Голосовое формирование управляющих команд при проектировании роботизированных сборочных процессов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

луз^ може бути застосований у рiзних галузях людськоï дiяльностi для виршення типових задач при наявностi накопиченоï iсторичноï iнформацiï, що мiстить взаемозв'язок якiсних та кiлькiсних показникiв об'екпв.

Лiтература

1. А.М. брша. Статистичне моделювання та прогнозування: Навч. поаб-ник. — К.: КНЕУ, 2001. — 170 с.

2. Барсегян А.А., Куприянов М.С., Степаненко В.В., Холод И.И. Методы и модели анализа данных: OLAP и Data Mining - СПб.: БХВ-Петрбург, 2004. - 336 с.

3. Уманець Т.В.. Загальна теор1я статистики.-К.: Знання, 2006. - 239 с.

УДК 658.512.011.56

Рассматриваются закономерности проектирования роботизированных сборочных процессов, порядок формирования схем сборки, их графовое представление. На этапе проектирования технологических переходов предлагается использовать голосовое формирование управляющих команд, позволяющее сократить время на проектирование.

ГОЛОСОВОЕ ФОРМИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЮЩИХ КОМАНД ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ РОБОТИЗИРОВАННЫХ

СБОРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ

И.Ш.Невлюдов

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой*

Контактный тел.: (057) 70-21-486

E-mail:

А.М.Цымбал

Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: (057) 70-21-486 E-mail:mcdulcimr@r\kture.kharkov.ua

С.С.Милютина

Аспирант*

Контактный тел.: (057) 70-21-486 E-mail: [email protected] *Кафедра технологии и автоматизации производства радиоэлектронных и электронно-вычислительных средств Харьковский национальный университет радиоэлектроники, пр.

Ленина, 14, г. Харьков, Украина, 61166.

1. Введение

Проектирование технологических процессов сборки продолжает оставаться областью, в которой применение средств автоматизированного проектирования невелико и зависит от субъективных, связанных с

человеком факторов. В первую очередь это связано с неформальностью закономерностей проектирования, недостаточными возможностями средств трехмерного и твердотельного моделирования, необходимостью сочетания вычислительных возможностей с методами искусственного интеллекта.

При технологическом проектировании следует учитывать возможность применения имитационных моделей разного вида, учитывающих особенности технологического проектирования в условиях роботизированного производства [1].

2. Разработка технологических схем

Как известно, схемой сборки изделия является графическое изображение в виде условных обозначений последовательности сборки изделия или его составных частей. Выделяют [1] три структурных вида технологических схем сборки: последовательный, параллельный и смешанный (последовательно-параллельный). К схемам сборки последовательного вида относятся такие, которые дают необходимые признаки для последовательной сборки изделия. Аналогично, к схемам сборки параллельного вида относятся такие, которые имеют признаки для параллельной сборки. Третий вид схем комбинирует свойства первых двух.

На основе анализа сборочных чертежей разрабатывают технологическую схему сборки изделия с учётом размерных цепей. В различной литературе [1,2] выделяют следующие правила учёта размерных цепей при определении последовательности сборки:

1. При наличии нескольких размерных цепей, сборку начинают с наиболее сложной и ответвлённой размерной цепи, состоящей из других, более простых цепей.

2. Сборку начинают со сборочных единиц и деталей, у которых имеются общие звенья, принадлежащие наибольшему количеству размерных цепей.

3. При наличии размерных цепей с общими звеньями сборку начинают с элементов размерной цепи, которая максимально влияет на точность изделия.

4. Для равноценных по точности цепей, сборку начинают с более сложной цепи.

5. При выполнении последовательности сборки постепенно переходят к тем сборочным единицам и деталям, размеры и относительные повороты которых являются общими звеньями, принадлежащими постепенно уменьшающему количеству размерных цепей.

6. Если точность замыкающего звена устанавливается методом регулировки, необходимо найти компенсирующие звенья и детали, выполняющие роль неподвижных и подвижных компенсаторов.

7. Сборку завершают установкой замыкающих звеньев.

От моделей и формальных определений необходимо переходить к реальных деталям и их схемам сборки. В качестве примера детали рассмотрим чертёж клапана, представленного на рисунке 1.

При проектировании сборки исходят из необходимости составления схемы общей сборки, а затем технологические схемы узловой сборки могут быть разработаны параллельно на нескольких рабочих местах (в том числе несколькими программами).

Последовательность сочетания сборочных элементов и общий порядок реализации схемы сборки можно отобразить графом. Для изделия, представленного на рисунке 1, таким может являться граф, показанный на рисунке 2.

Рисунок 1 — Чертёж клапана [1]

Представление схемы сборки при помощи графа наглядно показывает основные этапы процесса. Например, он демонстрирует, что сочетание сборочных единиц 1 и 7 образует узел Х1, сочетание которого со сборочной единицей 10 даёт узел Х2. Аналогично можно рассмотреть и другие этапы технологической схемы сборки.

При голосовом формировании управляющих команд задаётся последовательность технологических переходов и операций. Таким образом, можно определить сочетания сборочных единиц, последовательность их соединения.

е1 е7 е10 е5 е2 е8 еб е14 е3 е15 е12 е4 е13 е11 е9

Рисунок 2 — Граф последовательности сборки

На основании заданных команд управления можно составить граф, описывающий последовательность сборки. Не следует думать, что при проектировании роботизированного ТП технологическая схема сборки предоставляет всю информацию для программирования РТК. Например, установка и сборка элементов 1 и 7 в сборочный узел Х1 подразумевает следующие технологические переходы манипулятора:

а) взять элемент 1;

б) установить элемент 1 в приспособление А;

в) взять элемент 7;

г) установить элемент 7 на элемент 1.

Несложно заметить, что данные технологические переходы манипулятора можно задать при помощи команд голосового управления, которые, таким образом, являются более детализированным уровнем формирования технологической схемы сборки.

В результате можно представить следующие особенности формирования ТП сборки:

а) оператор РТК при помощи набора команд голосового управления задаёт технологический переход для манипулятора робота, который должен быть трансформирован в последовательность команд управления манипулятором;

б) отдельные технологические переходы формируют узлы технологической схемы сборки и всю схему сборки;

в) сформированная технологическая схема сборки реализует модель технологического процесса и позволяет использовать математические методы оптимизации технологических процессов.

С практической точки зрения это может означать необходимость реализации следующих программно-технических компонентов:

1) подсистемы голосового формирования управляющих команд со встроенными блоками лексического и синтаксического анализа, интерпретации;

2) функции формирования графового представления технологической схемы сборки;

3) подсистемы, реализующей расчёты оптимальных характеристик технологического процесса сборки.

Проект

Сборочная Сборочная единица 1 единица2

Как видно из рисунка 3, при проектировании технологических процессов необходимо рассматривать последовательность сборки сборочной детали как сборку совокупности узлов и состоящих из них сборочных единиц. Однако такое представление не дает информации о выполнении технологических переходов и может лишь служить исходной информацией для их проектирования, особенно в случае проектирования роботизированной технологии.

Уровень технологических переходов также представляет лишь укрупненную схему проектирования роботизированных технологических процессов, но именно на нем возможно применить голосовой ввод управляющих команд. При этом технологический переход может задаваться в виде последовательности команд, показанных в следующей таблице:

взять е1 установить е1 в точку А

взять е7 установить е7 на объект е1 Результат - Х1

взять е10 установить е10 на объект Х1 Результат - Х2

взять е5 установить е5 в точку В

взять е2 установить е2 на объект е5 Результат - Х3

взять е8 установить е8 на объект Х3 Результат - Х4

взять е6 установить е6 на объект Х4 Результат - Х5

взять Х5 установить Х5 на объект Х2 Результат - Х6

взять е14 установить е14 на объект Х6 Результат - Х7

взять е3 установить е3 на объект Х7 Результат - Х8

взять е15 установить е15 на объект Х8 Результат - Х9

взять е12 установить е12 на объект Х9 Результат - Х10

взять е4 установить е4 на объект Х10 Результат - Х11

взять е13 установить е13 на объект Х11 Результат - Х12

взять е11 установить е11 на объект Х12 Результат - Х13

взять Х13 перевернуть Х13

взять е9 установить е9 на объект Х13 Результат - Х14

Укрупнённая программа управления роботом

Уровень технологических переходов

Взять деталь2

Элементарные команды для перемещений

Уровень рабочих перемещений манипулятора

Рабочие перемещения манипулятора робота

Рисунок 3 — Особеннности проектирования сборки

Рассмотрение отдельных технологических операций, используемых в РТК, показывает взаимную связь и состав переходов. В частности, можно рассмотреть схематическое представление отдельной операции как совокупности переходов:

взять_объект = открыть_схват, переместиться_к_ объекту, закрыть_схват;

установить_объект = взять_объект, переместить_ объект, открыть_схват.

перевернуть_объект = взять_объект, повернуть_ схват_+180, открыть_схват.

Применительно к описанному на рисунке 2 графу необходимо рассматривать следующие технологические переходы (рассмотрена часть схемы): переместиться_к_е1; взять_е1;

переместить_е1_в_точку_А; установить_е1_в_точку_А; переместиться_к_е7; взять_е7;

переместить_е7_к _объекту_е1; установить_е7_на_объект_е1. переместиться_к_е5 взять е5

переместить_е5_в _точку_В установить_е5_в_точку_В переместиться_к_е2 взять_е2

переместить_е2_к _объекту_е5 установить_е2_на_объект_е5

Собственно на их основе будет строиться граф технологической схемы сборки, представляющий модель технологического процесса. Более детально: переместиться_к_10 взять_10

переместить_10_к _объекту_1/7 установить_10_на_объект_1 /7

переместиться_к_5 взять_5

переместить_5_в _точку_В установить_5_в_точку_В переместиться_к_2 взять 2

3. Заключение

взять_11

переместить_11_к _объекту_1/7/10/5/2/8/6/14/3/ 15/12/4/13

установить_11_на_объект_1/7/10/5/2/8/6/14/3/ 15/12/4/13

переместиться_к_1/7/10/5/2/8/6/14/3/15/12/4/13/11

взять_1/7/10/5/2/8/6/14/3/15/12/4/13/11

перевернуть_1/7/10/5/2/8/6/14/3/15/12/4/13/11

переместиться_к_9

взять_9

переместить_9_к _объекту_1/7/10/5/2/8/6/14/3/ 15/12/4/13/11

установить_9_на_объект_1/7/10/5/2/8/6/14/3/15/ 12/4/13/11

Таким образом, технологическая схема сборки разбивается сначала на технологические переходы, а далее - на отдельные движения манипулятора, которые, по сути, будут представлять программу управления роботом при осуществлении технологического процесса сборки.

В описанном процессе проектирования важно проследить место и значение голосового формирования команд. Использование голосового формирования команд возможно в первую очередь при задании отдельных движений манипулятора и построенных на их основе технологических переходов.

Элементарным уровнем при этом будут команды вида «повернуть основание на плюс семьдесят пять». Более сложными будут являться команды вида «взять объект А», предполагающие знание координат объекта, или «разместить объект А на объект В», предполагающее информацию об обоих объектах. Таким образом, голосовое управление обеспечит формирование ключевых этапов технологического процесса сборки, исключить многие «бумажные» этапы и позволит существенно упростить процесс проектирования.

Перспективой развития данного исследования является разработка интерактивной системы автоматизированного проектирования технологиеских процессов сборки, как дополнительного модуля системы управления промышленным роботом РМ-01.

Литература

1 Голосовое формирование управляющих команд робота

в САПР технологических процессов. Невлюдов И.Ш., Цымбал А.М., Милютина С.С. Восточно-европейский журнал передовых технологий 3/2(23) 2008, с. 12-14

2 Автоматизация проектирования технологии в машино-

строении / Б.Е.Челищев, И.В.Боброва, А.Гонсалес-Саба-тер;Под. Ред. Акад. Н.Г.Бруевича. - М: Машиностроение, 1987. - 264с.: ил.

3 ЗахаровМ.В., Тимофеев Ю.В.. Разработка технологиче-

ских процессов сборки: Учебное пособие. - К.: НМК ВО, 1992-152.