VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Применение робототехники – универсальный путь автоматизации сварочной технологии не только в серийном, но и мелкосерийном производстве, так как при смене изделия можно использовать тот же робот, изменяя лишь его программу. Роботы позволяют заменить монотонный физический труд, повысить качество сварных изделий, увеличить их выпуск. Один робот может заменить труд четырех человек. Сварочный робот – это универсальный промышленный робот, который является носителем сварочной горелки. Сварочный робот имеет дополнительный сварочный интерфейс и специально адаптированное под процесс сварки программное обеспечение [1].

Существуют промышленные образцы (Kawasaki, CLOOS, Hyundai, Fanuc и др.) стоимостью от 2-х миллионов рублей, которые невозможно программировать с целью выработки практических навыков программирования в учебных заведениях, не в специализированных центрах программирования производителей робототехники, предлагается принципиальная возможность создания действующей модели сварочного робота-манипулятора на основе конструктора LEGO MINDSTORMS, которая даёт возможность приобрести навыки работы со сварочным роботом, с его настройкой и программированием.

Рисунок 1. Основные элементы конструктора LEGO MINDSTORMS NXT 2.0 [2]

Набор LEGO MINDSTORMS из существующих конструкторов наиболее адаптирован для создания действующей модели сварочного робота-манипулятора. Кроме соединительных элементов в состав конструктора LEGO MINDSTORMS входят три интерактивных серводвигателя, ультразвуковой сенсор и сенсоры нажатия, датчик цвета. Управление осуществляется с помощью интеллектуального микропроцессорного устройства NXT. Для программирования созданных моделей используется оригинальный программный интерфейс LEGO® MINDSTORMS® NXT Software, идущий в комплекте вместе с набором LEGO. Стоимость одного такого набора LEGO составляет примерно 10 тысяч рублей [2].

В качестве программного интерфейса можно применять программные продукты, такие как Not eXactly C, Python, LabVIEW и др. Интерфейс LEGO MINDSTORMS NXT более удобен и понятен визуально, то для программирования созданной модели сварочного робота он более понятен для студентов по сравнению с другими средами программирования.

Рисунок 2. Среда программирования LEGO MINDSTORMS NXT

В комплект конструктора LEGO MINDSTORMS входят три серводвигателя позволяющие создать модель робота с рабочей зоной в трёх плоскостях X, Y и Z, что вполне хватает для исследования процессов перемещения и сварки робота. Для построения более сложной модели робота можно использовать два комплекта LEGO. Использование шести серводвигателей и двух микропроцессоров NXT, что даёт возможность создания модели с шестью узлами вращения (рис. 3). Передача данных между двумя микропроцессорами NXT осуществляется при помощи технологии BLUETOOTH.

Серводвигатели обеспечивают довольно высокую точность вращения, что даёт возможность перемещения осей сварочного манипулятора с точностью до 1-2 мм.

Дальнейшее усовершенствование модели робота-манипулятора LEGO может заключаться в применении захватного устройства и поворотного оборудования для более удобной эксплуатации, максимально приближенной к реальным условиям. Для защиты модели робота от нежелательного касания с деталью и стенками оборудования можно установить ультразвуковой сенсор, что будет являться дополнительной функцией этой модели.

Рисунок 3. Робот-манипулятор с шестью узлами вращения [3]

Разработанная модель позволяет непосредственно моделировать процесс сварки, однако имеется ряд недостатков: люфт между соединительными деталями конструктора, небольшой люфт выходного вала серводвигателя, ограниченный объем Flash-памяти в размере 256 Кбайт, наличие у микроконтроллера только трёх разъёмов для подсоединения серводвигателей, которые можно устранить в последующей модели сварочного робота-манипулятора, применяя аналоговые и цифровые серводвигатели, не входящие в состав конструктора LEGO MINDSTORMS, и более усовершенствованные микроконтроллеры с большим объёмом оперативной и Flash-памяти.

Рисунок 4. Модель сварочного робота-манипулятора

В данный момент идёт работа над сборкой модели на основе серводвигателей типа MG996R, обладающих высокой точностью, большим усилием на валу и высокопрочными металлическими шестеренками. В качестве программируемого элемента планируется использовать микроконтроллер серии ATMega и программатор AVR.

В планах создание полноразмерного сварочного робота-манипулятора на основе мощных, сверхточных шаговых двигателей и программирования на языке СИ. Себестоимость такого робота невысокая (по сравнению с бредовыми зарубежными аналогами), что позволит использовать данный сварочный робот-манипулятор для выработки профессиональных компетенций программирования у студентов, обучающихся по направлению 150700 «Машиностроение».

Список литературы.

1. http://www.svarkainfo.ru/rus/lib/book/robot

2. http://www.mindstorms.ru/mindstorms.php

3. http://www.welding.su/articles/raznoe/raznoe_182.html

Код для цитирования: Скопировать