Разработка методов интеллектуального управления робототехнической системой в условиях меняющейся внешней среды для автоматической сборки

В предлагаемом проекте будет создан прототип автоматической роботизированной сборки. Широко распространённым процессом сборки являются резьбовые соединения. Однако они требуют больших затрат времени и средств. Существующие подходы негибки и ненадёжны для выполнения сборки в менее структурированной промышленной среде. В настоящее время гибкость в большинстве промышленных роботизированных приложений достигается за счёт автоматической смены рабочих органов, эффективного программирования роботов и использования специальных приспособлений для конкретных компонентов. Но для того, чтобы система считалась гибкой, она должна уметь справляться с небольшими изменениями в геометрии и позиционировании деталей или компонентов сборки без использования приспособлений и перепрограммирования роботов. В дополнение к этому следует отметить, что гибкая система также должна собирать разные или одинаковые линейки продуктов с минимальными модификациями. Это позволит сэкономить затраты и время на разработку приспособлений для конкретных компонентов мелкосерийного производства. Сборка с помощью резьбовых соединений составляет более четверти всех сборок, производимых в промышленности.

Ещё одной из ключевых характеристик разрабатываемого в проекте прототипа является абсолютная точность инструмента робота. Точное позиционирование играет важную роль также в задачах лазерной сварки, клёпки или автоматической укладки волокон при производстве композитов, шлифовки или сверления. Несмотря на то что механика и технология производства промышленных манипуляторов постоянно совершенствуются, всё ещё существует отклонение реальных параметров робота от его номинальных значений, указанных на этапе проектирования. Предлагаемые в проекте подходы и методы калибровки на программном уровне без изменения механической конструкции робота как раз направлены на повышение точности позиционирования инструмента робота.

Актуальность проекта

В настоящее время промышленные роботы задействованы в таких высокотехнологичных отраслях, как электронная промышленность, автомобильная промышленность, станкостроение, электротехника, медицина и многих других. Несмотря на это, в число наименее охваченных роботизацией отраслей входят атомная промышленность, судостроение, самолётостроение, добыча полезных ископаемых, сельское хозяйство. Это связано со сложностью автоматизации и роботизации процессов в данных областях: требуется либо минимальное присутствие человека на производстве, либо необходима полная безлюдность. Технологии финишной полировки турбинных лопаток, контактного нанесения покрытий на элементы судов и самолётов, разработки ядерного топлива замкнутого цикла характеризуются взаимодействием робота со средой при неудерживающем контакте. Для решения указанных выше технологических задач зачастую используют два подхода: разрабатывают математическую модель взаимодействия или используют специальные средства измерений для восстановления контакта со средой.

Научная и практическая значимость проекта

Проект направлен на решение задачи интеллектуального управления в условиях постоянно меняющейся внешней среды — как отдельным роботом-манипулятором, так и сложной робототехнической системой для автоматической сборки. Отличительной чертой проекта является практическая направленность исследований для создания прототипа робототехнической ячейки для динамического манипулирования. Как правило, такие системы подразумевают взаимодействие робота со средой при неудерживающем контакте, а разработка таких систем требует либо построения математической модели, либо специальных средств измерений.

Ожидаемые результаты

Будут предложены методы калибровки промышленного манипулятора как с использованием внешнего измерителя на основе камеры технического зрения, так и с учётом дополнительной информации о контакте инструмента робота с поверхностью заранее известной геометрии; будет проведён анализ способов и методов представления
кинематических параметров робототехнических систем и проведена адаптация предложенного метода калибровки на основе вариации методов параметризации и представления кинематики робота.

Будут разработаны и созданы алгоритмы и протоколы обмена информационными пакетами, а также командами и состояниями для управления двигателями промышленного манипулятора для эффективного планирования траектории для построения различных типов регуляторов, обеспечивающих орбитальную стабилизацию. Особенностью предложенных алгоритмов является возможность формирования и передачи обобщённых координат по заданным траекториям перемещения робота с возможностью корректировки траекторий в реальном времени с использованием методов скользящих режимов, обратной динамики и модифицированного пропорционально-дифференциального регулирования.

Будет разработан метод восстановления геометрии, положения, ориентации и классификации составных частей процесса сборки детали на резьбовых соединениях с помощью компьютерного зрения, а также с помощью силомоментных датчиков. Данный метод позволит осуществлять свободное движение с учётом неструктурированной среды, обход препятствий, приведение схвата с болтом в плоскость резьбы по анализу сигнала силомоментного датчика, а также проводить процедуру закручивания.

Будет разработан и создан прототип роботизированного комплекса на базе промышленного манипулятора, оснащённого интеллектуальной системой управления для экспериментальной апробации предлагаемых технических и алгоритмических решений.

Другие проекты