Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Жеребятьев Константин Викторович. Информационно-измерительная система для определения параметров калибровки манипуляторов универсальных промышленных роботов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.16 Самара, 2005 180 с. РГБ ОД, 61:05-5/2990

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ,

1 ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОВ

УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТОВ 11

1.1 Особенности использованя робототехнических систем и
шестизвенных манипуляторов универсальных промышленных

роботов 11

1.2 Принцип построения математической модели и

преобразование координат универсального промышленного
робота 19

1.3 Решение прямой кинематической задачи для шестизвенного

манипулятора универсального промышленного робота 27

1.4 Решение обратной кинематической задачи для шестизвенных

манипуляторов универсальных промышленных роботов 38

1.5 Выводы по разделу 46

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПОГРЕШНОСТЕЙ

МАНИПУЛЯТОРА УНИВЕРСАЛЬНОГО

ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА 47

2.1 Погрешности шестизвенного манипулятора универсального

промышленного робота 47

2.2 Математическая модель погрешности повторяемости

шестизвенного манипулятора универсального

промышленного робота 50

2.3 Математическая модель погрешности позиционирования

шестизвенного манипулятора универсального

промышленного робота 60

2.4 Выводы по разделу 67

3. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КАЛИБРОВКИ
ШЕСТИЗВЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
68

3.1 Калибровка шестизвенных манипуляторов универсальных

промышленных роботов 68

3.2 Устройство измерительной установки для реализации

автоматизированной калибровки шестизвенных

манипуляторов универсальных промышленных роботов 69

3.3 Алгоритм автоматизированной калибровки шестизвенных

манипуляторов универсальных промышленных роботов 77

3.4 Выводы по разделу . 82

4 МЕТОД ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

КАЛИБРОВКИ ШЕСТИЗВЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ
УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
83

4.1 Контактные методы измерительного контроля параметров

калибровки манипуляторов универсальных промышленных
роботов 83

4.2 Бесконтактные методы измерительного контроля параметров

калибровки манипуляторов универсальных промышленных
роботов 88

4.3 Метод активного измерительного контроля параметров

калибровки шестизвенных манипуляторов универсальных
промышленных роботов 92

4.3.1 Построение диагностических комплексов сложных

механических систем на основе метода активных
измерений 92

4.3.2 Метод активных измерений при измерительном

контроле параметров калибровки шестизвенных

манипуляторов универсальных промышленных

роботов 94

4.3.3 Реализация метода активных измерений при

измерительном контроле параметров калибровки
шестизвенных манипуляторов универсальных
промышленных роботов :. 100

4.3.4 Методика определения дефектов шестизвенных

манипуляторов универсальных промышленных

роботов на основе метода активных измерений 106

  1. Алгоритм активного измерительного контроля 108

  2. Математическая модель методических погрешностей

измерительного контроля параметров калибровки
шестизвенных манипуляторов универсальных промышленных
роботов 112

4.6 Выводы по разделу 116

5 ИИС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЛИБРОВКИ

МАНИПУЛЯТОРОВ УНИВЕРСАЛЬНЫХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ И ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 117

5.1 ИИС для определения параметров калибровки манипуляторов

универсальных промышленных роботов 117

5.2 Алгоритм работы ИИС для определения параметров

калибровки манипуляторов УПР 125

5.3 Описание работы программного обеспечения ИИС для

определения параметров калибровки манипуляторов УПР 127

  1. Экспериментальное исследование манипуляторов 131

  2. Методика отбора манипуляторов и ее практическое

использование , 135

5.6 Практические результаты внедрения УПР, изготовленных с

применением ИИС для определения параметров калибровки
манипуляторов УПР 138

5.7 Выводы по разделу 140

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 143

Приложение А (справочное)

Фотографии измерительных средств .155

Приложение Б (справочное)

Акты внедрения 156

Приложение В (справочное)

Рабочая программа УПР для осуществления измерительного

контроля параметров калибровки 160

Приложение Г (справочное)

Экспериментальные данные 161

Приложение Д (справочное)

Программное обеспечение ИИС 164

Приложение Е (справочное)

Калибровочный инструмент ИИС для определения параметров
калибровки манипуляторов УПР 178

Приложение Ж (справочное)

Характеристики датчика измерения отклонений координат
характеристической точки рабочего органа 179

Введение к работе:

Современная автомобилестроительная отрасль, развивающаяся в условиях жесткой конкуренции, для обеспечения оперативности и качества изделий требует широкого применения универсальных промышленных роботов (УПР). Повышение надежности роботов невозможно без организации их производства, обслуживания и ремонта на основе данных о фактическом состоянии, которые можно получить путем измерительного контроля. Опыт ведущих зарубежных фирм, специализирующихся на производстве средств робототехники, подтверждает, что разработка методов и средств и построение на их основе соответствующих ИИС для измерительного контроля роботов является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности применения роботов, более полного использования их доремонтно-го и межремонтного ресурса.

В настоящее время универсальные промышленные роботы (УПР) используются на самых различных операциях: устанавливают заготовки и снимают готовые детали с металлорежущих станков, загружают и разгружают кузнечные и штамповочные прессы, производят зачистку деталей шлифованием и снятие облоев литья, выполняют контактную, дуговую, плазменную, лазерную и лазерную гибридную сварку, лазерную и плазменную резку, гидрорезку, нанесение покрытий мастик, герметиков и клеев, осуществляют сборку изделий [10,12,13,14,18].

Следует отметить, что задача контроля параметров роботов традиционно решалась путем усложнения технических средств измерительного контроля. При этом разработка новых методов измерительного контроля для определения параметров роботов позволяет обеспечить решение данных задач роботов более эффективно.

Таким образом, разработка методов и средств диагностики УПР и разработка на их основе ИИС для определения параметров калибровки манипуляторов УПР является актуальной задачей.

Потенциальные пользователи и производители роботов должны иметь возможность формулировать требования к ним в виде количественных значений наиболее важных технических параметров, к которым относятся параметры калибровки манипуляторов роботов, а также обладать методами и располагать соответствующими средствами для измерительного контроля этих параметров перед вводом роботов в эксплуатацию.

Качество и уровень автоматизации производственных процессов в большой степени зависят от уровня развития информационно-измерительных систем, а качество последних, в свою очередь, определяется развитием методов измерения технологических параметров. Для повышения эффективности и удешевления роботизированных технологических комплексов нужны новые методы и средства ИИС калибровки роботов и измерительного контроля параметров калибровки роботов [119].

Такие ИИС обеспечивают контроль параметров математической модели робота, заложенной в систему управления, путем сравнения с параметрами реального робота. Для этого требуется провести калибровку манипуляторов УПР, затем определить и проконтролировать параметры калибровки. Решение данной задачи позволяет решить проблему обеспечения взаимозаменяемости роботов при применении их в роботизированных технологических процессах. Например, в процессе производства кузовов автомобилей в ОАО АВТОВАЗ возможен выход из строя манипулятора УПР. Ранее, до внедрения такой процедуры калибровки, требовалась корректировка пространственных точек рабочей программы УПР после замены манипулятора. Это приводило к увеличению времени простоя автоматических линий сварки кузовов автомобилей и, как следствие, уменьшению производительности. Внедрение измерительной установки для реализации калибровки, а также измерительных средств для определения параметров калибровки, обеспечивающих взаимозаменяемость УПР, позволяет исключить эти потери.

Фактически, УПР становится работоспособным оборудованием не после того, как осуществлена его сборка и монтаж, а лишь после того, как проведена технологическая процедура его калибровки, обеспеченная средствами измерительного контроля параметров выполненной калибровки. Калибровка манипуляторов УПР и последующее определение параметров калибровки манипуляторов УПР предшествуют сдаче робота в эксплуатацию.

Калибровка позволяет:

- гарантировать способность робота воспроизводить запрограммиро
ванные пространственные точки с величинами погрешностей, не превы
шающими обусловленные допуски;

-достичь взаимозаменяемости манипуляторов универсальных промышленных роботов в роботизированных автоматических линиях и комплексах;

- выполнять контурные движения в рабочем пространстве УПР.

У манипулятора УПР кинематические параметры, описанные в номинальной модели, содержащейся в памяти системы управления роботом неизменны в рамках одинаковой модели манипулятора. Калибровка расположения присоединенных систем координат сочленений определяет место расположения конструктивных механических нулей присоединенных систем координат сочленений и не требует корректировки номинальной модели.

Цель и задачи работы. Цель работы заключается в обосновании и разработке метода и средств активного измерительного контроля параметров калибровки универсальных промышленных роботов.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

разработать математические модели манипулятора УПР;

на основании полученной математической модели манипулятора УПР разработать математические модели погрешностей повторяемости и позиционирования манипулятора УПР;

- разработать метод и средства, обеспечивающие автоматизацию изме
рительного процесса контроля параметров калибровки манипулятора УПР.

Методы исследования. В работе использованы методы теории измерений, теории векторной алгебры, теории матриц, теории робототехники, теории погрешностей. Теоретические положения работы подтверждены результатами экспериментальных исследований, полученные лично автором на разработанном и внедренном им стенде измерительного контроля контурных перемещений промышленных роботов в производстве технологического оборудования ОАО «АВТОВАЗ».

Научная новизна работы заключается в следующем:

на основе уменьшения размерности матриц сдвига и поворота получено оптимальное решение прямой кинематической задачи, которое позволяет упростить процедуру измерительного контроля параметров калибровки шестизвенного манипулятора УПР;

разработаны математические модели погрешности повторяемости и погрешности позиционирования манипулятора УПР;

разработан метод активного измерительного контроля параметров калибровки, обеспечивающий инвариантность характеристической точки рабочего органа относительно положения манипулятора УПР;

на основе разработанного метода активного измерительного контроля параметров калибровки получена методика определения механических дефектов в манипуляторах промышленных роботов;

разработана математическая модель погрешностей метода активного измерительного контроля параметров калибровки, обусловленных отклонением оси чувствительности датчика и смещением оси контактной части датчика по отношению к оси чувствительности.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- разработана ИИС для определения параметров калибровки универ
сальных промышленных роботов;

промышленное внедрение ИИС для определения параметров калибровки позволило ОАО "АВТОВАЗ" повысить качество изготовления промышленных роботов и отказаться от закупки импортного оборудования;

разработана методика отбора шестиз венных манипуляторов УПР для роботизированных технологических приложений, нуждающихся в повышенной точности, основанная на анализе измеряемых величин максимального отклонения координат характеристической точки рабочего органа УПР по декартовым осям;

внедрение метода активного измерительного контроля позволило обеспечить взаимозаменяемость шестизвенных манипуляторов УПР в автоматизированных линиях и комплексах;

собран и исследован экспериментальный материал по измерительному контролю параметров калибровки роботов ПР150 (95 роботов).

Реализация и внедрение результатов работы, В диссертационной работе отражены результаты, полученные лично автором в ходе выполнения научно-исследовательских работ в рамках плана научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО «АВТОВАЗ» в 1997-2004 гг. Способ ориентации инструмента манипулятора относительно поверхности и устройства, реализующие элементы системы, на которые получены патенты РФ на изобретения № 2084820, №2185953, №2189899, внедрены в производство, что подтверждается соответствующими актами об использовании изобретений.

Основные положения, выносимые на защиту:

решение прямой кинематической задачи для шестизвенного манипулятора УПР и полученные на ее основе математические модели погрешности повторяемости и позиционирования;

метод активного измерительного контроля параметров калибровки УПР;

измерительно-вычислительные алгоритмы, реализующие разработанный метод активного измерительного контроля параметров калибровки;

методика определения механических дефектов УПР, базирующаяся на оценке величины биения характеристической точки калибровочного инструмента;

математическая модель погрешностей метода активного измерительного контроля параметров калибровки манипуляторов УПР.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на XVI научно-практической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2004»» (Судак, 2004); Всероссийских семинарах «Робототехника и мехатроника» (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Самара, 2005), конгрессах технологов автомобилестроения, (Москва, 2003, 2004); семинаре «Методы использования искусственного интеллекта в автоматизированных системах» (Самара, 1991), на научно-технических семинарах кафедры «Радиотехнические системы» Самарского государственного технического университета (2001-2005 гг.), научно-технических совещаниях ОАО «АВТОВАЗ».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована 21 научная работа, в том числе 8 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, библиографического списка литературы и семи приложений. Общий объем работы - 180 страниц, включая 36 рисунков, 9 таблиц, 12 страниц библиографического списка литературы из 122 наименований и 26 страниц приложений.

Подобные работы
Хромов Николай Павлович
Информационно-измерительная система определения параметров гололедно-ветровых ситуаций
Чекотило Елена Юрьевна
Параметрическая оптимизация информационно-измерительной системы определения параметров движения изображения подстилающей поверхности
Заботин Иван Николаевич
Стереоскопическая информационно-измерительная система определения параметров движущихся объектов
Лихошерст Владимир Владимирович
Микромеханические приборы информационно-измерительных систем определения параметров движения с улучшенными характеристиками
Алимбеков Азат Лиерович
Информационно-измерительная система для определения параметров движения объектов с применением алгоритмических способов повышения их точности
Переяслов Вадим Юрьевич
Информационно-измерительная система для определения параметров состояния статоров турбогенераторов
Лучанский Олег Алексеевич
Системы технического зрения мобильных колесных роботов
Тихонравов Александр Владимирович
Разработка информационно-измерительных и управляющих систем координатно-измерительных машин и измерительных роботов
Толокнова Анна Николаевна
Донная информационно-измерительная система определения способности водоёмов к самоочищению
Слепцов Тимофей Владимирович
Повышение эффективности информационно-измерительных систем определения технических характеристик автоматизированных электроприводов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net