Wielorobotowa rekonfigurowalna forma mocująca obrabiane detale - program sterujący

pol Article in Polish DOI:

Włodzimierz Kasprzak*, Wojciech Szynkiewicz*, Teresa Zielińska*, Cezary Zieliński*, send Piotr Trojanek*, Tomasz Winiarski*, Tomasz Kornuta*, Michał Walęcki** * 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 takim systemem oraz dedykowanej metody programowania umożliwiającej szybką rekonfigurację tego systemu. W pierwszej części artykułu przedstawiono problemy związane z konstrukcją form podpierających oraz zaprezentowano strukturę układu sterowania systemu wielorobotowego, natomiast w części drugiej skoncentrowano się na programie planującym działania poszczególnych robotów. Artykuł przedstawia sposób programowania rekonfigurowalnej formy. Programowanie w tym przypadku polega na zaplanowaniu czynności wykonywanych przez roboty podpierające. Plan układany jest automatycznie z wykorzystaniem sposobu rozwiązywania problemów wymagających spełnienia ograniczeń. Program planujący bierze pod uwagę ograniczenia fizyczne, geometryczne oraz te związane z upływem czasu. Dane wejściowe dla programu planującego są tożsame z rysunkami CAD detali oraz dane CAM sposobu ich obróbki. Na podstawie tych danych powstaje plan rozstawienia głowic, ruchów manipulatorów oraz translokacji baz mobilnych. Układ sterowania na podstawie otrzymanego planu steruje zachowaniem robotów, umożliwiając maszynie CNC wiercenie otworów bądź frezowanie. 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.

Słowa kluczowe

planowanie działań, rekonfigurowalne formy mocujące, systemy wielorobotowe

Multi-Robot Based Reconfigurable Fixture Generation

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 opstly fixture useless. Substitution of traditional fixtures by a programmable multi-robot system supporting a work piece requires a specific control system and a specific programming method enabling its quick reconfiguration. The first pan of the paper introduced the fixturing problem and presented the control system of the designed multi-robot fixture, while the second pan presents the planer deciding where and when the supports should be located. A novel approach to task planning (programming) of the reconfigurable fixture system has been developed. Its solution is based on methods of solving the constraint satisfaction problem. The planner takes into account physical, geometrical, and time-related constraints. Reconfigurable fixture programming is performed by supplying CAD definition of the work piece. Out of this data the positions of the robots and the locations of the supporting heads are automatically generated. This proved to be an effective programming method. The control system on the basis of the thus obtained plan effectively controls the behaviours of the supporting robots in both drilling showed thai the generated plans cause the work piece to be 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.

Keywords

multi-robot systems, reconfigurable fixtures, robotic fixtureless assemblies, task planning

Bibliography

  1. Bi Z., Zhang W. (2001) Flexible Fixture Design and Automation: Review, issues and future directions. Int. J. of Production Research 39(13), 2867-2894.
  2. Boyle I., Rong Y., Brown D. (2011) A review and analysis of current computer-aided fixture design approaches. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 27, 1-12.
  3. Cai W., Hu S., Yuan J. (1996) Deformable sheet metal fixturing: principles, algorithms, and simulations. T ASME, J. Manufacturing Sci. Eng. 118(3), 318-324.
  4. Canny J. (1993) Computing roadmaps of general semi-algebraic sets. The Computer Journal 36(5), 504-514.
  5. Choset H., Lynch K., Hutchinson S., Kantor G., Burgard W., Kavraki L., Thrun S. (2005) Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations. MIT Press.
  6. Jaillet L., Cortes J.,Simeon T. (2010) Sampling-based path planning on configuration-space costmaps. IEEE Transactions on Robotics 26(4), 635-646.
  7. Kavraki L. E., Svestka P., Latombe J.-C., Overmars M. H. (1996) Probabilistic roadmaps for path planning in high-dimensional configuration spaces. IEEE Transactions on Robotics and Automation 12(4), 566-580.
  8. Kuffner J. J., LaValle S. M. (2000) RRT-Connect: An efficient approach to single-query path planning. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation, 995-1001, San Francisco, USA.
  9. Latombe J.-C. (1991) Robot motion planning. Kluwer, Boston,MA.
  10. LaValle S. (2006) Planning Algorithms. Cambridge University Press, Cambridge, U.K.
  11. Menassa R., VriesW. D. (1991) Optimization methods applied to selecting support positions in fixture design. ASME J. of Engineering for Industry 113(4), 412-418.
  12. Ratliff N., Zucker M., Bagnell J. A., Srinivasa S. (2009) CHOMP: Gradient Optimization Techniques for Efficient Motion Planning. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
  13. Russell S., Norvig P. (1995) Artificial Intelligence: A Modern Approach. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.
  14. Sela M. N., Gaudry O., Dombre E., Benhabib B. (1997) A reconfigurable modular fixturing system for thin-wal led flexible objects. Int. J. of Adv. Manufacturing Technology 13(9), 611-617.
  15. Szynkiewicz W., Błaszczyk J. (2011) Optimization-based approach to path planning for closed-chain robot systems. International Journal of Applied Mathematics and Computer Science 21(4), 659-670.
  16. Szynkiewicz W., Zielińska T., Kasprzak W. (2010) Robotized machining of big work pieces: Localization of supporting heads. Frontiers of Mechanical Engineering in China 5(4), 357-369.
  17. Youcef-Toumi K., Liu W., Asada H. (1988) Computer-Aided Analysis of Reconfigurable Fixtures and Sheet Metal Parts for Robotics Drilling. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 4(3-4), 387-393.
  18. Zefran M., Kumar V. (1997) A variational calculus framework for motion planning. In: IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA, 415-420.