РОБОТИЗИРОВАННЫЙ СБОРОЧНЫЙ СТЕНД С КОМПЬЮТЕРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Роботизированный сборочный стенд с компьютерным управлением относится к области образования, а именно к учебной технике, и предназначен для проведения лекционных занятий, практических, лабораторных, учебно- и научно-исследовательских работ по различным дисциплинам, связанным с технологией машиностроения, электроприводами, автоматизацией, электроавтоматикой, информационно-измерительными системами, числовым программным управлением, гибкими производственными станочными и сборочными системами, робототехникой и мехатроникой, микропроцессорными системами и др.
Известен сборочный стенд с компьютерным управлением, предназначенный для изучения робота, его наладки и программирования, а также для программирования и моделирования процесса сборки изделий (Савельев А.А., Свиридов С.Н., Мазеин П.Г. Сборочный стенд с компьютерным управлением / Материалы международной научно-практической конференции «Информационные технологии в науке и образовании». Ноябрь 2006 - март 2007. - Шахты: изд-во ЮРГУЭС, 2007. - С.36-39). Стенд содержит расположенный на основании манипулятор (электромеханический робот), имеющий сферическую систему координат и связанный с системой управления с блоком питания, накопитель сборочных элементов, кабельные линии связи. Он управляется от СОМ-порта. Каждое перемещение осей задается в градусах относительно нулевого положения оси. К недостаткам указанного стенда относятся необходимость предварительной ориентации сборочных элементов при установке их в накопители, невозможность распознавания и выбора сборочных элементов по конфигурации или по другому признаку, отсутствие физически
реализованной системы координат основания, что существенно ограничивает применимость стенда для сборочных работ из элементов разной конфигурации и его дидактические возможности для профессиональной подготовки специалистов по роботам и роботизированным сборочным стендам.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение указанных недостатков, а именно, расширение технологических возможностей стенда за счет исключения предварительной ориентации сборочных элементов, повышения быстродействия операций схватывания и обеспечения точности сборки, возможности распознавать и выбирать сборочные элементы по конфигурации или другому признаку, например, цвету, удобства эксплуатации стенда, сокращение времени на наладку. возможность программирования процесса сборки известным методом "обучения" и, следовательно, расширение дидактических возможностей для подготовки специалистов по автоматизации сборки, робототехнике и мехатронике.
Указанная задача решается тем, что роботизированный сборочный стенд с компьютерным управлением, содержащий расположенные на основании электромеханический робот, соединенный с персональным компьютером единой системой управления, согласно предложению, он снабжен установленными на основании видеокамерой, закрепленной с возможностью перемещения относительно поверхности основания и взаимосвязанной с роботом единой системой управления и маркерами системы координат основания, при этом на основании выполнена контрастная по цвету к его поверхности зона для размещения сборочных элементов, установлен контейнер для сборочных элементов и закреплены линейки.
Особенностью заявляемого роботизированного сборочного стенда является создание системы технического зрения в виде видеокамеры и маркеров, физически определяющих систему координат основания для программы обработки видеоинформации, что позволяет осуществлять
распознавание и выбор сборочных элементов без предварительной их ориентации. Взаимосвязь систем координат основания, робота и единой системы управления, обеспечивается по видеоизображению маркеров и распознавании их системой управления как базовых точек системы координат основания, что позволяет выполнять процесс распознавания сборочных элементов, их выбор, захват роботом и перемещение в место сборки в соответствии с управляющей программой пользователя, как в технологическом процессе сборки, так и в процессе обучения и подготовки специалистов по проектированию, наладке, программированию и управлению мехатронными системами.
Выполнение на основании контрастной по цвету к его поверхности зоны для размещения сборочных элементов из контейнера обеспечивает надежность распознавания, расположенных в контрастной зоне обзора сборочных элементов, а с помощью маркеров (выполненных, например, в виде светодиодов) обеспечивается привязка системы координат робота к системе координат основания и к системе координат единой системы управления, определяются координаты сборочных элементов. Полученная системой управления видеоинформация о конфигурации и положении всех размещенных в зоне обзора основания сборочных элементов и положении системы координат основания в общей систем координат, обрабатывается для последующей реализации роботом сборочного процесса в соответствии с управляющей программой, введенной в компьютер. Размещение на основании стенда контейнера и линеек обеспечивает удобство работы со стендом и сокращение времени на наладку процесса автоматизированной сборки. Применение линеек облегчает также выполнение программирования процесса сборки известным методом "обучения".
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид стенда, на фиг.2 - типовые сборочные элементы.
Роботизированный сборочный стенд содержит основание 1 с зоной 2 контрастного цвета и маркерами 3. На основании стенда закреплены робот 4,
видеокамера 5 на стойке 6 и задающие систему координат линейки 7. В контейнере 8 размещены типовые сборочные элементы 9. Система управления стендом реализована с использованием персонального компьютера (на чертеже не указан).
Стенд работает следующим образом
Сборочные элементы (фиг.2) достаются из контейнера и располагаются на основании в зоне контрастного цвета в произвольном порядке и произвольном количестве (ограничение - возможность схвата робота взять деталь). Контрастная зона 2 может быть образована расположенным на основании 1 стенда ковриком. В начале работы по команде управляющей программы видеокамера передает изображение расположенных на коврике сборочных элементов и маркеров в компьютер системы управления, по маркерам устанавливается связь системы координат основания и робота с общей системой координат системы управления, распознаются сборочные элементы и определяются их координаты. После обработки в компьютере данных, полученных с помощью видеокамеры, робот осуществляет движение своих звеньев согласно управляющей программе, перемещает схват к нужному сборочному элементу, захватывает его и помещает в место сборки, затем схват разжимает сборочный элемент, оставляя его в месте сборки. Далее происходит перемещение в место сборки последующих элементов, как это предписывает управляющая программа для сборки данного узла. Располагая на контрастном коврике другие сборочные элементы, вводя другую управляющую программу пользователь может осуществлять расстановку сборочных элементов в другом месте и в другом порядке. Наличие контейнера на основании стенда позволяет содержать сборочные элементы вблизи контрастной зоны. Линейки могут использоваться для программирования процесса автоматизированной сборки методом "обучения".
Промышленная применимость. Основное назначение роботизированного сборочного стенда с элементами технического зрения: оснащение
лекционных, лабораторных и практических работ по роботехнике и мехатронике, гибким производственным системам, гибким производственным модулям, роботизированным сборочным комплексам, в том числе, с техническим зрением и др. Роботизированный стенд может быть использован для изучения возможностей и алгоритмов технического зрения, изучения робота, его наладки и программирования, а также для наладки, программирования и моделирования процесса сборки изделий, кроме того, обеспечивается возможность тренажа навыков наладчика и программиста оборудования с числовым программным управлением, в том числе, мехатронного, расширяются знания в области применения современных информационных технологий в образовательном процессе и автоматизации производства. Кроме того, стенд может применяться в условиях автоматизированного производства для сборки изделий со сборочными элементами с массой до 0,3 кг.