автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.05, диссертация на тему:Повышение точности позиционного управления многозвенными манипуляторами на основе идентификации их геометрических параметров с помощью системы технического зрения

Введение

Глава 1. Повышение точности роботов, используемых в сборочных операциях. Методы и виды идентификации параметров.

1.1. Актуальность проблемы повышения точности технологических роботов в операциях сборки.

1.2. Классификация погрешностей промышленных роботов.

1.3. Идентификация параметров робота как операция, позволяюш;ая устранить систематическую погрешность. Виды идентификации параметров.

1.4. Анализ существуюш;их методов определения действительного положения робота.

1.5. Существующие способы определения координат видеокамеры для роботовЛ оснащенных СТЗ.

1.6. Выводы по главе.

Глава 2. Методы идентификации параметров робота с помощью СТЗ. Анализ преимуществ и недостатков предлагаемых методов, различные модели для идентификации параметров роботов.

2.1. Методы определения действительного положения роботов с СТЗ, оборудованными неподвижно закрепленной видеокамерой.

2.2. Методы определения действительного положения роботов с СТЗ, когда видеокамеры находятся на концевом звене робота.,.

2.3. Комбинированные методы определения положения робота.

2.4. Методы обработки изображений в СТЗ, используемые при идентификации параметров робота.

2.5. Формирование кинематической модели в виде степенных полиномов.

2.6. Формирование кинематической модели в виде преобразований Денавита-Хартенберга.

2.7. Формирование кинематической модели в виде преобразований систем координат с шестью параметрами.

2.8. Корректировка управляюш;ей программы робота с новой моделью при позиционном управлении.

2.9. Погрешности при идентификации геометрических параметров манипуляторов. Критерий качества идентификации параметров.

2.10. Выводы по главе.

Глава 3. Экспериментальная установка на базе робота РМ-01 с СТЗ и последовательность проведения эксперимента.

3.1. Установка для проведения эксперимента.

3.2. Последовательность идентификации геометрических параметров робота РМ-01.

3.3. Положение и ориентация робота РМ-01 в базовой системе координат.

3.4. Прямая задача кинематики робота РМ-01.

3.5. Обратная задача кинематики робота РМ-01.

3.6. Определение необходимых параметров оборудования для идентификации параметров робота РМ-01.

3.7. Выводы по главе.

Глава 4. Программное обеспечение для идентификации геометрических параметров робота РМ-01 и результаты эксперимента.

4.1. Описание структуры программы идентификации параметров робота РМ-01.

4.2. Модуль обработки изображения.

4.3. Модуль расчета параметров степенных полиномов.

4.4. Модуль расчета параметров кинематической модели на основе преобразований систем координат Денавита-Хартенберга.

4.5. Расчет параметров кинематической модели робота РМ-01 на основе преобразований координат с шестью параметрами.

4.6. Определение точностных показателей алгоритма коррекции для робота РМ-01.

4.7. Анализ полученных результатов. Выводы.

Со времени появления первых робототехнических системЛ конструкции роботов претерпели существенные изменения. Совершенствовались механические конструкции манипуляторов, находили применение новые типы датчиков, встраиваемых в кинематические пары манипуляторов, строились более совершенные системы управления на основе современной элементной базы. В настоящее время большое внимание уделяется рассмотрению робота ни как отдельной системы, а в совокупности с другим технологическим оборудованием, составляющим единый технологический комплекс. Этому способствует развитие автоматизированных систем проектирования, где при подготовке технологического процесса широко применяется компьютерное моделирование. Это понятие тесно связано с аналитическим программированием роботов, которое подразумевает минимум наладочных операций при подготовке технологического процесса. При этом программа управления роботом создается во время моделирования. Применительно к роботу такой подход требует выполнения команд управления роботом с заранее известной точностью, пригодной для этой операции. При изготовлении манипуляторов их звенья имеют отклонения от номинальных значений. Поэтому каждый манипулятор имеет свои геометрические особенности, которые проявляются в возникновении большой величины систематической погрешности, превосходящей случайную на порядок. К тому же, при работе манипулятора отклонение его положения возникает от температурных расширений звеньев.

Данная работа посвящена повышению точности технологических роботов за счет устранения систематической погрешности, вызванной неточными значениями длин звеньев в кинематической модели манипулятора и неточностью монтажа манипулятора. В рассмотренной в работе методике в качестве измерителя выступает СТЗ робота. Корректировка кинематической модели манипулятора проводиться несколько раз за рабочую смену во время простоя оборудования, а потому не занимает время технологического процесса. Это является большим плюсом при использовании таких систем по отношению к адаптивным с СТЗ. Такой подход исключает проведения при наладке оборудования трудоемкой операции обучения робота, требующего 6 квалифицированного персонала, уменьшает время подготовки производства, делает производство более гибким, позволяет использовать аналитическое программирование, и тем самым отвечает требованиям современного производства. Идентификация геометрических параметров позволит, например, упростить труд обслуживающего персонала при наладке робототехнического оборудования для дуговой сварки, позволить исключить из робототехнического комплекса (РТК) дорогостоящее оборудование на основе СТЗ для установки микросхем на печатные платы, будет полезна при автоматизированных сборочных операциях.

Данная работа является продолжением работ по исследованию применения СТЗ в системах очувствления роботов, проводимая на кафедре "Робототехника и мехатроника" в МГТУ "СТАНКИН" [43], под руководством Д.Т.Н., проф. Клевалина В.А. и к.т.н., доц. Дунин-Барковского И.И.

Автор выражает особую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. Клевалину В.А., зав. кафедрой "Робототехника и мехатроника"д.т.н., проф. Подураеву Ю.В., д.т.н., проф. Кулешову B.C., к.т.н., доц. Илюхину Ю.В., к.т.н., доц. Дунин-Барковскому И.И., к.т.н., доц. Игнатьеву В.А., Зиновенко К.Э., Гусевой Н.В., а также всем, без чьей помощи невозможно было выполнить работу.

1. Если робот работает в небольшой локальной области, то с целью повышения точности, возможна корректировка его кинематической модели только в этой области, составляя "карту" погрешности.

2. Наличие операции идентификации параметров в проектируемом роботе позволяет увеличить допуски на изготовление звеньев манипулятора, использовать аналитическое программирование для точных операций, расширит функциональные возможности робота.