Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale - układ sterowania

pol Article in Polish DOI:

Cezary Zieliński*, Piotr Trojanek*, Tomasz Kornuta*, send Tomasz Winiarski*, Michał Walęcki*, Włodzimierz Kasprzak*, Wojciech Szynkiewicz*, Teresa Zielińska** * Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej, Politechnika Warszawska ** Instytut Techniki Lotniczej i Mechaniki Stosowanej, Politechnika Warszawska

Download Article

Streszczenie

Formy mocujące muszą być idealnie dopasowane do detali, które mają podpierać. Nawet mała modyfikacja kształtu w projekcie detalu powoduje, że kosztowna forma staje się bezużyteczna. Stąd duże zainteresowanie przemysłu formami rekonfigurowalnymi. Zastąpienie tradycyjnych form przez wiele robotów stanowiących ruchome podpory wymaga zaprojektowania specjalnego układu sterowania oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację takiego systemu. Układ sterowania systemu wielorobotowego został zaprojektowany na podstawie formalnej specyfikacji definiującej strukturę tego układu za pomocą agentów, których zachowanie określane jest za pomocą funkcji przejścia. W ten sposób stworzono system modularny, umożliwiający parametryzację oprogramowania ułatwiające wprowadzanie zmian przy sprawdzaniu różnych rozwiązań technicznych, co jest nieodzowne przy konstrukcji systemu prototypowego. Eksperymenty przeprowadzone w fabryce wykazały, że zaprojektowany system usztywnia detal na tyle, aby wynik obróbki mechanicznej był zadowalający. Jeżeli liczba różnych detali podlegających obróbce jest znaczna, to zaprojektowany system stanowi względnie tanią alternatywę dla wytworzenia i późniejszego magazynowania wielu form. Ponadto zaprojektowany układ sterowania może sterować zespołami robotów o różnej liczności oraz dopuszcza zmiany konstrukcyjne poszczególnych części robotów. Pierwsza część artykułu przedstawia problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz prezentuje strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast część druga koncentruje się na programie planującym działania robotów.

Słowa kluczowe

rekonfigurowalne formy mocujące, systemy wieloagentowe, systemy wielorobotowe, układ sterowania

Multi-Robot-Based Reconfigurable Fixture - Control System

Abstract

Machining fixtures must fit exactly the work piece to support it appropriately. Even slight change in the design of the work piece renders the costly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting the work pieces requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The multi-robot control system has been designed following a formal approach based on the definition of the system structure in terms of agents and transition function definition of their behaviour. Thus a modular system resulted, enabling software parameterisation. This facilitated the introduction of changes brought about by testing different variants of the mechanical structure of the system. The shop-floor experiments with the system showed that the work piece is held stiffly enough for both milling and drilling operations performed by the CNC machine. If the number of diverse work piece shapes is large the reconfigurable fixture is a cost-effective alternative to the necessary multitude of traditional fixtures. Moreover, the proposed design approach enables the control system to handle a variable number of controlled robots and accommodates possible changes to the hardware of the work piece supporting robots. The first part of the paper introduces the fixturing problem and presents the control system of the designed multi-robot fixture, while the second part presents the planer deciding where and when the supports should be located.

Keywords

control system, multi-agent system, multi-robot system, reconfigurable fixtures, robotic fixtureless assemblies

Bibliography

  1. Avvenente, R., Khan, M. A., Li, X., Zoppi, M., Zlatanov, D., Molfino, R. M. (2010): Development and Analysis of a Shape-Conformable Supporting Head for a Self-Reconfigurable Intel ligent Swarm Fixture System. In: ISR/ROBOTIK’10, pp. 792-799.
  2. Bi, Z. M., Zhang, W. J. (2001): Flexible fixture design and automation: review, issues and future directions. International Journal of Production Research 39(13), 2867-2894.
  3. Kang, Y., Rong, Y., Yang, J., Ma, W. (2002): Computer-aided fixture design verification. Assembly Automation 22(4), 350-359.
  4. Molfino, R., Zoppi, M., Zlatanov, D. (2009): Reconfigurable Swarm Fixtures. In: ASME/IFToMM International Conference on Reconfigurable Mechanisms and Robots, pp. 730-735.
  5. Neumann, K. (1988): US Patent Number 4732525.
  6. Sela, M. N., Gaudry, O., Dombre, E., Benhabib, B. (1997): A reconfigurable modular fixturing system for thin-wal led flexible objects. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 13(9), 611-617.
  7. Shirinzadeh, B., Tie, Y. (1995): Experimental investigation of the performance of a reconfigurable fixturing system. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 10(5), 330-341.
  8. Slonneger, K., Kurtz, B. L. (1995): Formal Syntax and Semantics of Programming Languages: A Laboratory Based Approach. Addison-Wesley Publishing Company, Reading.
  9. Winiarski, T., Zieliński, C. (2008): Sterowanie interakcją manipulatora ze środowiskiem (część pierwsza i druga). In: X Krajowa Konferencja Robotyki - Problemy Robotyki, volume 2, pp. 473-492, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
  10. Zieliński, C. (1999): The MRROC++ System. In: Proceedings of the First Workshop on Robot Motion and Control, RoMoCo’99, pp. 147-152.
  11. Zieliński, C. (2006): Transition-Function Based Approach to Structuring Robot Control Software. In: Kozłowski, K. (Ed.), Robot Motion and Control, Lecture Notes in Control and Information Sciences, volume 335, pp. 265-286, Springer-Verlag.
  12. Zieliński, C., Kornuta, T., Trojanek, P., Winiarski, T., Walęcki, M. (2012): Specification of a Multi-agent Robot-Based Reconfigurable Fixture Control System. Robot Motion & Control 2011 (Lecture Notes in Control & Information Sciences) 422, 171-182.
  13. Zieliński, C., Winiarski, T. (2010): Motion Generation in the MRROC++ Robot Programming Framework. International Journal of Robotics Research 29(4), 386-413.
  14. Zoppi, M., Zlatanov, D., Molfino, R. (2010): Kinematics analysis of the Exechon tripod. In: Proceedings of the ASME DETC, 34th Annual Mechanisms and Robotics Conference (MR), Montreal, Canada.