И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора
жүктеу/скачать 51,43 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Роботтандырылған технологиялық кешендер құру барысында өнеркәсіптік робот моделін таңдау- дың нысандандырылған сипаттамасы мен алгоритмі
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 367
где – логическое выражение, описывающее ПР, – i – тый параметр ПР, , – нижний, верхний пределы изменения параметра , n – количество параметров, описывающих ПР, – логическое выражение, описывающее технологическое оборудование, – j – тый параметр технологического оборудования, , – нижний, верхний пределы изменения параметра , m – количество параметров, характеризующих технологическое оборудование, – логическое выражение, описывающее вспомогательное оборудование, – k – тый параметр вспомогательного оборудования, , – нижний, верхний пределы изменения параметра , s - количество параметров характеризующих вспомогательное оборудование, – знаки логических операций: R - конъюнкции, R - дизъюнкции, R - отрицания. Выражение (1) показывает, то что, если ПР, технологическое и вспомогательное оборудование своими параметрами , ,
жение истинно), то построенный вариант РТК может функционировать с определенным качеством (производительность, надежность, и т.п. ), в противном случае (логическое выражение ложно), по- строенный вариант РТК неработоспособен. Учитывая множество практических реализаций логического выражения (1), введем критерий качества функционирования РТК следующего вида:
, (2)
и задачу построения РТК представим в виде решения задачи оптимизации, с критерием качества (2) определяющий особенности роботизируемой технологической операции, при этом в него могут вхо- дить не все параметры , ,
ния, при ограничении вида (1). В качестве критерия качества (2) можно выбрать экономические пока- затели, например стоимость РТК, себестоимость готовой продукции, или же технические пара- метры, такие как производительность, надежность РТК. В составе РТК, ПР может выполнять операцию обслуживания станков типа установки и съема детали, или же основную технологическую операцию типа сварки, сборки, зачистки и т.п. Вопросы выбора и разработки основного технологического или вспомогательного оборудований представляет собой отдельную задачу и в статье не рассматриваются, в большинстве случаев оно выбирается или же проектируется на основе известных методов [2, 3]. Пусть тип основного технологического и вспомогательного оборудований известен, необходимо спроектировать или же выбрать тип серийно-выпускаемого ПР для роботизации данного производ- ственного процесса. На первом этапе выполняется процедура выбора ПР из числа серийно- выпускаемых роботов. В случае если невозможно роботизировать данную операцию с применением серийно-выпускаемых ПР, ставится задача проектирования и изготовления нового ПР. Проектирова- ние и изготовление нового ПР достаточно сложная и дорогостоящая процедура. Но в этом случае возможен полный учет всех особенностей роботизируемой операции [1]. Будем считать, что основное технологическое и вспомогательное оборудования составляют не- изменяемую часть РТК. Изменяемой частью РТК является тип ПР. Тогда для построения РТК необхо- димо выбрать модель серийно-выпускаемого ПР. Процедуру выбора модели ПР можно представить в виде целенаправленного отбора серийно-выпускаемых моделей, параметры которого удовлетво- ряют логическому выражению (1), при постоянных значениях параметров , . Из числа отобран- ных моделей далее выбирается наиболее приемлемая модель ПР, которая своими параметрами до-
ставляет минимум ( максимум ) критерию качества вида (2). ● Технические науки
368 №2 2016 Вестник КазНИТУ
Структурная схема ПР представлена на рисунке 1. Как видно из структурной схемы, ПР состоит из трех основных частей: манипулятора, системы программного управления, приводов степеней по- движности. Манипулятор представляет собой разомкнутую кинематическую цепь, имеющую n-степеней подвижности, каждая степень подвижности с приводом обычно реализуется в виде механизма 5-го класса и закреплена к неподвижному основанию. Положение каждой степени подвижности однознач- но определяется значением обобщенной координаты , (i=1,2,...,n). Система программного управле- ния предназначена для задания значений обобщенных координат, в некоторых случаях значений ско- ростей изменения значений обобщенных координат, для выполнения движения схватом или рабочим органом вдоль заданных траекторий или позиционирования в заданных точках [5, 6]. Для организации процедуры выбора модели ПР необходимо конкретизировать выражение (1). Выбор модели ПР по ряду параметров не представляет большого труда и производится простейшим сравнением значений параметров робота и технологической операции. При роботизации технологических операций необходимо выбирать модель робота по требуе- мой грузоподъемности и погрешности позиционирования. Если не выполняются требования по ука- занным параметрам, то данная модель робота в дальнейшем не рассматривается.
● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 369
Если выполняется условие: , (3) где – грузоподъемность i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – требуемая грузоподъемность для выполнения рассматриваемой технологической опера- ции, то заданный робот удовлетворяет условиям технологического процесса по грузоподъемности. Если выполняется условие:
, (4) где
– погрешность позиционирования i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – требуемая погрешность позиционирования для выполнения рассматриваемой технологи- ческой операции, то данный робот удовлетворяет условиям технологического процесса по погрешно- сти позиционирования. По виду привода степеней подвижности ПР можно классифицировать в виде следующего вы- ражения:
Следующей важной характеристикой, которую необходимо учитывать при выборе модели робо- та при роботизации рассматриваемых технологических операций является область применения робо- та. Область применения предполагает соответствующее исполнение основных узлов робота, в зави- симости от производственной среды, в которой осуществляются технологические операции. Так как производственная среда может иметь специфический характер, например наличие производственной пыли, пожарной и взрывной опасных сред, агрессивной среды и т.п. По области применения роботы можно классифицировать в виде следующего логического выражения:
(7)
Тип системы программного управления ПР зададим выражением вида:
(7)
Объединяя выражения (3 – 7) получим логическое выражение, определяющее выбор модели робота по выше рассмотренным параметрам : , (8) где
, , – область применения, вид привода, системы программного управления, определя- емая особенностями роботизируемой технологической операции,
● Технические науки
370 №2 2016 Вестник КазНИТУ
, , – область применения, вид привода, системы программного управления i – той моде- ли серийно-выпускаемого ПР. Логическое выражение (8) можно усложнить за счет добавления различных параметров робота, которые задаются выражениями вида (3 – 7). Более сложной является задача выбора моделей серийно-выпускаемых ПР по рабочим про- странствам (РП), удовлетворяющим требованиям роботизируемой операции. Сложность этой задачи заключается в анализе большого многообразия РП, определяемых кинематической структурой мани- пулятора ПР. Для описания РП ПР применяется математический аппарат R-функций [4, 7]. В общем случае РП ПР можно описать в виде следующей логической функции [7]:
(9)
где , (k=1,2,...,r), k – тая часть пространства, ограниченная элементарной поверхно- стью, описывающейся простейшим неравенством, задающим или аппроксимирующим границу РП, r – число элементарных поверхностей. Логическое выражение (9) можно получить следующим образом: 1) выявляются элементарные поверхности, описывающие или аппроксимирующие границы РП ПР. Сюда входят также дополнительные вспомогательные поверхности, предназначенные для логиче- ского формирования функции, описывающей РП ПР. Эти поверхности можно задать элементарными неравенствами вида ; 2) составляется Булева функция, логически формирующая на основе геометрического образа РП, а также граничных и вспомогательных поверхностей:
, (10)
где n – количество поверхностей, аппроксимирующих РП ПР, L – знак логической операции (конъюнкции, дизъюнкции или отрицания), , (i = 1,2,...,n) – логическая переменная, определяемая следующим выражением:
3) на основе полученной Булевой функции (10) строится R – функция, описывающая РП ПР:
, (11)
где – знак логической операции R – конъюнкции, R – дизъюнкции или R – отрицания. Таким образом, можно описать достаточно РП ПР, как геометрические объекты. Для осуществления выбора модели серийно-выпускаемого ПР по РП необходимо соответству- ющее описание геометрических характеристик технологической операции. Технологическая опера- ция задается траекторией движения рабочего органа, и множеством точек позиционирования. Данную траекторию можно аппроксимировать множеством точек , j=1,2,...,m, где m - количе- ство точек, аппроксимирующих траекторию движения рабочего органа. На координаты точек наложены следующие ограничения: , , где – погрешность позиционирования ПР, – заданная погрешность выполнения движения вдоль заданной траектории, определяемая особенностями технологической операции, ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 371
– расстояние между точками и . Если все точки , (j=1,2,...,m), принадлежат РП робота, то и траектория полно- стью принадлежит РП ПР. Это утверждение верно с точностью до значения . Условие принад- лежности точек , (j=1,2,...,m), РП ПР (9) можно представить в виде следующего логи- ческого выражения:
(12)
На основе выражений (8) и (12) можно осуществить процедуры предварительного выбора мо- дели серийно-выпускаемого ПР для роботизации рассматриваемой технологической операции. Для организации процедуры выбора модели ПР необходимо создать базу данных серийно- выпускаемых промышленных роботов. База данных должна содержать в себе параметры роботов, не- обходимые при их выборе для роботизации рассматриваемого технологического процесса. Задание таких параметров, как грузоподъемность, погрешность позиционирования, область применения, вид привода, вид системы управления, не представляет трудности. Необходимо также однозначно опре- делить и геометрические параметры роботов. Для описания геометрических параметров применен математический аппарат R-функций. При этом в зависимости от сложности кинематической цепи ро- бота будет изменяться и вид рабочего пространства робота, как геометрического объекта. Для разработки алгоритма выбора моделей серийно-выпускаемых ПР при роботизации задан- ной операции необходимо задать параметры как роботов, так и параметры роботизируемой операции. Параметры роботизируемой операции зададим в виде множеств , (1), в виде сле- дующего вектора:
, (8)
где
– требуемая грузоподъемность для выполнения рассматриваемой технологической операции, – требуемая погрешность позиционирования для выполнения рассматриваемой технологи- ческой операции, – требуемый вид исполнения узлов робота для роботизации рассматриваемой технологиче- ской операции, – требуемый вид привода степеней подвижности робота для выполнения рассматриваемой технологической операции, – требуемый вид системы программного управления робота для роботизации рассматривае- мой технологической операции, – координаты точки установки ПР в составе РТК, – требуемые точки позиционирования рабочего органа для выполнения рас- сматриваемой производственной операции, заданные в системе координат связанной с размещением оборудования и ПР на производственной площади, m - число точек позиционирования. Параметры каждой серийно-выпускаемых модели ПР, на основе в виде следующего вектора:
, (9)
где i – номер по порядку i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – страна производитель i – той модели серийно-выпускаемого ПР,
● Технические науки
372 №2 2016 Вестник КазНИТУ
– фирма производитель i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – стоимость i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – рисунок с указанием геометрических размеров манипулятора, рабочего пространства i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – грузоподъемность i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – погрешность позиционирования i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – область применения i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – вид привода i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – вид системы программного управления i – той модели серийно-выпускаемого ПР, – логическая функция описывающая рабочее пространство i – той модели серийно-выпускаемого ПР, , (k=1,2,...,r), k – тая часть пространства, ограниченная элементарной поверх- ностью, описывающейся простейшим неравенством, задающим или аппроксимирующим границу РП,
Алгоритм предварительного (упрощенного) выбора моделей серийно-выпускаемых роботов, для роботизации заданного производственного процесса состоит из следующих шагов. НАЧАЛО.
Шаг 0. Ввод исходных данных: Ввод векторов ,
, v – количество дискретных значений полного враще- ния ПР вокруг точки . Шаг 1. i=1. Шаг 2. Если выполняется условие , то перейти к шагу 3, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 3. Если выполняется условие , то перейти к шагу 4, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 4. Если выполняется условие , то перейти к шагу 5, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 5. Если выполняется условие , то перейти к шагу 6, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 6. Если выполняется условие , то перейти к шагу 7, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 7. j=1. Шаг 8. ,
. Шаг 9. Если выполняется условие , то перейти к шагу 9, в про- тивном случае перейти к шагу 12. Шаг 10. j= j + 1. Шаг 11. Если выполняется условие , то перейти к шагу 9, в противном случае перейти к шагу 12. Шаг 12. . Шаг 13. k=1. Шаг 14. j=1. ● Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016 373
Шаг 15. , , . Шаг 16. j= j + 1. Шаг 15. Если выполняется условие , то перейти к шагу 13, в противном случае перейти к шагу 16. Шаг 16. k= k + 1. Шаг 17. Если выполняется условие , то перейти к шагу 9, в противном случае перейти к шагу 20. Шаг 18. Вывод параметров вектора , описывающего i – тый серийно-выпускаемый ПР. Шаг 19. i= i + 1. Шаг 20. Если выполняется условие , то перейти к шагу 2, в противном случае перейти к шагу 14. Шаг 21. КОНЕЦ. В результате работы алгоритма на шаге 11, выводятся параметры серийно-выпускаемых ПР, удовлетворяющим требованиям роботизируемого производственного процесса. Если введен в рас- смотрение функционал вида (2), то его значение вычисляется для каждой выбранной модели ПР, Да- лее сравнивая значения вычисленных функционалов, можно выбрать наиболее приемлемую модель или несколько моделей ПР. Наиболее сложно производить выбор ПР по рабочим пространствам, так как на этом этапе необходимо рассматривать различные взаимные расположения ПР относительно технологического и вспомогательного оборудований [7]. В данном алгоритме ПР вращается вокруг точки на
. Такая постановка задачи приводит к более полному учету особенностей РП ПР. ВЫВОДЫ
1. Предложено формализованное описание роботизированных технологических комплексов в виде логических выражений R-функций (1). 2. Предложена процедура описания рабочих пространств промышленных роботов с применени- ем R-функций (11). 3. Поставлена задача выбора модели серийно-выпускаемого робота при роботизации производ- ственных процессов, в виде решения логического выражения (8), (12). 4. Разработан алгоритм предварительного (упрощенного) выбора моделей серийно- выпускаемых роботов, для роботизации заданного производственного процесса.
ЛИТЕРАТУРА [1] Бурдаков С.Ф., Дьяченко В.А., Тимофеев А.Н. Проектирование манипуляторов промышленных ро- ботов и роботизированных комплексов. - М.: Высшая школа, 1986. – 264 с. [2] Зенкевич С.Л., Ющенко А.С. Управление роботами. Основы управления манипуляционными робо- тами. М.: Наука, МГТУ, 2000. – 400 с. [3] Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. Справочник.- М.: Машиностроение, 1988.- 376 с. [4] Рвачев В.Л. Теория R-функций и некоторые ее приложения. Киев. Наукова думка: 1982.-530 с. [5] Юревич Е.И. Основы робототехники. БХВ-Петербург, 2010. – 360 с. [6] Иванов А.А. Основы робототехники. Изд-во Форум. 2012. – 224 с. [7] Байбатшаев М.Ш., Бейсембаев А.А., Балгабаев М.А., Ибрагимов Р.И. Выбор промышленных роботов по рабочим зонам./Вопросы создания АСУ технологическими процессами и предприятиями.- Алма- Ата, Каз.ПТИ, 1985. – с. 158-167. [8] Керимов А.Д. Экспертная система для выбора роботов в производстве алюминиевых испарителей.//Всес. науч. конф. "Интеллектуализ. систем упр." (ИСУ-91)б Баку 18-20 июня, 1991 : Матер. конф. .Баку, 1991. – с. 106.
● Технические науки
374 №2 2016 Вестник КазНИТУ
REFERENCES [1] Burdakov S.F., Dyachenko V.A., Timofeev A.N. Proektirovanie manipulyatorov promishlennix robotov I robotizirovannih kompleksov. –M.: Vishaya shkola, 1986.-264 s. [2] Zenkevich S.L., Uwenko A.S. Upravlenie robotami. Osnovi upravleniya manipulyacionnimi robotami. M.:Nauka, MGTU, 2000. – 400 s. [3] Kozirev U.G. promishlennie roboti. Spravochnik.-M.: Mashinostroenie, 1988-376 s. [4] Rvachev V.L. Teoriya R-funkcii I nekotorie ee prilozheniya. Kiev. Naukova dumka: 1982. – 530 s. [5] Urevich E.I. Osnovi robototehniki. BHV-Peterburg, 2010. – 360 s. [6] Ivanov A.A. Osnovi robototehnik, Izd-vo Forum. 2012. – 224 s. [7] Baybatshaev M.W., Beysembaeyv A.A., Balgabaeyv M.A., Ibragimov R.I. Vibor promishlennih robotov po rabochim zonam./ Voprosi sozdaniya ASU tehnologicheskimi processami I predpriyatiyami. –Alma-Ata, KazPTI, 1985. – s.158-167 [8] Kerimov A.D. Tkspertnaya sistema dlya vibora robotov v proizvodstve aluminievih isparitelei.// Vses. Nauch. Konf. “Intellektualiz. sistemi upravleniya” (ISU - 91)b Baku 18-20 julya, 1991.: Mater. konf. Baku, 1991. –s. 106
Роботтандырылған технологиялық кешендер құру барысында өнеркәсіптік робот моделін таңдау- дың нысандандырылған сипаттамасы мен алгоритмі Түйіндеме. Роботтандырылған технологиялық кешендерді құрудың алғашқы кезеңінде шешілетін мін- деттердің бірі – сериялық-шығарылатын өнеркәсіп роботтарын моделін таңдау. Бұл міндетті шешу үшін, серия- лық-шығарылатын өнеркәсіп роботының моделін алдын ала таңдаудың математикалық моделі мен алгоритмі жасалды. Роботталған технологиялық кешендердің математикалық моделі қарастырылып отырған сериялық- шығарылатын робот параметрлерінің негізгі техникалық шектеулеріне қойылатын логикалық өрнектер түрінде құрылған. Өнеркәсіп роботының геометриялық параметрлерін, әсіресе жұмыс кеңстігі сипаттамасын нысандан- дыру өте күрделі. Роботтардың жұмыс кеңістігін сипаттау үшін R-функциясының математикалық аппаратының мүмкіндіктері қолданылды. Осы модель негізінде жүк көтегіштік, жайғастырушылық олқылықтарының, жетек түрлерінің, программалық басқару жүйелерінің, қолданылу саласының, жұмыс кеңістігінің талаптарын ескере отырып, сериялық – шығарылатын өнеркәсіптік роботты алдын-ала таңдаудың қадамдық алгоритмі жасалды.
Beysembayev A., Assembay A. жүктеу/скачать 51,43 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|