SCARA机器人结构设计与运动模拟[四自由度机械手][三维UG]【3张CAD图纸+PDF图】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 敏捷制造的轻型作业单元设计机械应用 罗杰D ·奎因，格雷格三考西 机械系和航空航天工程 弗兰克，戴维M ·萨金特，尼古拉答Barendt 纽曼，维尔吉利奥Velasco 电机工程学系与应用物理系 安迪Podgurski，菊妍乔 Leon S. Sterling, Yoohwan Kim 计算机系工程与科学 凯斯西储大学（CWRU） 美国俄亥俄州克利夫兰，44106 摘要：本文介绍了一种灵活的设计用于制造工作单元光机电从类似的产品的装配部件（即作出部分零件）。我们定义了敏捷制造能够实现快速转换，从装配一个产品到另一个产品的装配。快速硬件转换成为可能，通过使用机器人，灵活的装配部分，模块化夹子机模块化装配硬件。依靠灵活的馈线上料皮带和二进制计算机视觉构成估计。这明显的优势超过nonflexible如碗饲养的饲养计划需要大量的调整从一个转换另一部分。正在快速转换软件促进了一个真正的一次性使用的，面向对象软件环境，模块化的软件，图形为离线模拟软件的开发，以及创新的双控制器结构VME总线。这些灵活的功能允许将引进新产品最小的停机时间和系统重构。 1．简介 1.1什么是敏捷制造？ 敏捷制造是一个长期见过增加了过去几年中，工业使用。该“敏捷“的定义，但是，目前尚不清楚，也不是一致：“敏捷：一个制造商的措施突然的反应能力，不可预测的变化客户需求的产品和服务，使一利润“1。 “今天工厂正在陆续被在裁缝敏捷货物交给客户的要求不停产.. 2．敏捷制造 同化物的柔性生产全系列技术，以吸取的教训以及总质量管理，'只是在时间的生产和'精益'生产“3。唯一的共同点之一各种定义是能够制造出多种对什么可迅速为基础的类似产品不断变化的客户需求。在过去，生产专门针对大批量单一生产产品。在今天的市场，然而，重点是对小批量移动从不断变化的，客户驱动的产品线。 图1：敏捷作业单元 一个“敏捷“制造的定义已通过适用于光机电装配产品：敏捷制造是有能力完成快速转换之间的不同制造利用基本相同的组件工作单元。快速转换（以小时为单位），此外，被定义为移动能力的一个产品，从大会 另一种产品装配与最低的变化工具和软件。快速转换使生产小批量，让'只是在时间'生产。我们的“敏捷“的定义的中心主题制造业是能够迅速推出（按星期计算）为新的组件和部件系统。 在这个系统中，快速完成转换通过可重复使用的软件的使用，快速变化该机械手夹持器，模块化工作表和部分馈线其中有足够的弹性处理，而无需机械零件的几种类型调整。这些馈线使用视觉，在硬地夹具，以确定位置和方向部分。通用，可重复使用的例程允许新的部分视力被添加到具有最低系统的努力。 一个实施一个灵活的测试平台已开发生产工作单元（图1）。这包括机械机器人，灵活的部分进料器，视觉系统（摄像机，图像采集，并库中的图像处理程序），以及有限传感器和执行器专用所需人数完成一个给定的程序集。这样一个核心特征工作单元是一个控制器控制每一个有能力的上述组件。 该工作单元是中央输送系统，这是博世实现使用标准的硬件。这是负责转移部分完成组装机器人之间进行成品和单位一卸货机器人的机器人安装在基座附近输送带系统。托盘与专业部件固定装置是用来在整个集会进行系统完成后，该组件将被删除从托盘的装卸机械。最后，安全笼包围整个工作单元，服务保障 运营商以及提供用于安装的结构开销相机。 2.1输送系统 输送机系统在CWRU使用工作单元是一个模型T2的博世制造。托盘在两个主要传阅，输送线。这些行是平行的，彼此相反的操作方向。托盘转移这两者之间部分由电梯传热单元（LTU的）的手段。这些允许各地输送托盘流通系统和重新排序能力的托盘。在系统托盘的每个都有一个独特的识别号码，使系统跟踪和直接的进展。止损是安装在关键输送机上的点来控制托盘的流量。这方面的一个创新的输送系统使用的是使用短“骨刺线“。一种鞭策（图2）是一个单纯的延长输送机，垂直为主线（类似于铁路支线）。这允许流主输送线，而要维持一个机器人执行组装在鞭策。托盘进入一个刺激注册在机器人的世界由一个坐标系 臂安装摄像头，允许地方或机器人消除对托盘零件，避免牺牲机械登记 2.2装配站 大会的几个车站的布局进行了分析在选择最终布局。在评估了几个每一个布局功能，包括：展示位置相对于机器人输送机，给料机的影响相对于机器人的位置工作信封，并机器人动作一个通用大会的必要，这是确定，在图2最适合的布局需要的工作单元。每一个装配机器人是由两个包围模块化，可移动工作台和两个固定喂养表（图2）。模块化表很容易交换，允许专门组装硬件放置在机器人的工作信封。表中包含的模块化和气动执行器可连接快速电传感器，允许任何专门工具迅速变化需要一个给定的程序集。通过设计这些表是模块化和易于交换，不同的装配硬件可以快速入住。为了实现快速转换，模块化工作登记表在机器人的世界坐标在同一系统由于托盘的方式（即使用臂安装摄像头）。进料表是固定的，与水平，partsfeeding输送机安装到他们。 图2：工作站布局 输送机的一个缺点/刺激系统，如上所述，必须充分交流的时间托盘为一个空的。在这段时间（约15秒）的机器人将可以想象无效。一简单的解决这个问题是一个迷你仓：一夹具是位于交换部分的工作表来保存一些完成组装。在一个托盘互换，装配机器人可以继续运作而传入的工作托盘到达时，放置在迷你仓完成组装。后来电转移到托盘的刺激，视觉系统寄存器的托盘。该机器人将当前的大会（在其爪仍）托盘上，然后所得款项将完成从组件迷你仓的托盘。 2.3喂料机柔性件 每个支线组成（图三传送带3）。第一输送机倾斜，从电梯部件散装料斗。第二输送机是水平的，具有半透明带。它传输到机器人零部件，呈现在附近的机器人underlit节。该第三输送机返回未使用的或不利的导向到大型料斗部分。 正确地运作取决于馈线部分被取消的散装料斗中quasisingulated方式。许多因素影响效益倾斜输送机：对角输送到水平方面，皮带特性（如摩擦系数），对带式（防滑，磁力，真空），以及线速度带，例如。 图3：灵活浇注系统示意图 当不同的零件，应美联储，散装料斗清空，并与新的部件填补。如果部分是类似的几何形状，进料没有变化系统通常是必要的。一些地区，如圆形或圆柱的（即那些将回滚下来倾斜）可能需要不同的腰带，如表面，防滑一个或一个不同的角度倾斜。架空相机用于定位部件对水平输送机。一种紧凑型荧光灯阵列灯是安装在每个输送机的水平。用半透明的这些灯一起输送带提供underlit领域，部分可向视觉系统。使用二进制视觉工具（目前上料机由一个熟练的视觉系统提供）部分皮带进行检查。首先，视觉系统会查看是否一部分是抓握（即部分承认的是，稳定姿态（位置和方向）和足够的间隙之间存在的一部分，它的邻国抓住了它爪）。第二，造成了部分在机器人的世界坐标确定。这个姿势，和动作与收购相关的部分，是检查，以确保他们在机器人的工作信封。 2.4视觉系统 视觉系统的一个基本功能是确定灵活的组件构成部分喂养。姿态估计是使用内置该AdeptVision软件功能，而且必须要快够不干预装配周期时间。一对视觉系统的第二功能是登记托盘和模块化的工作表到机器人的世界坐标系统，避免了调整的需要硬件。还有另一种可能是使用错误恢复，其中，该相机可以用来检查临界点在系统中，或在进程内组件。 该视觉系统使用的标准数字CCD相机，装配件或以上的灵活馈线或在机器人手臂。由于数字相机到AdeptVision系统的投入是有限的四个，一个低成本，自定义视频多路复用器的开发，利用一单片式视频切换器集成电路。这使得多达四台摄像机被连接到每个视频输入法视频硬件。 在与快速转换保持理念，视觉程序设可重复使用，这是一个给定的常规，可用于定位几个不同但相似的部分（即类似计为不对称性，拓扑结构等）。这种方法有很多优势，包括尽量减少软件的数量例程。此外，该软件允许重复使用模块化和“敏捷。“例如，通过参数化特征例行搜查因为，它可以适用于部分有一个类似的个人资料但属于不同的大小。这意味着，部分与在这些类似的几何形状零件库，可添加到系统中，只需修改检查程序调用这些低层次的，可重复使用的例程， 2.5引进的新零件 添加一个新的一部分，该系统涉及数明确任务。愿景例行这就决定了构成的一部分，开发，利用图书馆可重复使用的视觉例程。如果新的部分似乎没有别的地方特色，在零件图书馆，新的程序可能需要添加到软件库。此外，如果部分没有被设计为使用通用零部件馈线（例如它没有稳定的姿势像，缸），可能需要的馈线变更或腰带改变倾斜角度。引人入胜还必须旨在操纵新的一部分。为了尽量减少避免了专门的硬件和工具的变化大会，手爪设计应进行与其他部件的设计，同时为抓手聚集在一个给定的机器人。举例来说，如果给定操作既需要一个一个小部件和组件是一个B在第一个机器人组装，设计人员应手爪考虑到这一点 在一般情况下，最好是设计的部件和相关的硬件同时进行。这将使最大程度地重用的软件，以最小的变化灵活的体制和喂养一个强有力的装配设计序列，将加强无人操作。这方法称为设计制造及Assembly7，或者干脆DFMA。 3 计算机硬件/控制器设计 目前的软件已被完全开发在V8编程语言和操作系统，在娴熟的MV控制器。对于大多数工业应用中，这将是编程环境足够的，但它缺乏动力和灵活性需要支持快速的软件开发和转换。这主要是因为V+缺乏特色这是标准的其他语言和操作系统系统，如用户定义函数，标准数据结构和shell脚本的执行。To circumvent these limitations, a more广泛的控制器接口的设计工作已发展。这将允许系统来支持C和的C ++，并提供一个更友好，更灵活的用户接口。此外，它将允许实时使用操作系统，从而简化软件开发和提高性能。 图4：系统架构 在这个设计中，系统的能力扩大了使用除第二VME总线VME总线控制器压（图4）。这第二个VME总线房子的I / O板和专用​​单板计算机（SBC的），对其中一个实时操作系统执行C和C++程序对SBC的运行的。负责所有高层次的控制和机器人运动（例如：输送机控制，气动操作，指定机器人目的地），而采用压控制器专为低级别的机器人运动（如伺服控制和轨迹生成）和一些机视觉例程。在以后的实现，这是视觉处理板，也可以用在第二VME总线，从而充实了AdeptVision系统。两个总线连接电缆或光纤连接。内存所做的更改由一个反射内存网络。这包括两个内存卡，各有一个总线，它可以由连接的 一板会自动反映，另一方面，从而允许指令和数据传送之间两个buses9。巴塞尔公约秘书处的地点可以使机器人对反射内存网络的构想命令。这些都是宣读了命令组服务器上运行MV的控制器。这些服务器执行命令并在适用时，返回相同的结果通过网络。 4 作业单元软件 另一个软件是一个灵活性的关键敏捷制造工作单元，但是，这种灵活性不来而精心设计。尽管软件本质上是比硬件更容易改变，结构一个软件系统可以降低，经过反复修改，导致可靠性差，并增加维修费用。在设计工作单元控制软件方面，我们聘请软件工程方法和工具支持的设计原则改变。特别是，我们最新的设计是面向对象（OO）的，也就是说，它是根据物体的识别该系统，这是这些实体有一个国家和一个行为。物理设备，抽象数据结构整个子系统建模为对象，提供，明确设定服务时，其执行封装和隐藏。强调面向对象软件设计减少了工作量需要引入进入新的工作单元产品通过可重用的代码。 能够迅速引入新产品工作单元是至关重要的一个灵活的系统。对象类型或类类构造，其中服务对应memberfunction的定义使用C + +电话。新的类派生自现有通过增加的服务或通过覆盖实现现有服务。面向对象便于维护，因为一个实施类是可以改变的，而不会影响客户端代码，使用类的服务，因为派生类可以可用于任何需要它的父类即可。除了满足我们的要求特别是制造业中的应用，我们希望指定软件设计的组件，可能证明有用敏捷制造各种应用。因此，我们试图确定敏捷设计模式制造业。设计模式是一组沟通的对象或类，两者代表一个可重复使用的设计元素，是适用的，经过一番专业化，一systems10品种。到目前为止，我们已经确定用于这种活动的设计模式整个系统的控制，系统之间的通信元器件，零部件和组件的规定，调度系统任务和错误处理。 4.1作业系统 该工作单元控制的最初版本软件实施了与V+操作系统和编程语言提供了善于压控制器。虽然为V +提供了足够的设施许多机器人应用，我们确定一个更先进的操作系统和编程语言将更好地支持我们的软件设计理念和敏捷制造的目标。一般来说，工作单元控制涉及的号码管理实时限制并发任务。因此，一实时操作系统（RTOS）的足够和任务调度，通信和可靠的设施同步是可取的。 4.2软件体系结构 该工作单元控制软件被设计成一个层次结构的服务器。在最高水平，工作单元控制器的服务请求人的经营人包装箱成品组件。在这样做时，到托盘服务器沿着托盘输送机马刺之间。托盘服务器跟踪运动每个托盘，但工作单元控制器负责知道托盘内容。该工作单元控制器大会的服务器，这都与要求机器人，以填补部分或全部组件托盘。为了满足这些要求，大会的服务器必须部分下属与服务器进行通信以及与机器人和专用硬件。的部分反过来服务器必须与零件馈线和通信与视觉系统。一般来说，服务器的设计作为对整体工作单元一些假设如可能的结构，使他们不敏感该结构的变化。在适当情况下，服务器同时运行，例如，同时增加了一个机器人部分集会，该部分服务器尝试设在机器人的未来预期另一部分 错误的处理，也是分层的。如果一台服务器遇到一个错误，它首先试图解决这个问题在当地，例如，通过使更多的要求下属服务器。如果失败，服务器表明它的客户端它无法提供所要求的服务。客户端然后试图解决这个错误条件。作为一个具体例如，考虑一个部分服务器无法找到一部分在其远景窗口。它会一再提前给料机和拍照。如果没有部分是内发现一一定数量的重复，将报告的部分支线大会未能服务器。如果没有多余馈线部分，它可以调用，服务器将在大会信号发生故障的工作单元控制器。在缺乏冗余服务器的组装问题，钍控制器将问题通知，要求经营者人为干预。鲁棒，容错软件必要的无人值守，操作的工作单元。4.3作业单元模拟随着软件开发进展同时随着硬件建设系统，可以明显看出一个仿真硬件系统预计将是极为有益的。该决定是为了开始发展全面的仿真，将允许工作单元控制代码被开发和测试，而不使用实际硬件。这允许控制软件来编写和调试没有制止生产功能工作单元。它也非常有用，以显示图形硬件的响应（图5）特别是研究各种工作单元布局。， 图5：TELEGRIP模拟 输送系统已完全模拟。详细的仿真机器人和远见系统正在开发中。仿真代码模仿的工作单元的输入和输出，使为模拟透明地使用。换句话说，在代码是用来模拟控制的工作单元是相同的代码运行在同一处理器板用于控制物理设备。这是一个功能强大的工具软件设计中不存在任何矛盾控制与仿真代码和实际控制代码。这消除了移动可能移植问题从模拟到实际控制平台 5．结论 本研究成功验证的关键问题对于一个敏捷制造工作单元的设计。柔性件馈线，机器视觉，模块化硬件，广泛的控制器接口，在线纠错，图形模拟和模块化的软件都一个广泛实施的重要因素。在继续工作，该系统正在扩大模块化的程序，包括视觉，一个实时的使用操作系统，面向对象编程，广泛的错误检测和恢复。产品设计制造和装配也将发挥关键作用在促进摄食，装配，并造成估计。 参考文献 [1].P.M.Noaker。敏捷制造的搜索。制造工程，30:28-42，1993。 [2].河科默福德。灵活的工厂：个案研究。电机及电子学工程师联合会频谱，30:28-42，1993.. 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