МОДЕРНИЗАЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО РОБОТА «BAXTER» И ВНЕДРЕНИЕ ЕГО НА ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Аннотация. В данной работе представлен многофункциональный робот. Рассмотрен вариант создания гусеничной платформы с резиновыми гусеницами, для промышленных предприятий. Предложен вариант работ, которые робот сможет выполнять на производстве. Оснастка рабочих мест, операция не самая значительная, но одна из самых важных, почему бы ее не сделать роботизированной?

Ключевые слова: робот, модернизация, гусеничная платформа, предприятие.

Многофункциональный робот, способен выполнять большой перечень работ на крупных промышленных предприятиях. Робот не нуждается во внедрении в производство, достаточно установить его в зоне действия и показать, что нужно делать с помощью захватов. Робот имеет два гидравлических манипулятора (рис. 1). Каждый манипулятор имеет семь степеней свободы. [1]

Рисунок 1. Устройство робота

Преимущество данного робота в том, что он может взаимодействовать с людьми, так как он снабжен специальными датчиками, которые реагируют на присутствие человека и могут прекратить работу, если препятствие не исчезнет в течение 3 секунд.

На данный момент робот является стационарным, это значительно снижает его преимущества. Технологические процессы требуют его перемещения на производстве промышленных предприятий, лучшим вариантом по оснащению робота подвижностью и будет гусеничная платформа.

Преимуществом гусениц является: энергоэффективность и высокий уровень тяги даже на скользких поверхностях. Воздействие на поверхность - робот, движущийся на резиновых гусеницах, оказывает меньшее давление на поверхность. Потенциальное увеличение веса робота, что позволяет равномерно распределять вес по всей поверхности гусениц. [2]

На рисунке (рис.2) представлены составные части гусеничного движителя: гусеничные ленты, ведущие колеса, направляющие колеса с механизмами натяжения, опорные катки, поддерживающие катки, очистители направляющих колес.

Рисунок 2. Гусеничный движитель с резинометаллической гусеницей

Для того, чтобы робота можно было использовать в цехах с различным покрытием, мы предлагаем использовать резиновые гусеничные ленты (рис.3).

Рисунок 3. Резиновая гусеничная лента

Существенное отличие гусеничных мобильных роботов - маневренность. Благодаря независимому приводу на каждой гусенице, мобильный робот может менять направление движения. Для задания какого-либо направления движения необходимо изменить относительную скорость приводов (рис. 4).

Рисунок 4. Соотношение скоростей и направлений вращения приводов гусеничного шасси

Таблица демонстрирует соотношение скорости и направления вращения привода гусеничного шасси. Особое внимание следует обратить на положение привода, если направление вращения выходного вала в зависимости от ориентации привода в пространстве, а соответственно и направление движения гусеничных траков. [3]

1. Если правый и левый приводы вращаются с одинаковой скоростью, робот едет в направлении «прямо».
2. Скорость правого привода больше, чем скорость левого. Чем больше будет разница скоростей, тем меньше будет радиус разворота при движении. В таком случае робот сможет повернуть налево.
3. Скорость правого привода меньше, чем скорость левого. Чем больше будет разница скоростей, тем меньше будет радиус разворота при повороте направо.
4. Для того чтобы развернуться в левую сторону на одном месте, необходимо, чтобы правый привод вращался «прямо», а левый – «назад» с такой же скоростью.
5. Для того чтобы развернуться в правую сторону на месте, необходимо чтобы левый привод вращался «прямо», а правый «назад» с такой же скоростью.
6. Для движения назад, необходимо, чтобы правый и левый приводы вращались с одинаковой скоростью в направлении «назад».

Используя данный робот, в не пределах промышленного предприятия, гусеничные шасси обладают повышенной проходимостью. Благодаря хорошему сцеплению гусеничных траков с поверхностью, по которой осуществляется движение, гусеничные роботы могут преодолевать различные неровности поверхности и преграды, помимо высокой маневренности.

Конструкция шасси робота состоит из гусеничных траков, расположенных под достаточно большим углом к направлению движения, что помогает преодолеть робот препятствия с высотой не менее высоты подъема гусеничных траков.

Для того, чтобы робот в процессе своего движения не застрял, преодолевая препятствие, его шасси оснащается инфракрасными - датчиком, которые определяют наличие объектов на его пути. Если датчик обнаруживает объект, это означает, что высота объекта соизмерима с высотой робота, и он не может преодолеть маршрут. В этом случае робот должен предпринять какое-либо другое действие, например, объехать препятствие и т.п.

Согласно алгоритму (рис. 5) гусеничный робот едет прямо, преодолевая все препятствия на своем пути. Если же на его пути обнаруживается объект, который не пропадает в течение 3 секунд, робот останавливается и совершает маневр по объезду препятствия.

Рисунок 5. Алгоритм движения робота

При условии равномерного вращения ведущих колес (ω_к = const), отсутствии буксования гусениц относительно почвы и их скольжения относительно ведущих колес теоретическую поступательную скорость гусеничного движителя можно определить по формуле:

   [ ],                                                                (1)

ω — угловая скорость ведущего колеса [ ];

r — кинематический радиус ведущего колеса гусеничного движителя [м].

r можно выразить через параметры гусеничного движителя с учетом, что в гусеница состоит из отдельных звеньев. Путь, пройденный за один оборот ведущего колеса, будет равен периметру многоугольника, состоящего из звеньев гусеницы, уложенных по всей окружности ведущего колеса. Периметр этого многоугольника (рис. 6) будет равен произведению длины одного звена (шага гусеничной цепи) на число звеньев z ведущего колеса, принимающих участие в зацеплении за один оборот:

 = [м]                                                   (2)

Рисунок 6. Периметр многоугольника

Из формулы (2) следует, что

 = [м]                                                                    (3)

Кинематика гусеничного движителя такова, что при равномерном вращении ведущего колеса скорость наматывания гусеничного обвода неравномерна. Причиной для этого является звенчатость гусеничной цепи. При вращении колеса скорость ведущего участка (рис.7) гусеничного движителя равна:

=[ ]                                  (4)

Рисунок 7. Скорость точки при вращении колеса

Данный робот предложено внедрить на машиностроительные предприятия. Робот будет укомплектовывать рабочие места слесарей, токарей, операторов станков ЧПУ и других. На рабочем месте должны находиться рабочие и контрольно-измерительные инструменты, необходимые для выполнения заданной операции, заготовки и т.д. К размещению инструментов, заготовок и материалов на рабочем месте предъявляются определенные требования, которые задаются оператором. Робот, в ночное время суток, выполняет оснащение набором нужных инструментов на рабочее место каждого сотрудника. При этом в цехах робот будет передвигаться по черной линии, которая будет нарисована на полу. Она не позволит ему съехать с траектории и нарушить алгоритм работы.

Для того, чтобы робот мог двигаться по полю с черной линией нам необходимы датчики, которые смогли бы различать белое и черное поля. Так называемые датчики линии. Их задача состоит из определения белого или черного поля, и сообщения об этом контроллеру (рис. 8). [4]

Рисунок 8. Датчики линии

Для определения белого или черного поля используется электронный компонент, состоящий из инфракрасного светодиода (ИК) и инфракрасного

фотодиода. ИК светодиод излучает свет в инфракрасном диапазоне с длиной волны порядка 940 нанометра. Такой диапазон света используется для защиты от помех, создаваемых осветительными лампами, солнечным светом (рис. 9).

Рисунок 9. Принцип работы датчиков линий

Для повышения помехозащищенности в схему датчика включен компаратор, который отсеивает помехи, ложные отражения и др. Порог срабатывания компаратора устанавливается резистором R1. С выхода компаратора мы получаем сигнал в цифровом виде (рис. 10).

Рисунок 10. Схема работы датчика линий

Программирование траектории происходит оператором, в каждом цехе, под определенную операцию. Гусеницы помогут роботу сократить время передвижения, например, за счет возможности развернуться на месте. Возможно, потребуется переоборудование цехов, для того, чтобы у робота была возможность выполнять оснастку рабочего места каждого сотрудника максимально быстро.

Данная технология позволит оптимизировать производство, сократить время и вероятность производственной ошибки.

Список литературы:

1. Манипуляторы Робот Baxter [Электронный ресурс] // NanoJam магазин роботов: сайт. – URL: https://nanojam.ru/products/robot-baxter/ (дата обращения 10.11.2018).
2. Поезжаева Е. В.  Концепция развития робототехники: учебное пособие. Издательство Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2017. – 310 с.
3. Работа гусеничного движителя [Электронный ресурс] // Студенческие рефераты статьи и материалы: сайт. – URL: https://studref.com/350891/tehnika/rabota_gusenichnogo_dvizhitelya/ (дата обращения 28.11.2018).
4. Движение робота по линии [Электронный ресурс] // ЛАРТ Эксперименты с электроникой: сайт. – URL: http://startelectronics.ru/goods/Dvizhenie-robota-po-linii/ (дата обращения 30.11.2018).