CC BY
5
https://robomatic.ru/robots/motoman-yaskawayaponiya-ssha (дата обращения: 10.11.2023).
7. PubMed. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6480289 (дата обращения: 07.11.2023).
8. Жиленков А.А. Исследование возможностей механических захватных устройств / А. А. Жиленков, Т. А. Писарев, П. Е. Царева // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 7. С. 271-278. DOI 10.24412/2071-6168-2023-7-271-272. EDN EGTJLF.
9. Черный С.Г. Профилактическое обслуживание судовых механизмов с помощью технологии машинного обучения / С. Г. Черный, А. А. Зинченко, П. А. Ерофеев // Морской вестник. 2023. № 2(86). С. 46-48. EDN DKBWEP.
Ложкин Владислав Александрович, студент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский Государственный морской технический университет,
APPLICATION OF COMPUTER VISION SYSTEMS WITH INDUSTRIAL ROBOTS
V.A. Lozhkin
The article discusses ways to use computer vision systems in industrial robotics, in particular in manipulators. A comparative analysis and review of technologies was carried out. Technologies for layout solutions in the aspect of using computer vision are proposed. Basic approaches and principles of technology analysis have been formed.
Key words: manipulator, industrial robot, computer vision, sensor, sensor, recognition.
Lozhkin Vladislav Alexandrovich, student, vlad@,.lozhkin. su, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State marine technical university
УДК 629.7.02
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-347-348
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ РОБОТИЗИРОВАННОЙ СБОРКИ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ТИПА CUBESAT
Д.В. Антипов, В.А. Звягинцев, М.А. Михеев, В.И. Панин, А.А. Ткаченко
В данной статье рассмотрены варианты схем сборки малых космических аппаратов, определенны основные принципы, преимущества и недостатки каждого варианта.
Ключевые слова: сборочное производство, технологическая схема сборки, организация технологических процессов, роботизированная сборка малые космические аппараты (МКА).
На сегодняшний день производство малых космических аппарата нано класса (МКА НК) с учётом динамично меняющейся целевой нагрузки и используемой элементной базы является крайне актуальной. Также весьма актуальными являются сроки производства прототипов, проведение на них всех необходимых испытаний и исследований с последующим допуском к установке МКА НК на РН, его вывод на орбиту и выполнение целевой задачи.
Конъюнктура рынка диктует постоянное изменение особенностей конструктивных элементов, которые необходимо разместить во вновь разрабатываемом изделии. В имеющихся условиях производитель МКА НК может успешно конкурировать только, имея высокотехнологичные высоко унифицированные производственные решения, позволяющие в кратчайшие сроки адаптироваться под новые конкретные задачи заказчика и постоянно обновляющуюся номенклатуру элементной базы.
Целью статьи является разработка технологической схемы автоматизированного роботизированного сборочного производства малых космических аппаратов типа cubesat.
Предметом исследования является автоматизированное роботизированное сборочное производство малых космических аппаратов.
Технологическая схема сборки - это графическое отображение состава и последовательности сборки деталей и узлов изделия. Она является первичным технологическим документом, дающим объемное представление о процессе сборки. Схема сборки показывает последовательность объединяет детали в узловые сборочные единицы, при этом указываются не только детали и узловые сборки, но и рабочие позиции, на которых осуществляется сборка, и используемые при этом средства технологического оснащения. В общем случае, схема сборки:
- отражает полную структуру и порядок комплектации изделия и его узлов во времени;
- служит первым этапом проектирования участков сборки;
- позволяет из множества вариантов сборки выбрать оптимальный вариант.
Схемы сборки подчиняются общему правилу: подавать на общую сборку
меньшее количество деталей и большее количество максимально укомплектованных узловых сборочный единиц. Это позволяет упростить процесс общей сборки, его оснащение, и сократить трудоёмкость и цикловое время сборки за счёт расширения фронта работ.
Одним из основных принципов организации технологических процессов автоматизированного производства является принцип вариантности технологических процессов, предусматривающий необходимость разработки нескольких вариантов технологических процессов, а также последующего их сравнительного анализа. Как правило, в производстве решение о приемлемости варианта схемы сборки и соответствующей ей схемы членения принимается на основе экономических расчётов с учётом ограничений по технологичности. Однако, для случаев, когда исходные параметры для этих расчётов недоступны, анализ вариантов может проводиться по другим критериям.
В случае роботизированной сборки спутника НК, ранее было принято решение о панелировании его конструкции, в связи с чем, таким критерием может считаться требование технологичности по обеспечению точности установки винтов крепления компонентов на стенках панелей и соединения панелей друг с другом при общей сборке.
При этом желательно максимальным образом использовать имеющиеся технологические возможности современных роботов. В рамках данной работы рассматривались три основные варианта технологических схем сборки, отличающиеся, в основном, организацией панельной сборки:
- Сборка панелей с поочерёдным базированием компонентов на стенках панелей одним роботом и выполнением винтовых соединений другим роботом с противоположной стороны,
- Стапельная механическая сборка панелей, при которой комплектующие изделия предварительно вручную на специальном участке подготовки и контроля устанавливают в специальные приспособления (стапеля) с базированием по свободным от контакта со стенкой поверхностям, после чего осуществляют роботизированную установку винтов крепления;
•■I '2 ||
II
II
ГНИ*
з Эг I
5,
8 ' ?
Ш
V о § й
13 6в № 1
м а ¡5 1 Я О > ■ 1? 3
в
! з , !
111 я 1 ■ а ; щ
*
2 г „ к
§•
11 Е с 4 Г
3.1
ч о *
§ 1 3 Ц 5 £
и а Г ц
1" £ й Й 1 ¥
¡1 г а в 2 1 ' ¡¡9 г ? * 9 я ? 1' 1 £ # £ г ° 1 г ё г ч | 3 5" * 1 2 в
■ я 8 я Г I в ■1 5 8 В
г а м Й г 1 1
»г - 7, £ Г £П I1
а
с 5
§
§ 1
|
1 *
£
а
$
3
5
0
2 5 А 2 2 5
£ г н
| 9
а
г? 1
I а3
- Полностью роботизированная стапельная механическая сборка, при которой компоненты, предварительно раскладываются вручную в специальные кассеты на участке их контроля и подготовки, а все манипуляции с ними на участке сборки, включая перенос из кассет в стапели, осуществляют роботы.
Основа технологии сборка панелей с поочерёдным базированием компонентов на стенке панелей одним роботом и выполнением винтовых соединений другим роботом - это индивидуальные ложементы, в которые комплектующие поодиночке устанавливаются с базированием по свободным от контакта со стенкой панели поверхностями, а своими привалочными, к стенке поверхностями вверх, с последующей установкой стенки на образованную этими привалочными поверхностями компонентов плоскость. Схема описанной сборки представлена на рисунке 1.
При этом обеспечиваются:
- однозначность координирования плоскости основания и крепёжных отверстий каждого компонента в системе координат робота при захвате его схватом за одинаковый для всех ложементов захватный элемент (ножку);
- ручная установка комплектующих с однозначным базированием в системе координат ложемента;
- исключение смещений комплектующих в ложементах с момента установки до момента сборки панелей;
- беспрепятственный выход комплектующих из ложементов после закрепления на панелях;
Особенностью индивидуальных ложементов является наличие:
- «чаши» для точного базирования при установке комплектующего основанием вверх, основным требованием к которой является минимальные габариты в плане (желательно, чтобы она находилась в «тени» проекции основания),
- обращённой вертикально вниз «ножки» для точного базирования ложемента в схвате робота и для установки его в универсальную кассету при хранении, причём ножка имеет универсальную форму для всех ложементов.
Универсальность ножки ложемента обеспечивает гибкость сборочного производства за счёт печати «чаши» ложемента для любого комплектующего на участке аддитивного производства.
Робот-оператор, в этом случае, должен быть оснащён схватом, предназначенным для установки и извлечения ложементов из универсальных кассет при неточном координировании относительно их гнёзд, а также для точного базирования ложементов в системе координат робота.
Схемы сборки, предусматривающие стапельную механическую сборку панелей, имеют отличия только в части процессов наполнения стапелей панельной сборки:
- ручная установка комплектующих, непосредственно, в стапель;
- ручная установка комплектующих в кассеты и роботизированная установка комплектующих в стапели с переносом из кассет.
Необходимо отметить, что указанные отличия не носят принципиального характера, что объясняется необходимостью выполнения ручных работ по распаковке комплектующих, их проверке, установке на них адаптеров, оформления сопроводительной документации, а также подготовке к сборке. В любом случае, указанные работы должны выполняться, а конструкции элементов упаковки, адаптации, испытаний, а также технологии соответствующих работ, включая документально-информационное сопровождение, ориентированы, в основном, на ручное исполнение. Поэтому, завершение их процессами ориентации комплектующих в одноместных индивидуальных ложементах, многоместных кассетах, или непосредственно в стапелях влияют только на соотношение объёмов роботизированных и ручных работ, но не на факт исключения последних из производственного процесса. Более того, перенос комплектующих из кассет в стапели с помощью роботов, на первый взгляд, приводит к увеличению трудо-
ёмкости процесса, если не учитывать логистические процессы. В реальном производстве поступление комплектующих неравномерно, как по времени, так и по объёмам. Это исключает возможность чёткого планирования работ, которые выполняются вручную. В этом случае, для исключения влияния неравномерности поставок комплектующих, необходимо разнесение по времени процессов подготовки к сборке и промежуточного хранения комплектующих, и вариант схемы сборки с кассетами является предпочтительным для серийного производства.
Применительно к выполняемой работе по разработке технических решений, которые могут представлять сложность при их отработке, целесообразен «ступенчатый» подход, когда технические проблемы решаются поочерёдно. В таких случаях, основным условием целесообразности такого подхода является преемственность решений предыдущих этапов на этапах последующих. Вполне очевидно, что схемы сборки с кассетами и с установкой комплектующих непосредственно в стапели удовлетворяют такому условию. В связи с чем следует рекомендовать схему сборки с ручной установкой компонентов в стапели для первого этапа отработки серийной технологии, а схему сборки с кассетами рекомендовать для последующего этапа.
Основной особенностью технологии стапельной механической сборки, используемой в двух вариантах схем сборки, представленных на рисунках 2 и 3, соответственно, является использование специальных приспособлений для базирования компонентов и установки их в сборочные, относительно несущих стенок, положения. Такой подход не является типичным для механической сборки, тем более при наличии базовых деталей, те есть стенок. Однако, как указывалось ранее, основным критерием отбора вариантов технологии сборки является точность, а именно, соосность винтов и резьбовых отверстий, поскольку даже незначительный перекос винта может приводить к отказу технологического процесса - заклиниванию резьбы. Правильный выбор системы базирования компонентов в стапеле и стапелей в рабочей зоне роботов позволяет обеспечивать точность позиционирования осей резьбовых отверстий в основаниях компонентов до 0,1 мм, что, как ожидается, достаточно для надёжности технологии завинчивания винтов. Кроме того, вполне очевидно, что такой технологический процесс может обеспечиваться одним роботом, а это удобно при организации работ со сложной и многовариантной последовательностью действий, характерной для сборки.
Вариант сборки с предварительной установкой комплектующих в кассеты требует оснащения роботов специальными схватами, с учётом общих особенностей всех компонентов к которым относятся:
- наличие имеющего параллельные грани плоского основания для установки на плоскость стенки,
- наличие на основаниях резьбовых отверстий под крепёжные винты,
- расположение проекции центра масс на плоскость стыка внутри фигуры, ограниченной крепёжными отверстиями.
Исходя из этих особенностей предполагается рассмотрение вариантов захвата компонентов в кассетах:
- пальцами схватов за параллельные кромки оснований компонентов с учётом плотной «компоновки» в стапеле, при которой пальцы не должны задевать соседние компоненты;
- специальными раздвижными фиксаторами за резьбовые отверстия в основаниях;
- вакуумными присосками непосредственно за плоские поверхности с учётом шероховатости поверхностей и наличия на них элементов рельефа.
Как было указано ранее процессы переноса компонентов в стапель и установки винтов на панель, не зависимы друг от друга и могут отрабатываться последовательно, что и отражено фактом разработки двух схем сборки, представленных ранее на рисунках 2 и 3.
К а % з г я д % Й £ й И
|| 1 Г т* г <л А
; § N
N
; » 3 а
О > о Я 8 я з л я 1 щ 8
8 » 8 к * а ю 5 Й а
£ г, у 3 з 1 1 ч
г
£ " г" I р. О я 1 е г + л а 5 . ь 5 5 1? г а II
Н о л В 2 5 *! £ а 5 ч 1 1 14 и о
Ц
а 5
И
" к я а
1 § м ¡г » я 5 1 я * 9 Я Г V 5
111 Е Е
ь
!
1 2: Й в § I и ь г ы 1 \ II I а § р ¡1 11 а 1 г ч I 2 £ 3 ч Ж
Р
| . ; ! ^ г II « а о 4 3 1 | \ \
5
и • -
й
Р
г к г г
[| И -1 £ £ г ч з ч I ■г
1 5
Общность всех трёх вариантов схемы сборки в части общей сборки спутника определяется особенностью его конструкции, заключающейся в наличии особого компонента, имеющего плоскости стыка с тремя из пяти стенок. Двигательная установка может использоваться как базовая деталь при установке на неё предварительно собранных панелей, причём сама установка включена в состав одной из них. Преимущества технологии общей сборки с использованием имеющихся на двигательной установке элементов базирования настолько очевидны, что другие варианты общей сборки не рассматривались.
Как было указано ранее, сравнение вариантов схем сборки должно производиться по критерию точности позиционирования винтов относительно осей резьбовых отверстий. При этом ожидаемая от варианта стапельной механической сборки точность, оцениваемая погрешностью несоосности 0,1 мм, будет превышать точность позиционирования, осуществляемого двумя роботами не только при работе «по программе», связанной с достаточно большими погрешностями приводов роботов, но и при работе «по памяти», исключающей эти погрешности. Поэтому за основу для дальнейшей проработки рекомендованы схемы сборки со стапельной механической сборкой.
Необходимо отметить что соотношение конкурентоспособности рассмотренных вариантов схем сборки, существенным образом может изменить использование машинного зрения в варианте определения истинного положения осей резьбовых отверстий. Иными словами, погрешность позиционирования оси резьбового отверстия компонента в стапеле, или в удерживаемом роботом индивидуальном ложементе, после её измерения, может компенсировать другой робот, соответствующим перемещением оси винтовёрта. При этом проблема неоднозначности границ резьбовых отверстий, обусловленная наличием зенкованных гнёзд под потайные головки винтов на стенках может решаться:
- увеличением диаметра цилиндрической части отверстий под потайные головки винтов;
- измерением истинного положения осей резьбовых отверстий на основаниях компонентов до установки стенки в стапель.
В результате работы были разработаны технологические схемы роботизированной сборки малых космических аппаратов, которые подходят к типу серийного, матричного производства.
Список литературы
1. Куренков, В.И. Основы проектирования космических аппаратов оптико-электронного наблюдения поверхности Земли. Расчёт основных характеристик и формирование проектного облика: учебное пособие. Самара: Издательство Самарского университета, 2020. 461 с.
2. Разработка систем космических аппаратов / Под. ред. П. Фортескью, Г. Суайнерда, Д. Старка. М.: Альпина Паблишер, 2015. 764 с.
3. Малышев, В.В. Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез и управление [Текст] / В.В. Малышев [и др.]. М.: Изд-во МАИ, 2000. 568 с.
4. Дизайн центр микроэлектроники АО НТЦ «Модуль» - АО НТЦ «Модуль» [Электронный ресурс] URL: https://www.module.ru (дата обращения: 29.09.2022).
5. Частная космическая компания «Спутникс» - ООО «Спутникс» [Электронный ресурс] URL: https://sputnix. ru/ ru (дата обращения: 22.08.2023).
6. Частная космическая компания «Спутникс» - Солнечная панель с кремниевыми ФЭП (боковая) [Электронный ресурс] URL: https://sputnix.ru/ru/priboryi/pribory-cubesat/sol-panel-kremnii-bokovaya (дата обращения: 22.08.2023).
7. Официальный сайт «NanoAvionics» [Электронный ресурс] URL: https://nanoavionics.com (дата обращения: 22.08.2023).
8. Официальный сайт «NanoAvionics» - CubeSat GaAs Solar Panel [Электронный ресурс] URL: https://nanoavionics.com/cubesat-components/cubesat-gaas-solar-panel (дата обращения: 22.08.2023).
9. Официальный сайт «Роскосмос» - GreenConn: Новые продукты [Электронный ресурс] URL: https://mt-system.ru/company/news/greenconn_novye_produkty (дата обращения: 02.11.2023).
10. Официальный сайт «МTsystem» - Предприятие Роскосмоса создаст более 130 спутников связи «Марафон» в интересах проекта «Сфера» [Электронный ресурс] URL: https://www.roscosmos.ru/39698 (дата обращения: 02.11.2023).
11. Tecnología e Innovación Ciencia y Poder Aéreo. 2020. Vol. 15 (1). P. 108-134.
12. CubeSat [Электронный ресурс] URL: https://space.skyrocket.de/doc sat/cubesat.htm (дата обращения: 29.09.2022).
13. Устюгов Е.В. Новая архитектура наноспутника стандарта CubeSat без использования бортовой кабельной сети / Е. В. Устюгов, С. В. Шафран, А. А. Соболев // Известия вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 5. С. 423-429.
Антипов Дмитрий Вячеславович, д-р техн. наук, доцент, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С. П. Королёва,
Звягинцев Виктор Александрович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С. П. Королёва,
Михеев Михаил Александрович, аспирант, ассистент, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С. П. Королёва,
Панин Вадим Игоревич, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С.П. Королёва,
Ткаченко Алексей Александрович, лаборант НИИ-219, [email protected], Россия, Самара, Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С. П. Королёва
DEVELOPMENT OF A TECHNOLOGICAL SCHEME FOR THE ROBOTIC ASSEMBLY OF
SMALL CUBESAT-TYPESPACECRAFT
D.V. Antipov, V.A. Zvyagintsev, M.A. Mikheev, V.I. Panin, A.A. Tkachenko
This article discusses the variants of assembly schemes for small spacecraft, defines the basic principles, advantages and disadvantages of each option.
Key words: assembly production, technological assembly scheme, organization of technological processes, robotic assembly of small spacecraft (MCA).
Antipov Dmitry Vyacheslavovich, doctor of technical sciences, docent, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Zvyagintsev Viktor Alexandrovich, candidate of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Samara, Russia, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Mikheev Mikhail Alexandrovich, postgraduate, assistant, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Panin Vadim Igorevich, postgraduate, wadim.panin@,gmail.com, Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev,
Tkachenko Alexey Alexandrovich, laboratory assistant at NII-219, [email protected], Russia, Samara, Samara National Research University named after S.P. Korolev
УДК 621.3:004
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-1-356-357
ПРОГРЕСС РОБОТОТЕХНИКИ В ПЕРЕХОДЕ ОТ ИНДУСТРИИ 4.0
К ИНДУСТРИИ 5.0
А.И. Северин, Ю.М. Виноградов
В работе рассматриваются особенности четвертой и пятой промышленных революции и их место в описывающей их концепции «Индустрия 4.0» и «Индустрия 5.0» в череде других социологических теорий современного общества. На примере роботизации определяются их общие черты и различия, плюсы и минусы внедрения.
Ключевые слова: Индустрия 4.0, Индустрия 5.0, информационно-коммуникационные технологии, биотехнологическая революция.
Современный мир быстро эволюционирует и индустрия не исключение. В последние годы мы стали свидетелями внедрения новых технологий и концепций, которые привели к возникновению понятий индустрии 4.0 и индустрии 5.0 Тема нововведений в индустрии 4.0 и индустрии 5.0 является одной из самых актуальных, потому что в настоящее время мир переживает переходный период между промышленными революциями. Происходит комплексное обновление социальных и технологических систем.
Индустрия 4.0 - это термин, введенный немецким правительством в 2011 году, который описывает новую эпоху в производстве и дистрибуции товаров. Она основывается на использовании современных цифровых технологий, таких как интернет вещей, облачные вычисления, искусственный интеллект и автоматизированное производство. Эти нововведения создают более гибкую и эффективную производственную систему, позволяющую предприятиям отвечать на потребности рынка быстрее и эффективнее, сокращая издержки и улучшая качество продукции. Одним из основных элементов индустрии 4.0 является интернет вещей (1оТ). Это концепция, согласно которой объекты реального мира могут быть подключены к Интернету и обмениваться данными между собой. Например, с помощью 1оТ устройства можете управлять домашними электроприборами через смартфон или получать информацию о погоде и пробках в режиме реального времени. В производственной сфере это означает, что машины и оборудование могут быть взаимодействовать между собой без участия человека, оптимизируя производственные процессы и снижая вероятность ошибок. Другой важной составляющей индустрии 4.0 являются облачные вычисления. Они позволяют предприятиям хранить и обрабатывать большие объемы данных без необходимости в наличии собственного компьютерного оборудования. Это дает компаниям возможность масштабировать свою инфраструктуру в зависимости от потребностей, а также улучшает доступность данных и позволяет легко синхронизировать работу команды в разных
