Avtomobil Naqillərinin Robot Quraşdırması

Yeni araşdırmalar göstərir ki, altı oxlu robotlar avtomobil naqillərinin quraşdırılması üçün istifadə edilə bilər.

Xin Yang tərəfindən

Mənbə: https://www.assemblymag.com/articles/92264-robotic-assembly-of-automotive-wire-harnesses

Çox oxlu robot qolları avtomobil yığma zavodlarında rəngləmə, qaynaq və bərkitmə daxil olmaqla müxtəlif prosesləri yerinə yetirir.

Bununla belə, avtomatlaşdırma texnologiyasındakı irəliləyişlərə baxmayaraq, bəzi proseslər hələ də ixtisaslı insan montajçılar olmadan tamamlana bilməz. Avtomobil gövdələrinə məftil qoşqularının quraşdırılması işi robotlar üçün ənənəvi olaraq çətin olan belə işlərdən biridir.

Robotlarla məftil və ya boru kimi deformasiyaya uğrayan xətti obyektlərin idarə edilməsi problemləri ilə bağlı əvvəlki araşdırmalar aparılmışdır. Bu tədqiqatların bir çoxu deformasiya olunan xətti obyektlərin topoloji keçidi ilə necə məşğul olmağı cəmləmişdir. Onlar robotları düyün bağlamaq və ya iplə ilgəklər yaratmaq üçün proqramlaşdırmağa çalışdılar. Bu tədqiqatlar ipin topoloji keçidlərini təsvir etmək üçün riyazi düyün nəzəriyyəsini tətbiq etdi.

Bu yanaşmalarda üç ölçülü deformasiya olunan xətti obyekt əvvəlcə iki ölçülü müstəviyə proyeksiya edilir. Çapraz əyrilər şəklində nümayiş etdirilən müstəvidəki proyeksiya düyün nəzəriyyəsindən istifadə etməklə yaxşı təsvir edilə və müalicə edilə bilər.

2006-cı ildə Yaponiyanın Osaka Universitetinin fəlsəfə doktoru Hidefumi Wakamatsunun rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu deformasiyaya uğrayan xətti obyektlərin robotlarla düyünlənməsi və düyünlərinin açılması üsulunu işləyib hazırladı. Onlar hər hansı iki tel kəsişmə vəziyyəti arasında keçidi tamamlamaq üçün zəruri olan dörd əsas əməliyyatı (onlardan üçü Reidemeister hərəkətlərinə bərabərdir) müəyyən etdilər. Tədqiqatçılar göstərdilər ki, ardıcıl topoloji keçidlərə parçalana bilən istənilən düyünləmə və ya açma əməliyyatı bu dörd fundamental əməliyyatın ardıcıl birləşməsindən istifadə etməklə əldə edilə bilər. Onların yanaşması SCARA robotunu stolun üzərinə qoyulmuş kəndiri düyünləmək üçün proqramlaşdıra bildikdə təsdiqləndi.

Eynilə, Yaponiyanın İmizu şəhərindəki Toyama Prefektura Universitetinin fəlsəfə doktoru Takayuki Matsunonun rəhbərlik etdiyi tədqiqatçılar iki robot qolundan istifadə edərək üçölçülü ipin düyünlənməsi üsulunu işləyib hazırlayıblar. Robotlardan biri ipin ucundan tutdu, digəri isə onu düyünlədi. İpin üçölçülü mövqeyini ölçmək üçün stereo görmə istifadə edilmişdir. Düyün vəziyyəti Reidemeister hərəkətləri əvəzinə düyün invariantlarından istifadə etməklə təsvir edilir.

Hər iki tədqiqatda robotlar klassik, yalnız bir sərbəstlik dərəcəsi olan iki barmaqlı paralel tutucu ilə təchiz edilmişdir.

2008-ci ildə Tokio Universitetindən Yuji Yamakavanın rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupu yüksək sürətli çoxbarmaqlı əllə təchiz olunmuş robotdan istifadə edərək ipin düyünlənməsi texnikasını nümayiş etdirdi. Barmaqlara quraşdırılmış güc və fırlanma momenti sensorları da daxil olmaqla daha çevik tutucu ilə hətta bir qolla belə "ipin dəyişdirilməsi" kimi əməliyyatlar mümkün olur. İpin dəyişdirilməsi, iki barmaq arasında ipləri sıxarkən iki ipin yerlərinin onları bükərək dəyişdirilməsi əməliyyatına aiddir.

Digər tədqiqat layihələri montaj xəttində deformasiyaya uğrayan xətti obyektlərin robotla idarə edilməsi ilə bağlı problemlərin həllinə yönəlmişdir.

Məsələn, fəlsəfə doktoru Tsugito Maruyama və Yaponiyanın Kavasaki şəhərindəki Fujitsu Laboratories Ltd.-də tədqiqatçılar qrupu elektrik hissələrini hazırlayan montaj xətti üçün naqillərin idarə olunması sistemini işləyib hazırlayıblar. Siqnal kabellərini bağlayıcılara daxil etmək üçün robot qolu istifadə edilmişdir. Sistemlərinin işləməsi üçün iki texnologiya kritik idi: çox planlı lazer işıq proyektoru və stereo görmə sistemi.

Yurgen Acker və Almaniyanın Kaiserslautern Texnologiya Universitetinin tədqiqatçıları deformasiyaya uğrayan xətti obyektin (bu halda avtomobil kabeli) ətrafdakı obyektlərlə harada və necə təmasda olduğunu müəyyən etmək üçün 2D maşın görməsindən istifadə etmək üçün bir üsul işləyib hazırladılar.

Bütün bu araşdırmalara əsaslanaraq, biz avtomobil konveyerində məftil qoşqularının quraşdırılması üçün praktiki robot sistemi hazırlamağa cəhd etdik. Sistemimiz laboratoriyada inkişaf etdirilsə də, təcrübələrimizdə istifadə olunan bütün şərtlər əsl avtomobil zavodundan götürülüb. Məqsədimiz belə bir sistemin texniki mümkünlüyünü nümayiş etdirmək və gələcək inkişafın zəruri olduğu sahələri müəyyən etmək idi.

Tel qoşqularının yığılması

Avtomobil naqilləri elektrik lenti ilə bükülmüş çoxlu kabellərdən ibarətdir. Hər bir budaq xüsusi bir alətə bağlanan ağaca bənzər bir quruluşa malikdir. Montaj xəttində işçi qoşqu əllə alət panelinin çərçivəsinə bağlayır.

Bir sıra plastik sıxaclar məftil kəmərinə bağlanır. Bu sıxaclar alət paneli çərçivəsindəki deliklərə uyğun gəlir. Qoşqunun bərkidilməsi sıxacları deliklərə daxil etməklə əldə edilir. Buna görə də qoşqu quraşdırmaq üçün robot sistemi iki əsas problemi həll etməlidir: məftil kəmərinin vəziyyətini necə ölçmək və onu necə idarə etmək.

Bir tel qoşqu mürəkkəb fiziki xüsusiyyətlərə malikdir. Quraşdırma zamanı həm elastik deformasiya, həm də plastik deformasiya nümayiş etdirir. Bu, onun dəqiq dinamik modelini əldə etməyi çətinləşdirir.

Prototip Sistemi

Bizim prototip qoşqu yığma sistemimiz alət panelinin çərçivəsinin qarşısında yerləşdirilmiş üç kompakt altı oxlu robotdan ibarətdir. Üçüncü robot qoşqu yerləşdirməyə və tutmağa kömək edir.

Hər robot bir sərbəstlik dərəcəsi olan iki barmaqlı paralel tutucu ilə təchiz edilmişdir. Tutacaq barmaqlarında iki girinti var: biri qoşqu sıxaclarını tutmaq üçün, digəri isə kəmərin özünün seqmentlərini tutmaq üçün.

Hər bir son effektor həmçinin iki CCD kamera və lazer diapazonu sensoru ilə təchiz edilmişdir. Geniş bir sahə dərinliyi təmin etmək üçün iki kamera müxtəlif fokus uzunluqlarına malikdir. Lazer diapazonu sensoru naqil seqmentinin dəqiq ölçülməsi lazım olduqda istifadə olunur. İş kamerasını əhatə edən 10 əlavə sabit mövqeli kamera müxtəlif istiqamətlərdən iş sahəsinə baxır. Son effektlərə quraşdırılmış kameralar da daxil olmaqla, sistemimiz cəmi 16 görmə kamerasından istifadə edir.

Qoşquların tanınması maşın görmə ilə həyata keçirilir. Hər bir qoşqu sıxacına xüsusi hazırlanmış plastik qapaq bərkidilir. Qapaqlarda ARToolKit proqramı ilə oxunan həndəsi naxışlar var. Bu açıq mənbə proqram təminatı əvvəlcə artırılmış reallıq proqramları üçün nəzərdə tutulmuşdu. O, markerləri aşkar etmək və tanımaq üçün istifadəsi asan olan kitabxanalar dəsti təqdim edir. Kamera kəmərin nisbi mövqeyini müəyyən etmək üçün markerləri oxuyur.

Hər bir sıxac qapağının öz həndəsi naxışı var. Nümunə robot nəzarətçisinə qoşqunun kosmosdakı nisbi mövqeyini, həmçinin qoşqunun həmin seqmenti ilə bağlı məlumatı (məsələn, həmin seqmentin panel çərçivəsində harada yerləşdirilməli olduğunu) bildirir.

İş hücrəsinin ətrafındakı sabit kameralar hər bir qoşqu qısqacı haqqında təxmini mövqe məlumatı verir. Xüsusi qoşqu sıxacının mövqeyi bitişik sıxacların mövqeyini interpolyasiya etməklə qiymətləndirilir. Bilək kamerası hədəfi tapana qədər, sabit kameralardan əldə edilən mövqe məlumatı ilə son effektor hədəf sıxacına yaxınlaşmağa yönəldilir. O andan robota rəhbərlik yalnız bilək kamerası tərəfindən təmin edilir. Bu qısa məsafədə bilək kamerası tərəfindən təmin edilən dəqiqlik sıxacların etibarlı tutulmasını təmin edir.

Bənzər bir proses məftil kəmərinin deformasiya olunan seqmentini tutmaq üçün istifadə olunur. Hədəf seqmentinin mövqeyi əvvəlcə bitişik sıxacların pozasının interpolyasiyası ilə qiymətləndirilir. İnterpolyasiya edilmiş əyri robotu istiqamətləndirmək üçün kifayət qədər dəqiq olmadığı üçün təxmin edilən sahə lazer skaneri ilə skan edilir. Skaner müəyyən eni olan planar şüa yayır. Daha sonra lazer sensorundan alınan məsafə profilindən seqmentin dəqiq mövqeyi müəyyən edilə bilər.

Markerlər naqil kəmərinin ölçülməsini xeyli asanlaşdırır. Qısqac örtükləri sistemin dəyərini artırsa da, sistemin etibarlılığını xeyli artırır.

Qoşqu ilə işləmə

Qoşqun qısqacı panel çərçivəsindəki bir çuxurla birləşmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Beləliklə, tutacaq bir sıxacın altından tutur və barmağını çuxura daxil edir.

Bundan əlavə, tel seqmentini birbaşa idarə etmək lazım olan bəzi hallar var. Məsələn, bir çox proseslərdə bir robot başqa bir robot öz işini yerinə yetirə bilməmişdən əvvəl qoşqu formalaşdırmalıdır. Belə bir vəziyyətdə, bir robot digər robotun çata bilməsi üçün bir sıxacın istiqamətini təyin etməli idi. Bunun yeganə yolu yaxınlıqdakı tel seqmentini bükmək idi.

Başlanğıcda, biz onun bitişik sıxacını bükərək teli formalaşdırmağa çalışdıq. Lakin məftil seqmentinin aşağı burulma sərtliyinə görə bunun qeyri-mümkün olduğu ortaya çıxdı. Sonrakı təcrübələrdə robot birbaşa məftil seqmentini tutdu və əydi. Bu proses zamanı hədəf sıxacının pozası ətrafdakı kameralar tərəfindən izlənilir. Bükülmə prosesi hədəf sıxacının istiqaməti istinad dəyəri ilə üst-üstə düşənə qədər davam edəcək.

Doğrulama Təcrübələri

Prototip montaj sistemini hazırladıqdan sonra onu sınaqdan keçirmək üçün bir sıra təcrübələr apardıq. Proses robotların asılqandan tel qoşqu götürməsi ilə başlayır. Sonra panel çərçivəsinə səkkiz qoşqu sıxacını daxil edirlər. Proses robotların ilkin gözləmə vəziyyətinə qayıtması ilə başa çatır.

Sağ qol 1, 2 və 3-cü sıxacları daxil edir. Mərkəzi qol sıxaclar 4 və 5-i, sol qol isə 6, 7 və 8-ci sıxacları daxil edir.

Əvvəlcə sıxac 3, sonra sıxaclar 1 və 2 daxil edilir. Sonra 4-dən 8-ə qədər sıxaclar ədədi ardıcıllıqla daxil edilir.

Robot qollarının hərəkət ardıcıllığı simulyasiya proqramı vasitəsilə yaradılıb. Toqquşma aşkarlama alqoritmi robotların ətrafdakı obyektlərə və ya bir-birinə çırpılmasının qarşısını aldı.

Bundan əlavə, hərəkət ardıcıllığında bəzi əməliyyatlar insan montajçılara istinad edərək yaradıldı. Bu məqsədlə montaj zamanı işçilərin hərəkətlərini aldıq. Məlumatlara həm işçinin hərəkəti, həm də tel qoşqunun müvafiq davranışı daxildir. Təəccüblü deyil ki, bir işçinin qəbul etdiyi hərəkət strategiyası tez-tez robotlardan daha təsirli olur.

Tel seqmentlərinin burulmasına nəzarət

Təcrübələrimizdə biz bəzən sıxacları yerləşdirməkdə çətinlik çəkirdik, çünki tutucunu tapşırıq üçün yerləşdirmək mümkün deyildi. Məsələn, sıxac 5 çərçivəyə bərkidildikdən dərhal sonra sıxac 4 daxil edilməlidir. Bununla belə, sıxacın 4-ün solunda olan qoşqu seqmenti həmişə aşağı düşəcək, bu da mərkəzi robotun bərkidici 5-i daxil etmək üçün yerləşdirməsini çətinləşdirir.

Bu problemin həlli uğurlu tutmağı təmin etmək üçün hədəf tel seqmentini əvvəlcədən formalaşdırmaq idi. Əvvəlcə qısqac 5 sol robot tərəfindən sıxacın 5 yanında məftil seqmentindən tutaraq yuxarı qaldırılır. Sonra sıxacın 5 istiqaməti naqil seqmentinin burulma vəziyyətinə nəzarət etməklə tənzimlənir. Bu əvvəlcədən formalaşdırma əməliyyatı sıxacın 5-in sonrakı tutulmasının həmişə ən uyğun vəziyyətdə yerinə yetirilməsini təmin edir.

Silahlar arasında əməkdaşlıq

Bəzi hallarda tel qoşqunun yığılması çoxlu robot qolları arasında insan kimi əməkdaşlıq tələb edir. Qısqac 1-in daxil edilməsi yaxşı bir nümunədir. Qısqac 2 daxil edildikdən sonra sıxac 1 aşağı düşəcək. Qısqac 1-i daxil etmək üçün boş yer məhduddur və ətraf mühitlə toqquşma riski səbəbindən tutucunu yerləşdirmək çətindir. Üstəlik, praktik təcrübə bizə naqilin həmin seqmentinin əyilməsi ilə bu əməliyyata başlamamağı öyrətdi, çünki bu, sonrakı əməliyyatlarda məftil seqmentlərinin ətrafdakı çərçivə tərəfindən tutulmasına səbəb ola bilər.

Bu problemin həlli insan işçilərin davranışından ilhamlandı. İnsan işçi bir işi başa çatdırmaq üçün iki qolunun istifadəsini asanlıqla əlaqələndirir. Bu halda, işçi sadəcə olaraq bir əli ilə qısqac 4-ü daxil edər, eyni zamanda digər əli ilə naqil seqmentinin mövqeyini tənzimləyirdi. Robotları eyni strategiyanı həyata keçirmək üçün proqramlaşdırdıq.

Plastik deformasiya

Bəzi hallarda iki robotdan istifadə etməklə məftil seqmentini əvvəlcədən formalaşdırmaq çətin idi. Qısqac 6-nın daxil edilməsi prosesi yaxşı bir nümunədir. Bu əməliyyat üçün hədəfə çata bilən yeganə robot qolu olduğu üçün sol robot qolunun onu çərçivəyə daxil edəcəyini gözləyirdik.

Məlum olub ki, robot əvvəlcə sıxacın üzərinə çata bilməyib. Nəzarətçi qısqacın tutulmasının mümkün olmadığını müəyyən etdikdə, robot sıxacın özünü tutmaq əvəzinə sıxacın yanındakı naqil seqmentini tutmağa çalışacaq. Robot daha sonra sıxacın üzünü daha çox sola çevirmək üçün seqmenti bükür və bükür. Seqmenti bir neçə dəfə əymək adətən onun mövqeyini dəyişmək üçün kifayətdir. Seqment tutma üçün uyğun mövqe olduqda, robot hədəf sıxacını tutmaq üçün daha bir cəhd edəcək.

Nəticələr

Nəhayət, robot sistemimiz orta hesabla 3 dəqiqə ərzində alət panelinin çərçivəsinə səkkiz sıxac quraşdıra bildi. Baxmayaraq ki, bu sürət praktiki tətbiq tələbindən hələ də uzaqdır, o, robot məftil qoşqularının yığılmasının texniki mümkünlüyünü nümayiş etdirir.

Sistemin etibarlı və praktik sənaye tətbiqi üçün kifayət qədər sürətli olması üçün bir neçə problem həll edilməlidir. Birincisi, tel qoşqularının robot montajı üçün əvvəlcədən formalaşdırılması vacibdir. Düyünləmə və açma əməliyyatları ilə müqayisədə, ayrı-ayrı naqil seqmentlərinin burulma vəziyyəti naqil qoşqularının quraşdırılması üçün vacibdir, çünki robotlar qoşquya bağlanmış hissələri idarə edir. Bundan əlavə, burulma sərbəstliyi ilə təchiz edilmiş tutucu da qoşquların quraşdırılmasına kömək edəcəkdir.

Prosesin sürətini yaxşılaşdırmaq üçün telin dinamik davranışı nəzərə alınmalıdır. Bu, məftil qoşqularını taxan ixtisaslı işçilərin film tədqiqatlarında aydın görünür. Onlar telin dinamik yellənməsini idarə etmək və bununla da ətrafdakı maneələrdən qaçmaq üçün həm əlləri, həm də bacarıqlı hərəkətlərindən istifadə edirlər. Oxşar sürətlə robot montajını həyata keçirərkən, telin dinamik davranışını boğmaq üçün xüsusi yanaşmalar tələb olunacaq.

Tədqiqatımızda istifadə olunan yanaşmaların çoxunun sadə olmasına baxmayaraq, biz prototip robot sistemimizlə avtomatik montajı uğurla nümayiş etdirdik. Bu cür tapşırıqlarla avtomatlaşdırma potensialı var.