Датчики прикосновения могут сигнализировать о приближении к определенному предмету или о соприкосновений с ним, а также фиксировать некоторые физические величины — температурные режимы, размеры, массу предмета и т. п. В то же время промышленный робот нуждается в информации относительно внешних условий, пройденного пути и т. д., чтобы осуществлять собственное движение. Эту информацию также фиксируют датчики. После соответствующего преобразования сигналы, адекватные зафиксированным на датчиках, посредством сравнения поступившей информации с находящимися в блоке памяти заданными величинами перерабатываются в необходимые приказы по управлению для выполнения операций или для внесения соответствующих корректив. В этом случае мы говорим о сенсорной системе управления.
Грейфер с тактильными датчиками. 1 — шарнирный датчик, 2 — специальные датчики прикосновения, 3 — держатель инструмента, 4 — грейферные датчики, 5 — кожух для грейферного привода с потенциометром.
Датчики прикосновения применяются, если необходимо обеспечить осторожное и надежное сближение грейфера с обрабатываемой деталью, осторожный захват или установку болта.
Оптические датчики — это и простые оптические блоки распознавания (например, фиксирующие движущиеся детали по их форме), и высокоэффективные системы — фотодиодные блоки и камеры. Системы датчиков, оснащенные телекамерами, относятся к визуальным системам распознавания.
Высокоразвитые системы распознавания — съемочные камеры и видеопреобразовательные системы в сочетании с видеообрабатывающими системами — могут производить оценку изображений. Для трехразмерных объектов выбирают характерные признаки, служащие для:
распознавания обрабатываемой детали и монтажных частей;
определения позиционирования обрабатываемых предметов и для их ориентирования по отношению к заданным осям координат;
распознавания и нахождения признаков обрабатываемой детали;
контроль за рабочим процессом и обеспечения качества.
Трехразмерное ориентирование (по Вольфу).
Высокоразвитая система распознавания объекта работает по следующему принципу: телекамера обозревает все поле деятельности, анализирует его и распознает отдельные объекты. В данном случае задача робота — распознать и обработать деталь, лежащую неупорядоченно среди других деталей: по форме, ее месту и позиции. Это предъявляет к данной системе распознавания и обработки весьма высокие требования.
При решении столь сложной задачи, как разработка системы распознавания, ученые в первую очередь опираются на знания о визуальной системе человека, на информацию о предположительно подлежащем анализу видеоматериале, на результаты исследований из области физики, информатики и математики.
Такой автоматически работающей системой промышленных роботов может служить разработанная Высшей технической школой Ильменау и внедренная на заводе электроники в Нойхаузе система распознавания объектов для автоматического присоединения выводов к кристаллам транзисторов. Вместе с многокоординатной системой позиционирования, управляемой микроЭВМ, она применяется для управления роботом. Главные узлы этой системы распознавания — микроЭВМ, камера и координатный стол.
Во все больших масштабах осуществляется разработка и создание устройств визуального контроля за роботами, которые могут, опираясь на системы по автоматической оценке изображения, осуществлять машинную инспекцию роботокомплекса или контролировать изготовляемые детали.
Подобные проверочные и контрольные системы работают, как правило, с применением специальных камер, микроЭВМ, устройства ввода с клавиатурой, напоминающей клавиатуру пишущей машинки, экраном для воспроизведения информации, кассетным магнитофоном для передачи информации на микроЭВМ и для записи информации.
Система МАВИС на модулях, разработанная и испытанная Академией наук ГДР и Центральным институтом кибернетики и информационных процессов, заменяет 2–3 рабочих. Ее модулями являются различные микрокомпьютерные программы, которые выбираются в зависимости от решаемой задачи.
Эта визуальная система пригодна для определения местоположения поверхностных замеров обрабатываемых деталей, сортировки деталей, которые затем подаются для дальнейшей обработки на следующий робот. В зависимости от степени трудности на процесс распознавания тратится от 20 до 2,5 мл/с на каждый распознаваемый объект.
Вначале осуществляется съемка выбранных деталей и их фиксация в блоке памяти. Система сравнивает данные оцениваемой детали с данными из блока памяти. В случае их соответствия роботу отдается необходимый приказ, и деталь обрабатывается согласно требованиям производственного процесса. Применение систем распознавания гарантирует преимущества и в роботизированных монтажных процессах.
Промышленные роботы из унифицированных узлов
Применение унифицированных элементов при конструировании и создании промышленных роботов, в особенности загрузочных и для сварочных работ, дает значительные преимущества. Унификация узлов позволяет создавать роботы ограниченными сериями из функциональных элементов, т. е. из таких основных элементов, как стандартизованные блоки подачи и вращения, а также узлов, которые соединяют все в единое целое.
В системе унифицированных узлов для загрузочных роботов в качестве интеграционных единиц зарекомендовали себя следующие типы: тип 1 (для манипулирования с массами менее 10 кг), тип 2 (от 10 до 40 кг) и тип 3 (от 40 до 100 кг). В связи с тем что требования к промышленным роботам растут, на наших предприятиях все больше создаются роботы собственной конструкции с частичным использованием унифицированных узлов. Это позволяет добиваться решений, оптимально соответствующих производственным условиям, и обеспечивает более рациональное исполнение периферийных устройств. Здесь учитываются и требования по использованию защитных устройств, установке магазинов для деталей, инструмента, наличию грейферов, устройств для очистки деталей и инструмента, для зажима и позиционирования деталей, измерительных и контрольных приборов для слежения за качеством, систем для распознавания объектов и их позиции, а также транспортирующих устройств. Правда, не всегда нужны все эти периферийные устройства. Однако любой вид промышленного робота предполагает по меньшей мере использование защитных устройств или магазинов для деталей.
Модульный принцип создания промышленных роботов для загрузки технологических устройств. X, Y, Z — направления движений; А, В, С — оси вращения (по Пёслеру).
В будущем повысится значение входящих в технологический блок и необходимых для манипуляционных задач устройств по контролю за качеством, а следовательно, и очисткой обрабатываемой детали, так как количество высвобождаемой промышленными роботами рабочей силы во многом зависит от автоматических устройств для контроля за качеством. Так, относительно высокие расходы для гибких измерительных устройств будут полностью оправданны, поскольку часто меняющиеся замеряемые величины требуют значительных затрат времени и высокой степени точности. Такие устройства все более необходимы при гибкой автоматизации наряду с приспособлениями для зажима и транспортировки деталей.
Создавая периферийные устройства, следует учитывать их стоимость. Чем выше технический уровень промышленного робота, тем ниже процент стоимости его периферийных устройств. Манипуляционные движения, перенесенные в периферийную зону, реализуются, как правило, с более значительными затратами, чем те же движения, выполненные самим роботом. Центральное размещение определенных, зачастую необходимых, периферийных устройств (магазины для обрабатываемых деталей и т. п.) путем создания типовых образцов также могут способствовать уменьшению расходов на периферийную зону. Этой же цели служит разработка функциональных единиц на микроэлементах, предназначенных для выполнения промышленными роботами или их периферийными устройствами специальных задач.
Микроэлектроника как предпосылка и стимулятор робототехники
Увеличение производительности и расширение сферы применения промышленных роботов находится в прямой зависимости от развития микроэлектроники, благодаря которой и стало возможным их создание.
Эра микроэлектроники началась примерно с 1960 г., с изготовления интегральных схем для переработки сигналов. Путем нанесения необходимых структур на небольшие пластинки из кремния или других материалов размером в несколько квадратных миллиметров (кристаллы) получают схему, сочетающую в себе множество электронных функциональных единиц. Теперь требуются только соответствующие контакты и защитный корпус.
