Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Про электричество | Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Робототехника для начинающих / Системы копирующего управления манипулятором промышленных роботов


 Школа для электрика в Telegram

Системы копирующего управления манипулятором промышленных роботов



Системы копирующего управления манипулятором промышленных роботов - это системы, в которых оператор перемещает задающее устройство, кинематически подобное рабочему манипулятору, а сигналы с датчиков положения и усилий на задающем устройстве передаются на приводы рабочего манипулятора.

Таким образом, оператор может дистанционно управлять движением и силой манипулятора, имитируя его действия своей рукой. Это позволяет выполнять сложные и точные операции в условиях, когда невозможно или нежелательно прямое воздействие человека на объекты (например, в опасных, труднодоступных или микроскопических средах).

Система копирующего управления манипулятора

Существует несколько типов систем копирующего управления манипуляторами, которые отличаются по способу отражения усилий и по направлению энергетической связи между задающим устройством и рабочим манипулятором.

В системах одностороннего действия усилия на рабочем манипуляторе не отражаются на задающем устройстве, а только передаются на него.

В системах одностороннего действия с пассивным отражением усилий на задающем устройстве имеются пассивные элементы (пружины, грузы, демпферы и т.д.), которые создают сопротивление движению оператора, имитируя усилия на рабочем манипуляторе.

В системах двустороннего действия обратимая энергетическая связь между задающим устройством и рабочим манипулятором является двунаправленной, то есть усилия на рабочем манипуляторе активно отражаются на задающем устройстве и наоборот.

Примерами применения систем копирующего управления манипуляторами являются:

  • дистанционное управление манипуляторами для работы в экстремальных условиях (ядерная, химическая, космическая промышленность, подводные исследования и т.д.);
  • микроманипуляторы для работы с микрообъектами (например, электроника и т.д.);
  • хирургические роботы для проведения операций на расстоянии или с повышенной точностью;
  • тренажеры для обучения и подготовки операторов манипуляторов и т.д.

Робот для военных целей

История развития систем копирующего управления манипуляторами

Системы копирующего управления манипуляторами промышленных роботов возникли в середине XX века как способ дистанционного управления манипуляторами для работы в опасных или труднодоступных средах.

Первые примеры таких систем были разработаны для ядерной промышленности и космических исследований.

Одним из первых изобретений в этой области был манипулятор Master-Slave Manipulator (MSM), созданный в 1949 году американским ученым Рэймондом Гузи (Raymond Goertz). Этот манипулятор состоял из двух одинаковых механических рук, связанных электрическими сигналами. Одна рука (Master) находилась под контролем оператора, а другая (Slave) повторяла ее движения в изолированной камере.

Master-Slave Manipulator (MSM)

В 1950-1960-е годы системы копирующего управления манипуляторами развивались в разных направлениях, таких как гидравлические, пневматические, электромеханические и оптические принципы передачи сигналов и усилий.

Также появились различные типы копирующих систем, такие как системы одностороннего и двустороннего действия, системы с пассивным и активным отражением усилий, системы с масштабированием перемещений и усилий и т.д.

Примерами таких систем являются манипуляторы WALDO (1951), MOBOT (1954) и др.

В 1970-1980-е годы системы копирующего управления манипуляторами стали более сложными и функциональными, благодаря развитию электроники, компьютерной техники и искусственного интеллекта.

Появились системы с обратной связью по видео, звуку, силе и тактильным ощущениям, а также системы с адаптацией к изменяющимся условиям окружающей среды.

Также расширились области применения систем копирующего управления манипуляторами, такие как медицина, биология, электроника, подводные исследования и т.д.

Примерами таких систем являются манипуляторы PUMA (1978), DA VINCI (1999), LOKI (2001) и др.

Робот UNIMATE

Из истории робототехники: История первого промышленного робота Unimate

В настоящее время системы копирующего управления манипуляторами продолжают развиваться и совершенствоваться, используя новые технологии, такие как виртуальная и дополненная реальность, нейронные сети, облачные вычисления и т.д.

Также появляются новые формы взаимодействия между оператором и манипулятором, такие как жесты, голос и т.д. Примерами таких систем являются манипуляторы ROBOGLOVE (2016), NEUROBOTICS (2017), HAPTIX (2018) и др.

HAPTIX

В настоящее время системы копирующего управления манипуляторами продолжают развиваться и совершенствоваться, используя новые технологии, такие как виртуальная и дополненная реальность, нейронные сети, облачные вычисления и т.д.

Также появляются новые формы взаимодействия между оператором и манипулятором, такие как жесты, голос и т.д. Примерами таких систем являются манипуляторы ROBOGLOVE (2016), NEUROBOTICS (2017), HAPTIX (2018) и др.

Каковы основные технологии, использующиеся в системах копирующего управления манипуляторами на сегодняшний день?

Системы копирующего управления манипуляторами на сегодняшний день используют различные технологии для передачи и отражения информации о положении, скорости, усилии и тактильных ощущениях между задающим устройством и рабочим манипулятором. Среди них можно выделить следующие:

  • Электронные и оптические датчики и приводы, которые обеспечивают высокую точность и скорость измерения и управления перемещениями и усилиями в копирующих системах.
  • Видеокамеры, которые передают изображение рабочего пространства манипулятора на экран задающего устройства, позволяя оператору визуально контролировать выполнение операций.
  • Гибкие и жесткие связи, которые обеспечивают механическую или электрическую связь между задающим устройством и рабочим манипулятором, позволяя передавать и отражать усилия в копирующих системах.
  • Виртуальная и дополненная реальность, которые позволяют создавать иллюзию присутствия оператора в рабочем пространстве манипулятора, используя специальные очки, перчатки, костюмы и другие устройства.
  • Нейронные сети и облачные вычисления, которые позволяют обрабатывать и анализировать большие объемы данных, получаемых от датчиков и камер, и адаптировать поведение манипулятора к изменяющимся условиям окружающей среды.

Системы управления промышленными роботами-манипуляторами могут быть реализованы с использованием различных подходов.

Один из подходов заключается в использовании классических и адаптивных систем управления для настройки роботов и повышения их производительности.

Другой подход заключается в использовании голосовых команд в естественном и переходном порядке связи между людьми и роботами, позволяющему самостоятельно управлять промышленными роботами.

Кроме того, интеграция технологии CAD-CAM и датчиков RGB-D может обеспечить адаптивное управление промышленными роботизированными манипуляторами, определение калибровку и генерацию траектории на основе фактического положения рабочего объекта.

Датчики RGB-D (красный-зеленый-синий-глубина) представляют собой устройство, способное одновременно анализировать цвет и управлять объектами. Они широко используются в различных областях, таких как компьютерное зрение, робототехника, виртуальная реальность и т. д.

Датчики RGB-D предоставляют более полную информацию об окружающей среде, чем обычные RGB-датчики, что делает их необходимыми для различных технологий и исследований.

Эти методы направлены на повышение точности, времени и стабильности манипуляторных систем, а также на облегчение их эксплуатации в условиях мелкосерийного производства.

Промышленный робот-манипулятор

Пример работы системы копирующего управления манипулятором промышленного робота

В примере мы будем использовать следующие данные:

  • Система копирующего управления манипулятором промышленного робота состоит из задающего устройства, рабочего манипулятора, датчиков положения и усилий, приводов, контроллера и телевизионной системы.
  • Задающее устройство имеет три подвижных звена, связанных шарнирными соединениями, и кинематически подобно рабочему манипулятору.
  • Рабочий манипулятор имеет три подвижных звена, связанных шарнирными соединениями, и снабжен захватным устройством.
  • Датчики положения и усилий установлены в каждом шарнире задающего устройства и рабочего манипулятора.
  • Приводы обеспечивают вращение звеньев манипулятора по сигналам с датчиков.
  • Контроллер обрабатывает сигналы с датчиков и передает их на приводы.
  • Телевизионная система передает изображение рабочего пространства манипулятора на экран задающего устройства.

Пример работы системы копирующего управления манипулятором промышленного робота может быть таким:

1. Оператор включает систему и наблюдает за рабочим пространством манипулятора по телевизионной системе.

2. Оператор берет захватное устройство задающего устройства и перемещает его в нужное положение, например, к объекту, который нужно захватить.

3. Датчики положения и усилий на задающем устройстве фиксируют перемещение и силу, приложенную оператором, и передают сигналы на контроллер.

4. Контроллер обрабатывает сигналы и передает их на приводы рабочего манипулятора, учитывая масштабирование перемещений и усилий.

5. Приводы вращают звенья рабочего манипулятора так, чтобы повторить движение задающего устройства с учетом кинематического подобия.

6. Захватное устройство рабочего манипулятора приближается к объекту и захватывает его, когда оператор сжимает захватное устройство задающего устройства.

7. Оператор перемещает захватное устройство задающего устройства в другое положение, например, к месту, куда нужно переместить объект.

8. Датчики, контроллер и приводы повторяют действия, описанные в пунктах 3-5, и рабочий манипулятор перемещает объект в нужное место.

9. Оператор отпускает захватное устройство задающего устройства, и рабочий манипулятор освобождает объект.

10. Оператор выключает систему или продолжает работу с другими объектами.

Андрей Повный

Присоединяйтесь к нашему каналу в Telegram "Промышленные роботы" и будьте в центре инноваций и передовых технологий в мире автоматизации производства! Подписывайтесь сейчас, чтобы не пропустить эксклюзивный контент: Промышленные робототы в Telegram