Автор: Marvel JA, Bostelman R, Falco J.
Источник (англ.): NCBI
Мы представляем обзор приложений и методов сборки с использованием несколькимич роботов и описываем тенденции и общее понимание проблемы сборки для промышленных приложений. Мы фокусируемся на стратегиях сборки без использования двух или более роботизированных систем. Такие роботизированные системы включают в себя промышленные роботы, ловкие роботизированные руки и автономные мобильные платформы, такие как автоматизированные управляемые транспортные средства. В этом обзоре мы идентифицируем типы сборок, которые включаются с использованием нескольких роботов, алгоритмов, которые синхронизируют движения роботов для завершения сборочных операций, и показателей, используемых для оценки качества и производительности сборок.
Организация компьютерных систем > Робототехника, Прикладные вычисления > Автоматизированное производство , Методология вычислений > Планирование движения, Сотрудничество и координация
сборка роботов, координация нескольких роботов, изготовление робототехники, метрики производительности сборки
Процесс сборки состоит из физического соединения нескольких частей вместе, чтобы сформировать новый подкомпонент или готовый продукт. Хотя это определение включает в себя такие процессы, как сварка и клепка, многие считают актом сопряжения частей вместе «задача сборки». Задача сборки обычно считается более сложной по сравнению с другими, например, механической обработкой или обработкой материалов, обычно включает в себя множество инструментов и процессов для завершения ( Wick and Veilleux 1987). Учитывая эту изменчивость и разнообразие, процесс сборки исторически был ручным делом. Иногда специализированные машины разрабатываются для облегчения и упрощения процесса сборки, но эти автоматизированные решения «все-в-одном», как правило, являются дорогостоящими и негибкими при внесении изменений в конструкции или процедуры продукта. На протяжении десятилетий роботизированные решения с доказательством концепции успешно продемонстрировали возможность применения гибких роботов к проблеме сборки в лабораторных условиях (например, Whitney (1982) ), и эти технологии только начинают проникать на производственные линии.
Исторически механическая сборка была выполнена с помощью сборочных линий, где работники на станциях выполняют единственные, простые, повторяющиеся задачи, которые являются лишь небольшим подмножеством общего процесса сборки. Части и детали питаются линейно от одной станции к другой, а рабочие остаются на месте. Методология сборочной линии сводит к минимуму подготовку, необходимую для отдельных работников, и обеспечивает более модульность в процессе сборки. Однако сборочные линии требуют больше ресурсов (т. Е. Недвижимости и рабочих) для поддержки, а чрезмерная специализация ограничивает возможность компенсации проблем, возникающих на предыдущих станциях.
Парадигма сборочной линии для производства, естественно, превратилась в роботизированную сборочную линию, где роботы теперь выполняют особые задачи, ранее выполнявшиеся человеческим трудом. Однако, поскольку технология улучшилась, было продемонстрировано, что сборная ячейка, в которой отдельная станция или ячейка отвечает за изготовление сборочного узла или готового продукта, может повысить производительность и повысить гибкость, позволяющую учитывать изменчивость и настройку продукта ( Johnson 1999 ). Подход сборных ячеек позволяет увеличить распараллеливание производства и более поддается реконфигурации с минимальным воздействием. Тем не менее подход к сборочным ячейкам значительно увеличивает сложность работы, выполняемой любым рабочим или роботом, и их сложнее масштабировать вверх или вниз в зависимости от производимых продуктов.
Традиционные сборные ячеистые элементы состоят из одного робота, выполняющего повторяющуюся задачу вставки, с позиционной неопределенностью, уменьшенной с помощью жесткого крепления. Сложные сборки также были продемонстрированы с помощью цепей параметризованных поисковых примитивов движения (например, Zhang et al. (2008) ). Однако эти роботизированные решения с одним манипулятором для сборки ограничены по типу и количеству сборок, которые могут быть выполнены. Их зависимость от дорогостоящих светильников или внешних интегрированных осей делает такие системы неотвратимыми, поскольку данная рабочая ячейка и любое связанное с ней оборудование должны быть переработаны с какими-либо значительными изменениями в процессе сборки.
Использование нескольких роботов позволяет создавать более гибкие сборочные решения, которые могут легко вносить изменения в производственные процессы. Использование дополнительных роботов в процессе сборки в качестве динамических светильников позволяет перемещать детали и ловко манипулировать, чтобы выполнить более сложные процедуры сборки. Такие решения по своей сути сложнее запрограммировать и интегрировать изначально и требуют расширенных возможностей распознавания и управления для обеспечения алгоритмов сборки.
Этот отчет дает представление об уменьшении этой сложности путем представления алгоритмов и методов тестирования для завершения и оценки сборок с несколькими роботами. Мы даем обзор ландшафта решений для задач сборки нескольких роботов, описывающих методы, с помощью которых несколько роботов могут быть применены к проблеме сборки и представлены показатели, по которым оценивалась производительность и качество. Предоставляя детали как одно-, так и многопользовательских стратегий сборки, мы обеспечиваем основу для разработки промышленных роботизированных сборочных рабочих ячеек с нуля, расширения существующих сборочных ячеек для размещения нескольких роботов и оценивая характеристики и влияние использования нескольких роботов в промышленных сборках. Опрос начинается с широкого обзора проблемы сборки в Разделе 2, а затем выделяет стратегии сборки одного робота в разделе 3. Раздел 4 описывает показатели оценки эффективности для роботизированных сборочных операций. В последующих разделах мы рассмотрим стратегии для синхронизации и планирования роботов (раздел 5), роботизированных сборок с несколькими манипуляторами (раздел 6), одноцепочечных сборок с использованием скоординированных движений роботизированной руки и роботизированной руки (раздел 7), скоординированные усилия мобильной платформы (например, автоматизированного управляемого автомобиля, AVG) и роботизированной рукоятки (раздел 8), сборки мобильных мобильных платформ (раздел 9) и смешанной модульной сборки с несколькими роботами (раздел 10).