различных типов, в том числе пневматические, могут быть встроены в захватные устройства КИРС. Схват со встроенными Датчиками приобретает возможность выполнить контрольно-измерительные и диагнос­тические операции, в частности, дефектоскопии и неразрушающего конт­роля. Встроенные в захватные устройства пневматические датчики в основ­ном предназначены для измерения и контроля геометрических параметров объектов, а именно, диаметров цилиндрических заготовок, отклонений от номинальных размеров, толщин листового материала, для обнаружения и идентификации отверстий, определения класса чистоты поверхности и т.п.

Целесообразность оснащения промышленных роботов очувствленными схватами с пневматическими датчиками для выполнения контрольно-из­мерительных операций обусловливается не только сравнительной конструктивной простотой и надежностью этих устройств, но и тем, что в большин­стве роботов привод захватного устройства пневматический, в котором используется тот же источник энергии (сжатый воздух или газ), что и в датчике. В КИРС с очувствленными схватами измерительные операции отделены от транспортных, поэтому ошибки позиционирования не влияют на точность измерений.

Промышленные роботы могут быть использованы для решения задач поиска и определения размеров дефектов на поверхности, а также для идентификации мест сопряжения деталей при сборке.

При использовании пневматических измерителей наиболее универсаль­ным методом решения указанных задач является сканирование датчи­ка по поверхности в определенном режиме. На рис. 12 изображен пример одного из возможных режимов для поиска и определения размеров отвер­стия на поверхности. Схват манипулятора 1 с датчиком 2 начинает скани­рование от края поверхности 3 с заданным шагом //. Величина шага опре­деляется известными технологическими параметрами, например, наимень­шим возможным размером отверстия 4. При попадании на кромку отвер­стия датчик выдает сигнал на управляющее устройство робота для смены режима поиска, после чего сканирование продолжается по кромке отвер­стия с новым шагом h. В результате на вычислительное устройство посту­пает информация о параметрах идентифицируемого отверстия.

Рис. 12

Значение необходимого дальнодействия датчика сканирования опре­деляется классом точности робота и неровностями исследуемой поверх­ности и поэтому, как правило, должно достигать нескольких миллиметров. Для получения такого дальнодействия используются датчики со специаль­ными схемами.

На рис. 13 представлена схема датчика сканирования, который состоит из корпуса 1, корпуса со спиральными каналами 2, входного канала 3, пи­тающей емкости 4 и измерительного канала 5. Воздух, проходя входной канал, питающую емкость и спиральные каналы, образует устойчивую струю, которая, взаимодействуя с поверхностью 6, деформируется, и дав ление передается в измерительный ка­нал. На конечном участке рабочей зо­ны характеристики происходит эжектирование воздуха из измерительного канала, что расширяет диапазон изме­рений.

Рис. 13

На рис. 14 представлены харак­теристики датчика сканирования для двух вариантов конструктивного вы­полнения. Определяю­щими параметрами конструкции явля­ются диаметр D окружности, по кото­рой располагаются спиральные каналы, и размер сечения спиральных кана­лов В. С увеличением значений ука­занных параметров дальнодействие датчика увеличивается. Начальные участки характеристик нелинейны; поэтому в качестве рабочей зоны выбирают конечные участки, соответствующие верхнему пределу измере­ний, что определяет назначение датчика.

Рис. 14

Возможным вариантом использования описанного датчика может быть применение его в качестве сигнализатора для смены режимов перемеще­ния схвата на малых расстояниях от поверхности детали. При этом исполь­зуется неоднозначность зависимости расстояниям от измерительного давле­ния рвых . Например, на характеристике 2 точка 2.1 может соответствовать началу рабочего движения схвата, а точка 2.2 -аварийному останову рабо­чего движения (рис. 14).

В технологических процессах с использованием КИРС целесообразно начинать выполнение некоторых операций только после получения сигнала о том, что деталь или соответствующий орган манипулятора находится в заданном положении. В таких случаях необходимо использование датчиков обнаружения, которые, в частности, могут представлять собой конечные выключатели. При смене операций часто требуется перестройка датчиков, что желательно выполнять с наименьшими затратами. Кроме того, такие датчики должны обладать достаточным дальнодействием, чтобы быть не­чувствительными, к случайным возмущениям контролируемого объекта, например при вибрациях, которые возникают при движении транспорт­ного манипулятора или при перемещении детали на контейнере.

Указанным требованиям удовлетворяет датчик обнаружения, схема которого представлена на рис. 15. Датчик состоит из основания 1, на ко­тором смонтированы фиксирующие подводы 2 с питающими соплами 3, а также приемное сопло 4. В зависимости от вида и формы контролируемо­го объекта выбирается рабочее расстояние обнаружения х, после чего пи­тающие сопла настраиваются с помощью фиксирующих подводов на угол а, при котором струя, отраженная от объекта, находящегося на расстоя­нии s, попадает в приемное сопло.

Рис. 15

На рис. 16 показаны зависимости давлении в приемном сопле от рас­стояния s. Чувствительность датчика можно повысить путем увеличения давления питания рпит и диаметра питающих сопел, а также путем увеличе­ния количества питающих сопел. Увеличение угла а приводит к уменьшению рабочего расстояния. Наличие максимального давления в приемном сопле сигнализирует о нахождении объекта в требуемом положении.

Рис. 16

В современных промышленных роботах широко используются захваты в виде вакуумных присосов, однако известные датчики контроля работы указанных захватов не гарантируют надежной сигнализации о наличии де­тали в захвате, так как содержат механические толкатели, которые должны вступить во взаимодействие с деталью. Известные конструкции датчиков контроля ограничивают зону расположения присосов для взятия детали, а также накладывают ограничения на форму детали, так как в месте кон­такта датчика с деталью не должно быть отверстий и поверхностей, не пер­пендикулярных толкателю. Наличие механического контакта снижает ре­сурс датчика и его надежность, а также может привести к повреждению некоторых деталей.

На рис.17 приведена схема вакуумного захвата с датчиком контроля и безопасности технологического процесса, который позволяет устранить описанные недостатки известных конструкций.

Рис. 17

Устройство содержит канал подвода воздуха 1, эжектор 2, вакуумный канал 3, присосы 4 и датчик 5, состоящий из пневматической емкости 6, мембраны 7. жесткого центра 8, регулировочного винта 9, пружины 10, электрического переключателя 11. Устройство работает следующим обра­зом. При надежном контакте присосов 4 с поверхностью захватываемой детали в вакуумном канале 3 возникает разрежение. Так как емкость 6 датчика 5 связана с вакуумным каналом 3, то давления в них в каждый момент времени будут равны. При возникновении разрежения в пневма­тической емкости 6 мембрана 7 под воздействием атмосферного давления прогибается, и ее жесткий центр 8 перемещается в направлении электричес­кого переключателя 11. При достаточном разрежении, которое свидетельст­вует о наличии детали в захвате, жесткий центр 8 производит переключе­ние контактов электрического переключателя 11 и замыкание соответ­ствующей управляющей электрической цепи. Амплитуда перемещения центра 8, обеспечивающая переключение пени при взятии детали, устанавливается регулировочным винтом 9 посредством пружины 10 в зависимости от разрежения в вакуумном канале. Следует отметить, что предлагаемое устройство позволяет одним датчиком контролировать надежность удер­жания детали одновременно всеми присосами. Если хотя бы один из присосов неплотно захватит деталь или отойдет в процессе транспортировки, что может привести к выпадению детали из захвата и к нарушению техноло­гического цикла, то информация об этом поступит с датчика в управляю­щую цепь и позволит скорректировать технологический цикл.

Конструкция измерительного схвата, предусматривает возможность измерения размеров детали и определения их отклонения от номинала непосредственно в схвате робота, что позволяет значительно сократить время технологического процесса при контрольных операциях. Разрабо­танная конструкция предназначена для схватов широко используемых ро­ботов-манипуляторов, например, промышленного робота "Циклон".

На рис.18 представлены: измерительный схват 1 робота, в котором контрольная деталь, зажимается посредством шарнирно-рычажного механизма с приводом 2 профильными губками 6. Штриховой линией при­веден вариант профильных губок для контроля внутренних размеров дета­ли. Измерительный кронштейн 4 устанавливается и фиксируется в положе­нии, обеспечивающем рабочий зазор между соплом пневматического датчи­ка 3 и ограничителем 5, выполняющим роль заслонки. Так как кронштейн закреплен на неподвижном корпусе руки, при зажатии последующих дета­лей отклонения их размеров от номинального размера контрольной дета­ли влияют на положение ограничителя 5 относительно сопла датчика 3, закрепленного на кронштейне. Это позволяет получить соответствующий сигнал о размере детали на входе датчика.

Рис. 18

Конструкция датчика приведена на рис. 19. Датчик содержит корпус 1 сопло 2, входной дроссель 3 и сопло 4. Датчик подключается по схеме с замкнутой измерительной камерой, которая сообщается с пневматичес­ким преобразователем. Конструкция предусматривает возможность смены пневматических сопротивлений при подборе диаметров и точности конт­роля, а также при установке необходимой чувствительности измерений.

Рис. 19

На рис. 20 показана экспериментальная рабочая характеристика датчика. По оси ординат отсчитываются отклонения Д от номинального размера детали. Допуск в представленном случае составляет ± 0,1 мм, которому соответствует линейная часть рабочей характеристики датчика.' На оси абсцисс показаны значения давления в информационном канале датчика.

Рис. 20

Разработанное устройство обеспечивает точность до нескольких микрон и высокое быстродействие измерений, а также позволяет совместить вы­полнение контрольных и транспортных операций.

Контрольно-измерительные робототехнические системы на основе видео детектора и пневматического манипуляционного робота.

КИРС с применением видеодетектора и пневматического манипуля­ционного робота предназначены для идентификации и сортировки изделий по геометрическим признакам на основе информации о проекции детали. В качестве пневматических манипуляционных роботов могут использовать­ся роботы типа "Циклон", "Ритм" РФ.

Система содержит промышленный манипуляционный робот, видео­детектора с микропроцессором, интерфейсный блок связи с роботом, блок программного управления роботом (рис. 21). В эксперименталь­ной установке используется видеодетектор "Фуджи электрик", содержащий телекамеру, два монитора, блок логической обработки изображений на микропроцессорах Intel 8080. Для повышения точности и достоверности обработки изображений применяются 16-разрядные микропроцессоры на базе Intel 8086, Intel 8087 и др. Блок логической обработки с устройствами питания выполнен в виде стойки. Система может работать в двух режимах в полностью автоматическом режиме без оператора и в супервизорном режиме с корректировкой уп­равления оператором в соответствии с обобщенной схемой, приведенной на рис. 2 и содержащей два иерархических уровня управления. В составе робототехнического комплекса видеодетектор используется не только как собственно чувствительный элемент, но и как устройство, формирую­щее (в зависимости от изменения внешних условий) команды, изменяю­щие программу нижнего уровня иерархической системы управления. Ниж­ний уровень реализует выбранное программное движение.

Рис. 21

Работа системы (рис. 22) происходит следующим образом. Предва­рительно эталонный образец подносится манипулятором в зону действия телекамеры и определяются значения параметров, по которым будет вы­полняться контроль. Затем в память микропроцессора вводятся граничные значения параметров, по кото­рым должно контролироваться изделие. После этого манипуля­тор устанавливается в исходную позицию и включается автомати­ческий режим, при котором мо­гут быть реализованы заданные цикловые движения. Робот за­хватывает из подающего устрой­ства, например конвейера или бункера, подлежащее контролю изделие, подносит его в поле зрения телекамеры и останавли­вается на время, необходимое дня проведения операции контро­ля, которое составляет 200— 400 мс. Для остановки руки ро­бота используется "технологи­ческая команда", задаваемая с пульта управления или включен­ная в программу автоматическо­го режима. В момент остановки срабатывает синхронизирующее устройство и формируется ко­мандный сигнал запуска видеодетектора. В результате выпол­ненных измерений вырабатывает­ся сигнал на включение одного из двух индикаторов, отражающих

состояние изделия. В отбраковочном контроле это соответствует состоя­нию "годен" или "брак". При включении одного индикатора вырабатывает­ся сигнал на продолжение программы движения манипулятора, а включение другого индикатора ведет к изменению программы. В первом случае год­ные детали могут направляться на конвейер для проведения других техно­логических операций, а во втором случае попадают в специальный бункер для бракованных деталей.

Рис. 22

Таким образом, верхний уровень иерархии, который составляет ви­деодетектор с микропроцессорной обработкой первичной измерительной информации, принимает решение о выборе необходимой программы движения, а нижний уровень осуществляет требуемое программное движе­ние, управляя приводами робота. Структурная схема одного из разра­ботанных вариантов системы с применением робота "Циклон" и видеоде­тектора показана на рис.23.Система предназначена для разбраковки из­делий. Внешний вид установки изображен на рис. 24.

Рис. 23

Рис. 24

В системе может быть применен управляемый механический затвор , схема которого приведена на рис. 5. Использование управляемо­го затвора значительно улучшает динамические качества системы и прежде всего ее разрешающую способность. Так, при скорости движения изделия, равной 500 мм/с, применение механического затвора повышает разрешаю­щую способность не менее, чем в 10 раз.

Среднеквадратичная динамическая относительная погрешность состоит из следующих основных составляющих:

Здесь δ1 — приведенная погрешность телевизионного тракта, <δ2 - погреш­ность преобразования сигнала, δ3 - погрешность вычислительных алгорит­мов, δ4 - погрешность, возникающая в результате увеличения скорости движения изделия больше допустимой. В диапазоне малых скоростей (до ~ 0,5 м/с) разрешающая способность составляет не менее 100 линий на строку, δ4 = 0 и результирующая погрешность складывается из погрешнос­тей тракта, преобразования, вычислительных алгоритмов. При больших скоростях составляющая погрешности <δ4 значительно возрастает, и при скоростях движения деталей более 2,0 м/с система становится практически неработоспособной. Поэтому в подобных системах предусматривается ос­тановка движения детали на время от 200 до 400 мс, необходимое для про­ведения ai тематического контроля.

Вычисления основных параметров плоских фигур производятся в дина­мическом режиме и реальном масштабе времени. Площадь подсчитывается посредством суммирования площадей дискретных элементов изображе­ния, находящихся внутри заданного контура. Погрешность определяется числом элементов, находящихся на границе контура. Система определяет также периметр фигуры, ее длину и ширину, а также положение центра фи­гуры. Эти данные используются в КИРС для идентификации объекта и для ориентирования схвата робота при взятии этого объекта. Используя данные параметры, КИРС производит также идентификацию дефектов детали. Как правило, процесс контроля и отбраковки охватывает большое количество различных контрольных характеристик. В большинстве случаев необходимо дать общую оценку изделия. Применение КИРС позволяет выбрать несколько определяющих параметров, анализ которых дает воз­можность оценить качество изделия и вынести заключение о его соот­ветствии заданному стандарту.

Контрольно-измерительные робототехнические системы для исследования поверхностей сложных форм.

КИРС, выполняющие функции обследования поверхностей сложных форм, могут измерять геометрические и механические параметры, чистоту поверхности, отклонение каких-либо ее характеристик от требуемых, а также находить трещины и другие дефекты. Различные особенности поверх­ностей устанавливаются посредством измерения диагностическими датчи­ками неоднородностей наводимых физических полей. Локационные датчи­ки КИРС при этом служат для ориентации системы диагностических датчи­ков, например, для расположения чувствительных элементов по нормали к исследуемой поверхности и для организации обратной связи в системе. Рассмотрим схему функционирования робота, обеспечивающего отсле­живание некоторой поверхности (рис. 25). Требуется поддерживать заданное расстояние схвата до поверхности по нормали и обеспечивать необходимую скорость движения. Сигналы, принимаемые от датчика, должны преобразовываться посредством матриц поворота, а затем посту­пать в устройство управления приводами. Датчики, расположенные в запястье руки робота, измеряют положение и скорость, после чего проис­ходи!' сравнение сигналов, соответствующих действительному и требуемо­му положениям руки.

Рис. 25

Датчики, расположенные в запястье руки робота, измеряют положение и скорость, после чего происходит сложение сигналов, соответствующих действительному и требуемому положению рук. Введем системы коорди­нат: неподвижную ()0 Х0 Y0 Z0 , связанную с основанием робота; подвижную O1 X1 F1 Z1 , связанную с датчиком; подвижную O2 X2 F2 Z2 , связанную с рассматриваемой точкой контролируемой поверхности. (Координатные оси Z0 ,Z1 и Z2 перпендикулярны к плоскости чертежа.) Координатная ось Y1 совпадает с осью датчика (рис. 25а), ось Y2 нормальна к поверх­ности в рассматриваемой точке ат . Пусть Ml 0 (t) и М22 (t) - матрицы поворота первой и второй подвижной систем координат относительно неподвижной системы, М12 (t) — матрица поворота второй подвижной системы относительно первой, а транспонированная матрица МT 21 = М12 определяет поворот датчика по отношению к участку отслеживаемой поверхности. Имеем М12 (t) =M10 (t)M20 (t).

Текущее положение рассматриваемой точки в системах координат O0 X0 Y0 и O2 Y2 Z2 соответствует координатам Х , Y0 д и Х ,Y , а требуе­мое положение датчика в системах координат O0 X0 Y0 и О1 Х1 Y1 , опреде­ляется координатами Х , Y0 t и X , Y . Сигналы аг и ад (рис. 26) определяют соответственно положение рассматриваемой точки и конечного звена манипулятора в неподвижной системе координат. С помощью сигна­лов β и β формируются управляющие воздействия на приводные систе­мы, при этом- ∆∆βс = βо — β2с, ∆ат = ат -а­д Сигналы а определяют угловые координаты в шарнирах звеньев манипулятора. Сигнал ∆βс может управлять приводом, встроенным непосредственно в шарнир руки мани­пулятора таким образом, чтобы произошло совпадение систем координат О1 Х1 Y1 , и 02 Х2 Y2 (рис. 25 б). В этом случае диагностическая головка будет ориентирована нормально к исследуемой поверхности. Условиями 'такого управления являются:

Β = М01т — ад ); β2 c =M12 βlc .

Структурная схема КИРС, предназначенная для исследования сложной поверхности, предусматривает (рис.26) наличие датчиков, контроллера, преобразователя координат, устройства управления системой приводов. В работах указывается на опыт применения кодовых датчиков углов поворота двух звеньев робота, потенциометров и тахометров для определения линейных,угловых перемещений и скоростей третьего звена, четырех полупроводниковых преобразователей для измерения давления в цилиндрах. Измерение расстояний до поверхности производится посред­ством индуктивных датчиков или двумя потенциометрами по дифферен­циальной схеме.

Рис. 26

Применение КИРС позволяет производить измерения в большом числе точек подлежащего диагностике объекта. В частности, в работе приводится пример использования роботов для определения формы винтов кораблей. Отметчик Система содержит манипулятор с серво-приводими, обладающий четырьмя степе­нями свободы, лазерный измерительный детектор, два тактильных датчика для от­слеживания формы поверхности, а также устройство управления с мини-ЭВМ. Точность измерений составляет 0,1 мм. Степени свободы манипулятора КИРГ
данного типа (рис. 27) включают пово­рот винта (ось вращения l), поступательное движение к оси l и в противоположном направлении (степень свободы 2), поступательные движения по верти­кали (степени свободы 3, 4), обеспечивающие перемещение диагнос­тических головок с тактильными датчиками.

Рис. 27

Лазерные датчики могут перемещаться в направлениях 2, 3. Привод каждой степени сво­боды - цифровой с шаговыми сервомоторами постоянного тока и усилителями мощности. Корректирующие воздействия выполняются с помощью управляющей ЭВМ. Применение лазерного детектора (рис. 28) обеспечивает измерение расстояний до поверхности винта. При вращении винта вокруг оси l происходит сканирование исследуемой поверхности лазерным лучом и прием отраженного сигнала приемником. В качестве тактильных датчиков применяются механоэлектрические щупы, установ­ленные непосредственно в сердечниках дифференциальных трансформа­торов.

Рис. 28

В КИРС (рис. 29), предназначенной для автоматизации процесса измерения профилей лопаток мощных турбин, а также для выполнения доводочной шлифовки с помощью технологического промышленного робо­та , использован новый способ измерения профилей сложной формы.

Рис. 29

Процесс измерения происходит последовательно в параллельных секущих плоскостях. Способ основан на анализе информации от двух датчиков расстояния, используемых для построения траектории движения робота. Измерение расстояния между инструментом и поверхностью происходит через определенные промежутки времени. На базе расчета информацион­ных оценок производится ориентирование положения датчика относительно поверхности в определенном направлении. Дальнейшее управление движе­нием производится с учетом обработки измерительной информации. Движение робота адаптируется к форме поверхности. Управление движением осуществляется в декартовой системе координат. Для формирования слож­ной криволинейной траектории перемещения производятся по нескольким координатам. Схват имеет два вращения: вокруг вертикальной оси (на угол а) и перпендикулярной ей продольной оси (на угол β). Расположение электромагнитных датчиков расстояния и результаты измерений приведены на рис. 30 В процессе ориентирования одного датчика (рис. 30а) выполняется его поворот на углы а и β. Расположение руки КИРС с двумя датчиками А и В относительно поверхности контролируемого изделия (рис. 30б,в) измеряется и в дальнейшем поддерживается постоянным с подачей корректирующего сигнала в систему управления. Окончание построения рабочего профиля (рис. 30г ) в фиксированных точках одной из секущих плоскостей (х,у) позволяет КИРС перейти к следующей секущей плоскости. Основные характеристики системы: поддержание расстояния от датчика или инструмента до поверхности по нормали от 3 до 10 мм, точность ± 0,5 мм, скорость до 50 мм/с.

Рис. 30

Список литературы.

1. Черноусько Ф.Л. и др. Манипуляционные роботы: динамика, управление, оптимизация. – М.: Наука, 1989.

Оценить/Добавить комментарий
Имя
Оценка
Комментарии:
Привет студентам) если возникают трудности с любой работой (от реферата и контрольных до диплома), можете обратиться на FAST-REFERAT.RU , я там обычно заказываю, все качественно и в срок) в любом случае попробуйте, за спрос денег не берут)
Olya16:40:00 01 сентября 2019
.
.16:39:59 01 сентября 2019
.
.16:39:58 01 сентября 2019
.
.16:39:57 01 сентября 2019
.
.16:39:57 01 сентября 2019

Смотреть все комментарии (11)
Работы, похожие на Реферат: по дисциплине: «Система управления робототехническими комплексами» на тему: «Контрольно-измерительные робототехнические системы»

Назад
Меню
Главная
Рефераты
Благодарности
Опрос
Станете ли вы заказывать работу за деньги, если не найдете ее в Интернете?

Да, в любом случае.
Да, но только в случае крайней необходимости.
Возможно, в зависимости от цены.
Нет, напишу его сам.
Нет, забью.



Результаты(258806)
Комментарии (3488)
Copyright © 2005-2020 BestReferat.ru support@bestreferat.ru реклама на сайте

Рейтинг@Mail.ru