Автомашины утаснуудын робот угсралт

Шинэ судалгаагаар зургаан тэнхлэгт роботуудыг автомашины утаснуудын бэхэлгээг суурилуулахад ашиглаж болохыг харуулж байна.

Шин Ян бичсэн

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

Олон тэнхлэгт робот гар нь автомашины угсралтын үйлдвэрүүдэд будах, гагнах, бэхлэх зэрэг олон төрлийн процессуудыг гүйцэтгэдэг.

Гэсэн хэдий ч автоматжуулалтын технологийн дэвшил гарсан ч зарим процессыг чадварлаг хүн угсрагчгүйгээр дуусгах боломжгүй хэвээр байна. Автомашины их биенд утсан бэхэлгээ суурилуулах ажил бол роботуудад уламжлалт байдлаар хэцүү байсан ийм ажил юм.

Утас, хоолой зэрэг хэв гажилттай шугаман объектыг роботоор зохицуулахтай холбоотой зарим судалгааг өмнө нь хийж байсан. Эдгээр судалгаануудын ихэнх нь хэв гажилттай шугаман объектуудын топологийн шилжилтийг хэрхэн шийдвэрлэх талаар төвлөрсөн байдаг. Тэд зангилаа уях эсвэл олсоор гогцоо үүсгэх роботуудыг програмчлахыг оролдсон. Эдгээр судалгаанууд олсны топологийн шилжилтийг дүрслэхийн тулд математик зангилааны онолыг ашигласан.

Эдгээр хандлагад гурван хэмжээст хэв гажилттай шугаман объектыг эхлээд хоёр хэмжээст хавтгайд тусгадаг. Загалмайлсан муруй хэлбэрээр харуулсан хавтгай дээрх төсөөллийг зангилааны онолыг ашиглан сайтар дүрсэлж, эмчилж болно.

2006 онд Японы Осакагийн их сургуулийн доктор, доктор Хидефүми Вакамацугаар ахлуулсан судалгааны баг деформацтай шугаман биетүүдийг роботоор зангидаж, тайлах аргыг боловсруулжээ. Тэд ямар ч хоёр утас огтлолцох төлөв хоорондын шилжилтийг дуусгахад шаардлагатай дөрвөн үндсэн үйлдлийг (түүний гурав нь Рейдемейстерийн хөдөлгөөнтэй тэнцэнэ) тодорхойлсон. Судлаачид дараалсан топологийн шилжилтэд задалж болох зангилаа болон тайлах аливаа үйлдлийг эдгээр дөрвөн үндсэн үйлдлүүдийн дараалсан хослолыг ашиглан хийж болохыг харуулсан. Ширээн дээр тавьсан олсыг зангидах SCARA роботыг програмчлах үед тэдний арга барилыг баталгаажуулсан.

Үүний нэгэн адил Японы Имизу хотын Тояама мужийн их сургуулийн доктор, профессор Такаюки Мацүно тэргүүтэй судлаачид хоёр робот гар ашиглан олсыг гурван хэмжээстээр зангидах аргыг боловсруулжээ. Нэг робот олсны үзүүрийг барьж байхад нөгөө нь зангидсан. Олсны гурван хэмжээст байрлалыг хэмжихийн тулд стерео хараа ашигласан. Зангилааны төлөвийг Reidemeister нүүдлийн оронд зангилааны инвариантуудыг ашиглан дүрсэлсэн.

Хоёр судалгаанд роботууд нь зөвхөн нэг зэрэглэлийн эрх чөлөө бүхий сонгодог, хоёр хуруутай зэрэгцээ атгагчаар тоноглогдсон байв.

2008 онд Токиогийн их сургуулийн Южи Ямакавагаар ахлуулсан судалгааны баг өндөр хурдтай олон хуруутай гараар тоноглогдсон робот ашиглан олс зангидах аргыг үзүүлжээ. Хуруунд суурилуулсан хүч ба эргүүлэх мэдрэгч зэрэг илүү уян хатан атгагчийн тусламжтайгаар "олс солих" гэх мэт үйлдлийг нэг гараараа ч хийх боломжтой болно. Олсны сэлгэлт гэдэг нь олсыг хоёр хурууны хооронд чимхэж байх үед хоёр олсны байрлалыг эргүүлэх замаар солих үйлдлийг хэлнэ.

Бусад судалгааны төслүүд нь угсрах шугам дээр хэв гажилттай шугаман объектуудыг роботоор зохицуулахтай холбоотой асуудлыг шийдвэрлэхэд чиглэгддэг.

Тухайлбал, Япон улсын Кавасаки хотын Фүжитсу лаборатори ХХК-ийн доктор Цугито Маруяма болон судлаачдын баг цахилгаан эд анги хийдэг угсралтын шугамын утсыг зохицуулах системийг зохион бүтээжээ. Робот гарыг дохионы кабелийг тэврэлтэнд оруулахад ашигласан. Тэдний системийг ажиллуулахад хоёр технологи чухал байсан: олон хавтгай лазер гэрлийн проектор ба стерео харааны систем.

Юрген Акер болон Германы Кайзерслаутерн Технологийн Их Сургуулийн судлаачид хэв гажилттай шугаман объект (энэ тохиолдолд автомашины кабель) хүрээлэн буй орчны объектуудтай хаана, хэрхэн холбогдож байгааг тодорхойлохын тулд 2D машины харааг ашиглах аргыг боловсруулсан.

Энэ бүх судалгаан дээр үндэслэн бид автомашины угсрах шугам дээр утсан бэхэлгээ суурилуулах практик робот системийг хөгжүүлэхийг оролдсон. Хэдийгээр манай системийг лабораторид боловсруулсан боловч бидний туршилтанд ашигласан бүх нөхцлийг жинхэнэ автомашины үйлдвэрээс авсан болно. Бидний зорилго бол ийм системийг бий болгох техникийн боломжуудыг харуулах, цаашид хөгжүүлэх шаардлагатай газруудыг тодорхойлох явдал байв.

Утасны бэхэлгээний угсралт

Автомашины утас нь цахилгаан соронзон хальсаар ороосон олон кабелиас бүрдэнэ. Салбар бүр нь тодорхой багажтай холбогдсон мод шиг бүтэцтэй. Угсрах шугам дээр ажилчин багажны самбарын хүрээтэй бэхэлгээг гараар холбодог.

Хуванцар хавчааруудын багцыг утас бэхэлгээнд холбодог. Эдгээр хавчаарууд нь багажны самбарын хүрээний нүхтэй тохирч байна. Хавчаарыг нүхэнд оруулах замаар морины бэхэлгээг хийдэг. Утас суурилуулах робот систем нь утаснуудын төлөвийг хэрхэн хэмжих, түүнийг хэрхэн зохицуулах гэсэн хоёр үндсэн асуудлыг шийдэх ёстой.

Утасны бэхэлгээ нь нарийн төвөгтэй физик шинж чанартай байдаг. Угсралтын явцад энэ нь уян харимхай хэв гажилт ба хуванцар хэв гажилтыг хоёуланг нь харуулдаг. Энэ нь түүний нарийн динамик загварыг олж авахад хэцүү болгодог.

Прототип систем

Манай прототип морины угсралтын систем нь багажны самбарын хүрээний урд байрладаг гурван, зургаан тэнхлэгт авсаархан роботуудаас бүрддэг. Гурав дахь робот нь уяаныхаа байрлалыг тогтоож, барьж авахад тусалдаг.

Робот бүр нэг зэрэглэлийн эрх чөлөө бүхий хоёр хуруутай зэрэгцээ атгагчаар тоноглогдсон. Хавчуурын хуруунууд нь хоёр хонхорхойтой байдаг: нэг нь морины хавчаарыг барих, нөгөө нь өөрөө морины хэсгүүдийг барих зориулалттай.

Төгсгөлийн эффект бүр нь хоёр CCD камер, лазер мэдрэгчээр тоноглогдсон. Хоёр камер нь том талбайн гүнийг хангахын тулд өөр өөр фокусын урттай. Утасны сегментийг нарийн хэмжих шаардлагатай үед лазерын хүрээ мэдрэгчийг ашигладаг. Ажлын хэсгийн эргэн тойронд 10 нэмэлт суурин камер нь ажлын талбар руу янз бүрийн чиглэлд харагдана. Эцсийн эффектүүд дээр суурилуулсан камеруудыг оруулаад манай системд нийт 16 харааны камер ажилладаг.

Уяануудыг таних нь машины харааны тусламжтайгаар хийгддэг. Тусгайлан бүтээсэн хуванцар бүрээсийг бэхэлгээний хавчаар бүрт бэхэлсэн. Хавтаснууд нь ARToolKit программ хангамжаар уншдаг геометрийн хэв маягтай. Энэхүү нээлттэй эхийн программ хангамж нь нэмэгдсэн бодит байдлын хэрэглээнд зориулагдсан юм. Энэ нь тэмдэглэгээг илрүүлэх, таних зорилгоор ашиглахад хялбар номын сангуудыг өгдөг. Камер нь тэмдэглэгээг уншиж, бэхэлгээний харьцангуй байрлалыг тодорхойлдог.

Хавчаар бүр нь өөрийн гэсэн геометрийн хэв маягтай байдаг. Загвар нь робот хянагчдад оосорны орон зай дахь харьцангуй байрлал, мөн оосорны тухайн сегментийн талаарх мэдээллийг (тухайлбал, уг сегментийг самбарын хүрээний хаана байрлуулах ёстой) хэлж өгдөг.

Ажлын үүрний эргэн тойрон дахь суурин камерууд нь бэхэлгээний хавчаар бүрийн талаархи байршлын талаархи бүдүүлэг мэдээллийг өгдөг. Тодорхой бэхэлгээний хавчаарын байрлалыг зэргэлдээх хавчааруудын байрлалыг интерполяцлах замаар тооцоолно. Төгсгөлийн нөлөөлөгч нь суурин камеруудаас олж авсан байршлын мэдээллийн тусламжтайгаар зорилтот хавчаар руу ойртохыг чиглүүлдэг - бугуйн камер нь байг олох хүртэл. Энэ мөчөөс эхлэн роботын удирдамжийг зөвхөн бугуйн камер өгдөг. Богино зайд бугуйн камерын өгсөн нарийвчлал нь хавчаарыг найдвартай барих боломжийг олгодог.

Утасны бэхэлгээний хэв гажилттай хэсгийг барьж авахад ижил төстэй процессыг ашигладаг. Зорилтот сегментийн байрлалыг эхлээд зэргэлдээх хавчааруудын байрлалыг интерполяци хийх замаар тооцоолно. Интерполяцлагдсан муруй нь роботыг чиглүүлэхэд хангалттай нарийвчлалгүй тул тооцоолсон талбайг лазер сканнераар сканнердсан байна. Сканнер нь тодорхой өргөнтэй хавтгай цацрагийг ялгаруулдаг. Дараа нь лазер мэдрэгчээс авсан зайны профайлаас сегментийн яг байрлалыг тодорхойлж болно.

Тэмдэглэгээ нь утаснуудын хэмжилтийг ихээхэн хялбаршуулдаг. Хэдийгээр хавчаар нь системийн өртөгийг ихэсгэдэг ч системийн найдвартай байдлыг ихээхэн сайжруулдаг.

Уяатай харьцах

Бэхэлгээний хавчаар нь хавтангийн хүрээн дэх нүхтэй холбох зориулалттай. Тиймээс атгагч нь хавчаарыг сууринд нь барьж, хуруугаа нүхэнд оруулна.

Нэмж дурдахад утсан сегментийг шууд зохицуулах шаардлагатай зарим тохиолдол байдаг. Жишээлбэл, олон процесст нэг робот өөр робот ажлаа гүйцэтгэхийн өмнө оосорыг хэлбэржүүлэх ёстой. Ийм тохиолдолд нэг робот өөр робот хүрэхийн тулд хавчаарыг чиглүүлэх шаардлагатай байв. Үүнийг хийх цорын ганц арга бол ойролцоох утасны сегментийг мушгих явдал байв.

Эхэндээ бид утсыг зэргэлдээх хавчаарыг нь мушгих замаар хэлбэржүүлэхийг оролдсон. Гэсэн хэдий ч утасны сегментийн мушгиа багатай тул энэ нь боломжгүй юм. Дараагийн туршилтуудад робот утас сегментийг шууд атгаж, нугалав. Энэ процессын үед зорилтот хавчаарын байрлалыг хүрээлэн буй камерууд хянадаг. Гулзайлтын процесс нь зорилтот хавчаарын чиглэл нь жишиг утгатай давхцах хүртэл үргэлжилнэ.

Баталгаажуулах туршилтууд

Прототип угсрах системийг бүтээсний дараа бид үүнийг туршиж үзэхийн тулд хэд хэдэн туршилт явуулсан. Роботууд гогцооноос төмөр утсыг авахаас энэ үйл явц эхэлдэг. Дараа нь тэд найман бэхэлгээний хавчаарыг самбарын хүрээ рүү оруулна. Роботууд анхны зогсолтын байрлал руу буцаж ирснээр процесс дуусна.

Баруун гар нь 1, 2, 3-р хавчааруудыг оруулдаг. Төв гар нь 4, 5-р хавчааруудыг, зүүн гар нь 6, 7, 8-р хавчааруудыг оруулдаг.

Эхлээд хавчаар 3, дараа нь хавчаар 1 ба 2. Дараа нь 4-8 хавчаарыг тоон дарааллаар оруулна.

Роботын гарны хөдөлгөөний дарааллыг симуляцийн программ ашиглан үүсгэсэн. Мөргөлдөөнийг илрүүлэх алгоритм нь роботуудыг хүрээлэн буй орчин эсвэл бие биенийхээ объект руу цохихоос сэргийлсэн.

Нэмж дурдахад, хөдөлгөөний дараалал дахь зарим үйлдлүүдийг хүн угсрагчдыг лавлах замаар үүсгэсэн. Энэ зорилгоор бид угсралтын үеэр ажилчдын хөдөлгөөнийг авсан. Өгөгдөл нь ажилчны хөдөлгөөн болон утсан бэхэлгээний харгалзах зан үйлийг хоёуланг нь агуулдаг. Ажилчдын авсан хөдөлгөөний стратеги нь роботуудаас илүү үр дүнтэй байдаг нь гайхмаар зүйл биш юм.

Утасны сегментийг мушгих хяналт

Туршилтын явцад бид хавчаарыг суулгахад заримдаа хүндрэлтэй тулгардаг байсан, учир нь хавчаарыг даалгаврын хувьд байрлуулах боломжгүй байсан. Жишээлбэл, 5-р хавчаарыг 4-р хавчаарыг хүрээ дээр бэхлэсний дараа шууд оруулах хэрэгтэй. Гэсэн хэдий ч 4-р хавчаараас зүүн талын бэхэлгээний хэсэг байнга унждаг тул төвийн робот 5-р хавчаарыг суулгахад хэцүү болгодог.

Энэ асуудлыг шийдэх бидний шийдэл бол амжилттай барьж авахын тулд зорилтот утасны сегментийг урьдчилан хэлбэржүүлэх явдал байв. Эхлээд 5-р хавчаарыг зүүн робот 5-р хавчаарын ойролцоох утсан сегментийг барьж дээш өргөв. Дараа нь 5-р хавчаарын чиглэлийг утасны сегментийн мушгирах төлөвийг хянах замаар зохицуулна. Энэхүү хэлбэржүүлэлтийн өмнөх үйл ажиллагаа нь хавчаар 5-ын дараагийн атгах нь үргэлж хамгийн тохиромжтой байрлалд хийгдэхийг баталгаажуулдаг.

Зэвсэг хоорондын хамтын ажиллагаа

Зарим тохиолдолд утсыг угсрах нь олон роботын гар хооронд хүнтэй төстэй хамтын ажиллагааг шаарддаг. 1-р хавчаарыг оруулах нь сайн жишээ юм. 2-р хавчаарыг оруулсны дараа 1-р хавчаар унжина. 1-р хавчаарыг оруулах зай хязгаарлагдмал бөгөөд хүрээлэн буй орчинтой мөргөлдөх эрсдэлтэй тул хавчаарыг байрлуулахад хэцүү байдаг. Түүгээр ч барахгүй, практик туршлага нь утас унжсан сегменттэй энэ үйлдлийг эхлүүлэхгүй байхыг бидэнд заасан, учир нь энэ нь дараагийн үйлдлүүдэд утаснуудын сегментийг эргэн тойрны хүрээнд барихад хүргэж болзошгүй юм.

Энэ асуудлыг шийдэх бидний шийдэл нь хүний ​​ажилчдын зан төлөвөөс үүдэлтэй юм. Ажилчин хүн аливаа ажлыг дуусгахын тулд хоёр гараа хялбархан зохицуулдаг. Энэ тохиолдолд ажилчин нэг гараараа хавчаар 4-ийг оруулаад нөгөө гараараа утасны сегментийн байрлалыг нэгэн зэрэг тохируулна. Бид ижил стратегийг хэрэгжүүлэхийн тулд роботуудыг програмчилсан.

Хуванцар хэв гажилт

Зарим тохиолдолд хоёр роботыг хамтран ажиллуулснаар утасны сегментийг урьдчилан хэлбэржүүлэхэд хэцүү байсан. 6-р хавчаарыг оруулах үйл явц нь сайн жишээ юм. Зорилтот зорилгод хүрэх цорын ганц робот гар учраас бид энэ үйлдлийг хийхийн тулд зүүн роботын гар нь үүнийг хүрээ рүү оруулна гэж бид хүлээж байсан.

Робот эхлээд хавчаарт хүрч чадаагүй нь тодорхой болсон. Удирдагч хавчаарыг атгах боломжгүй гэж үзвэл робот хавчаарыг өөрөө атгахын оронд хавчаарын ойролцоох утсан хэсгийг атгах гэж оролдоно. Дараа нь робот нь хавчаарыг зүүн тийш эргүүлэхийн тулд сегментийг мушгиж, нугалав. Сегментийг хэд хэдэн удаа нугалахад ихэвчлэн түүний байрлалыг өөрчлөхөд хангалттай. Сегмент нь атгахад тохиромжтой байрлал болсны дараа робот зорилтот хавчаарыг атгах оролдлого хийх болно.

Дүгнэлт

Эцсийн эцэст манай робот систем дунджаар 3 минутын хугацаанд багажны самбарын хүрээн дотор найман хавчаар суурилуулж чадсан. Хэдийгээр энэ хурд нь практик хэрэглээнд тавигдах шаардлагаас хол хэвээр байгаа ч робот утсыг угсрах техникийн боломжуудыг харуулж байна.

Системийг практикт ашиглахад найдвартай, хурдан болгохын тулд хэд хэдэн асуудлыг шийдэх шаардлагатай. Нэгдүгээрт, утсыг робот угсрахад зориулж урьдчилан хэлбэртэй болгох нь чухал юм. Зангилаа болон тайлах үйлдлүүдтэй харьцуулахад утаснуудын салангид хэсгүүдийн мушгирах байдал нь утас бэхэлгээний угсралтын ажилд чухал ач холбогдолтой, учир нь роботууд бэхэлгээнд холбогдсон хэсгүүдийг харьцдаг. Үүнээс гадна эргүүлэх эрх чөлөө бүхий атгагч нь морины бэхэлгээг суурилуулахад тусална.

Процессын хурдыг сайжруулахын тулд утасны динамик байдлыг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Утасны оосор оруулж буй чадварлаг ажилчдын киноны судалгаанаас энэ нь тодорхой харагдаж байна. Тэд утасны динамик савлуурыг хянахын тулд гар, чадварлаг хөдөлгөөнийг хоёуланг нь ашигладаг бөгөөд ингэснээр хүрээлэн буй саад бэрхшээлээс зайлсхийдэг. Ижил хурдтай робот угсралтыг хэрэгжүүлэхдээ утасны динамик үйлдлийг таслан зогсоох тусгай арга барил шаардлагатай болно.

Хэдийгээр бидний судалгаанд ашигласан олон арга барил нь энгийн боловч бид робот системийнхээ прототипээр автомат угсралтыг амжилттай харуулсан. Ийм төрлийн ажлыг автоматжуулах боломж бий.