Roboter Assemblée vun Automotive Drot Harnesser

Nei Fuerschung suggeréiert datt sechs-Achs Roboter kënne benotzt ginn fir Autosleitungen ze installéieren.

Vum Xin Yang

Quell: https://www.assemblymag.com/articles/92264-robotic-assembly-of-automotive-wire-harnesses

Multi-Achs Roboter Waffen maachen eng breet Varietéit vu Prozesser an Automotive Versammlungsanlagen, dorënner Molerei, Schweißen a Befestigung.

Wéi och ëmmer, och mat Fortschrëtter an der Automatiséierungstechnologie, kënnen e puer Prozesser nach ëmmer net fäerdeg sinn ouni qualifizéiert mënschlech Assembler. D'Aufgab fir Drotbunnen an Autokierperen z'installéieren ass eng sou Aufgab déi traditionell schwéier fir Roboteren war.

Et gouf e puer fréier Fuerschung am Zesummenhang mat de Probleemer fir deforméierbar linear Objeten, wéi Drot oder Schlauch, mat Roboter ze handhaben. Vill vun dësen Studien konzentréiert sech wéi mat topologeschen Iwwergang vun deformable linear Objeten ëmgoen. Si hu probéiert Roboter ze programméieren fir Knuet ze bannen oder Schleifen mat Seel ze kreéieren. Dës Studien hunn mathematesch Knottheorie applizéiert fir déi topologesch Iwwergäng vum Seel ze beschreiwen.

An dësen Approche gëtt en deforméierbare linearen Objet an dräi Dimensioune fir d'éischt an en zweedimensionalen Plang projizéiert. D'Projektioun am Fliger, déi als gekräizte Kéiren bewisen gëtt, kann gutt beschriwwe ginn a behandelt ginn mat Knuettheorie.

Am Joer 2006 huet e Fuerschungsteam gefouert vum Hidefumi Wakamatsu, Ph.D., vun der Osaka Universitéit a Japan eng Method entwéckelt fir deforméierbar linear Objete mat Roboteren ze knuten an ze knacken. Si definéiert véier fundamental Operatiounen (dorënner, dräi sinn gläichwäerteg Reidemeister Beweegunge) néideg fir engem Iwwergank tëscht all zwee Drot Kräizgang Staaten ofgeschloss. D'Fuerscher hunn gewisen datt all Knotting oder Unknotting Operatioun, déi an sequentiell topologesch Iwwergänge zerstéiert ka ginn, kann erreecht ginn andeems se eng sequentiell Kombinatioun vun dëse véier fundamental Operatiounen benotzen. Hir Approche gouf verifizéiert wéi se fäeg waren e SCARA Roboter ze programméieren fir e Seel op engem Schreifdësch ze knuten.

Ähnlech hunn d'Fuerscher gefouert vum Takayuki Matsuno, Ph.D., vun der Toyama Prefectural University zu Imizu, Japan, eng Method entwéckelt fir e Seel an Dräi-Dimensioune mat zwee Roboterarme ze knuten. Ee Roboter huet d'Enn vum Seel gehalen, während deen aneren et geknuppt huet. Fir déi dreidimensional Positioun vum Seel ze moossen, gouf Stereo Visioun benotzt. Den Zoustand vum Knuet gëtt mat Knuetinvarianten anstatt Reidemeister Beweegungen beschriwwen.

A béide Studien goufen d'Roboter mat engem klassesche, zwee-Fanger parallele Gripper mat nëmmen engem Fräiheetsgrad ausgestatt.

Am Joer 2008 huet e Fuerschungsteam gefouert vum Yuji Yamakawa vun der University of Tokyo eng Technik bewisen fir Seel ze knuten mat engem Roboter ausgestatt mat enger Héichgeschwindeg Multi-Finger Hand. Mat engem méi dexterous Gripper-inklusiv Kraaft an Dréimoment Sensoren an de Fanger montéiert-Operatiounen wéi "Seel Permutatioun" méiglech ginn, souguer mat engem Aarm. Seel Permutatioun bezitt sech op d'Operatioun fir d'Plaze vun zwee Seeler auszetauschen andeems se se verdreift wärend d'Seeler tëscht zwee Fanger knipsen.

Aner Fuerschungsprojete hu sech op d'Léisung vu Probleemer konzentréiert am Zesummenhang mam roboteschen Ëmgank mat deformablen linearen Objeten op der Versammlungslinn.

Zum Beispill, Tsugito Maruyama, Ph.D., an e Team vu Fuerscher bei Fujitsu Laboratories Ltd. E Roboterarm gouf benotzt fir Signalkabelen an de Klameren anzesetzen. Zwee Technologien ware kritesch fir hire System z'erméiglechen ze schaffen: e Multiplanar Laser Liichtprojektor an e Stereo Visiounssystem.

De Jürgen Acker a Fuerscher vun der Kaiserslautern University of Technology an Däitschland hunn eng Method entwéckelt fir 2D Maschinnvisioun ze benotzen fir ze bestëmmen wou a wéi en deformable linear Objet (an dësem Fall en Automobilkabel) Objekter an der Ëmwelt kontaktéiert.

Baséierend op all dës Fuerschung hu mir versicht e praktesche Robotersystem z'entwéckelen fir Drotbunnen op enger Automobilversammlungslinn z'installéieren. Och wann eise System am Labo entwéckelt gouf, sinn all d'Konditioune, déi an eisen Experimenter beschäftegt sinn, vun enger realer Autosanlag referenzéiert. Eist Zil war et d'technesch Machbarkeet vun esou engem System ze demonstréieren a Beräicher ze bestëmmen wou weider Entwécklung néideg ass.

Drot Harness Assemblée

En Autoskabel besteet aus multiple Kabelen, déi mat elektresche Band gewéckelt sinn. Et huet eng Bam-ähnlech Struktur mat all Branche verbonne mat engem spezifeschen Instrument. Op der Versammlungslinn befestegt en Aarbechter d'Garness manuell un den Instrumentpanelrahmen.

E Set vu Plastiksklemmen sinn an d'Draadbunn gebonnen. Dës Klamere korrespondéiere mat Lächer am Instrumentpanelrahmen. D'Befestegung vum Gürtel gëtt erreecht andeems d'Klameren an d'Lächer setzen. E Robotersystem fir d'Installatioun vun der Harnas muss also zwee Grondprobleemer léisen: wéi een den Zoustand vun engem Drothäre moosst a wéi een et handelt.

En Drotschnouer huet komplex kierperlech Eegeschaften. Wärend der Montage weist et souwuel elastesch Verformung a plastesch Verformung. Dëst mécht et schwéier e präzisen dynamesche Modell ze kréien.

Prototyp System

Eise Prototyp Harness Assemblée System besteet aus dräi, kompakt sechs-Achs Roboteren virun engem Instrument Panel Frame positionéiert. Den drëtte Roboter hëlleft bei der Positionéierung an der Grëff vum Gürtel.

All Roboter ass mat engem zweefinger parallele Gripper mat engem Fräiheetsgrad ausgestatt. D'Gräperfinger hunn zwee Indentatiounen: eng fir d'Garneklemmen ze halen, déi aner fir d'Segmenter vum Harnas selwer ze halen.

All Endeffektor ass och mat zwou CCD Kameraen an engem Laser Range Sensor ausgestatt. Déi zwou Kameraen hunn ënnerschiddlech Brennwäit fir eng grouss Déift vum Feld ze bidden. De Laser Range Sensor gëtt benotzt wann präzis Messung un engem Drotsegment néideg ass. Ronderëm d'Aarbechtszell sinn 10 zousätzlech fixe-Positiounskameraen op d'Aarbechtsberäich aus verschiddene Richtungen. Inklusiv d'Kameraen, déi op den Endeffektoren montéiert sinn, beschäftegt eise System insgesamt 16 Visiounskameraen.

D'Unerkennung vum Gürtel gëtt mat der Maschinnvisioun erreecht. E speziell entworfene Plastikdeckel ass un all Gürtelklemm befestegt. D'Deckele hunn geometresch Mustere déi mat ARToolKit Software gelies ginn. Dës Open-Source Software gouf ursprénglech fir augmentéiert Realitéit Uwendungen entworf. Et bitt eng Rei vun einfach ze benotzen Bibliothéike fir d'Marker z'entdecken an z'erkennen. D'Kamera liest d'Markéierer fir d'relativ Positioun vum Gürtel ze bestëmmen.

All Clamp Cover huet säin eegent geometrescht Muster. D'Muster erzielt dem Roboter Controller d'relativ Positioun vum Gürtel am Raum, souwéi Informatioun iwwer dat Segment vum Gürtel (wéi zum Beispill wou dat Segment um Panelrahmen positionéiert soll sinn).

Déi fix Kameraen ronderëm d'Aarbechtszell liwweren rau Positiounsinformatioun iwwer all Harnessklemm. D'Positioun vun enger spezifescher Gürtelklemm gëtt geschätzt andeems d'Positioun vun den ugrenzende Klameren interpoléiert gëtt. Den Endeffektor gëtt guidéiert fir op d'Zilklemm mat Positiounsinformatioun ze kommen, déi vun de fixe Kameraen kritt gëtt - bis d'Handgelenkkamera d'Zil fënnt. Vun deem Moment un gëtt Roboterleitung eleng vun der Handgelenkkamera geliwwert. D'Präzisioun, déi vun der Handgelenkkamera an där kuerzer Distanz zur Verfügung gestallt gëtt, garantéiert zouverlässeg Grëff vun de Klameren.

En ähnleche Prozess gëtt benotzt fir e deformable Segment vum Drotbunn ze begräifen. D'Positioun vum Zilsegment gëtt fir d'éischt geschätzt andeems d'Positioun vun ugrenzend Klameren interpoléiert gëtt. Well déi interpoléiert Kurve net präzis genuch ass fir de Roboter ze guidéieren, gëtt de geschätzte Gebitt dann vum Laserscanner gescannt. De Scanner emittéiert e planare Strahl mat enger bestëmmter Breet. Déi genee Positioun vum Segment kann dann aus dem Distanzprofil vum Lasersensor festgeluecht ginn.

D'Markéierer vereinfachen immens d'Miessung vum Drothär. Obwuel d'Clamp Covers d'Käschte vum System erhéicht hunn, verbesseren se d'Zouverlässegkeet vum System staark.

Harness Ëmgank

D'Garnessklemm ass entwéckelt fir mat engem Lach am Panelrahmen ze passen. Sou gräift de Gripper eng Klammer un der Basis an setzt seng Zeh an d'Lach.

Zousätzlech ginn et e puer Occasiounen, an deenen et néideg ass en Drotsegment direkt ze handhaben. Zum Beispill, a ville Prozesser muss ee Roboter d'Garness formen ier en anere Roboter seng Aarbecht kann ausféieren. An esou engem Fall huet ee Roboter missen eng Klammer orientéieren sou datt se vun engem anere Roboter erreecht ka ginn. Deen eenzege Wee fir dëst ze maachen war en Emgéigend Drotsegment ze verdreiwen.

Am Ufank hu mir probéiert den Drot ze formen andeems se seng ugrenzend Klemm verdreift. Wéinst der gerénger Torsiounssteifheet vum Drotsegment huet dat awer onméiglech bewisen. A spéider Experimenter huet de Roboter d'Draadsegment direkt gegraff a gebéit. Wärend dësem Prozess gëtt d'Positioun vun der Zilklemm vun den Ëmgéigend Kameraen iwwerwaacht. De Béieprozess wäert weidergoen, bis d'Orientéierung vun der Zilklemm mat engem Referenzwäert fällt.

Verifikatioun Experimenter

Wann mir e Prototyp Assemblée System entwéckelt hunn, hu mir eng Serie vun Experimenter gemaach fir et auszeprobéieren. De Prozess fänkt mat de Roboteren un, déi en Drothär aus engem Hanger ophuelen. Si setzen dann aacht Gürtelklemmen an de Panelrahmen. De Prozess endet mat de Roboter zréck an déi initial Standby Positioun.

De rietsen Aarm setzt Klameren 1, 2 an 3. Den Zentralarm setzt Klameren 4 a 5, an de lénksen Aarm setzt Klameren 6, 7 an 8.

Clamp 3 an agesat éischt, gefollegt vun clamps 1 an 2. Clamps 4 duerch 8 sinn dann an numeresch Uerdnung agesat.

D'Bewegungssequenz vun de Roboter Waffen gouf mat Hëllef vun Simulatiounssoftware generéiert. E Kollisiounserkennungsalgorithmus huet verhënnert datt d'Roboteren an Objeten an der Ëmwelt oder anenee klappen.

Zousätzlech goufen e puer Operatiounen an der Bewegungssequenz generéiert andeems se mënschlech Versammlungen referenzéieren. Fir dësen Zweck hu mir d'Beweegunge vun den Aarbechter wärend der Versammlung ageholl. D'Daten enthalen souwuel d'Bewegung vum Aarbechter wéi och dat entspriechend Verhalen vum Drothär. Net iwwerraschend ass d'Bewegungsstrategie vun engem Aarbechter dacks méi effektiv bewisen wéi déi vun de Roboter.

Twisting Kontroll vun Drot Segmenter

An eisen Experimenter hu mir heiansdo Schwieregkeete getraff fir d'Klammen ze setzen, well et onméiglech war de Gripper fir d'Aufgab ze positionéieren. Zum Beispill, Clamp 5 soll direkt no Clamp 4 op de Frame fixéiert ginn. Wéi och ëmmer, d'Garness-Segment lénks vun der Klammer 4 géif onbestänneg erofgoen, wat et schwéier mécht fir den Zentrumroboter d'Klemm 5 fir d'Insertioun ze positionéieren.

Eis Léisung fir dëse Problem war d'Zildrot-Segment vir ze formen fir en erfollegräiche Grëff ze garantéieren. Als éischt gëtt d'Klemm 5 vum lénksen Roboter opgehuewen andeems de Drahtsegment bei der Klammer 5. Dann gëtt d'Orientéierung vum Klemm 5 geregelt andeems de Torsiounszoustand vum Drotsegment kontrolléiert. Dës Pre-shaping Operatioun garantéiert datt de spéider Grip vun der Clamp 5 ëmmer an der gëeegenter Positioun ausgefouert gëtt.

Zesummenaarbecht tëscht Waffen

An e puer Situatiounen erfuerdert d'Assemblée vun engem Drahthärte mënschlech-ähnlech Zesummenaarbecht tëscht multiple Roboterarm. Asetzen vun clamp 1 ass e gutt Beispill. Wann d'Klemm 2 agebaut ass, wäert d'Klemm 1 falen. D'Plaz verfügbar fir d'Klammen 1 ze setzen ass limitéiert, an et ass schwéier de Gripper ze positionéieren wéinst dem Risiko fir mat der Ëmgéigend ze kollidéieren. Ausserdeem huet d'praktesch Erfarung eis geléiert dës Operatioun ze vermeiden mat deem Segment vum Drot ze droopéieren, well et kéint dozou féieren datt Drotsegmenter vun der Ëmgéigend Frame a spéider Operatioune gefaange ginn.

Eis Léisung fir dëse Problem gouf vum Verhalen vu mënschlechen Aarbechter inspiréiert. E mënschlechen Aarbechter koordinéiert einfach d'Benotzung vu sengen zwee Waffen fir eng Aufgab ze kompletéieren. An dësem Fall géif en Aarbechter einfach Clamp 4 mat enger Hand asetzen, a gläichzäiteg d'Positioun vum Drotsegment mat der anerer Hand ugepasst. Mir hunn d'Robotere programméiert fir déiselwecht Strategie ëmzesetzen.

Plastesch Deformatioun

An e puer Situatiounen war et schwéier den Drot Segment viraus ze formen andeems se zwee Roboter kooperativ benotzen. De Prozess fir d'Klemm 6 ze setzen ass e gutt Beispill. Fir dës Operatioun hu mir erwaart datt de lénke Roboterarm en an de Frame géif setzen, well et deen eenzege Roboterarm ass, deen d'Zil erreechen kann.

Wéi sech erausstellt, konnt de Roboter am Ufank net un d'Klemm erreechen. Wann de Controller feststellt datt d'Klemm net erreechbar ass, probéiert de Roboter den Drotsegment no bei der Clamp ze gräifen anstatt d'Klemm selwer ze gräifen. De Roboter verdréit a biegt dann d'Segment fir d'Clamp Gesiicht méi no lénks ze dréinen. E Segment e puer Mol ze béien ass normalerweis genuch fir seng Positioun z'änneren. Wann de Segment eng adequat Positioun ass fir ze gräifen, wäert de Roboter en anere Versuch maachen fir d'Zielklemm ze gräifen.

Conclusiounen

Schlussendlech konnt eise Robotersystem aacht Klameren an den Instrumentpanelrahmen mat enger Duerchschnëttszäit vun 3 Minutten installéieren. Och wann dës Geschwindegkeet nach ëmmer wäit vun der Noutwendegkeete fir praktesch Uwendung ass, beweist se d'technesch Machbarkeet vun der Roboter Drot Harness Assemblée.

Verschidde Probleemer musse geléist ginn fir de System zouverlässeg a séier genuch fir praktesch Industrieapplikatioun ze maachen. Als éischt ass et wichteg datt d'Draadbunnen virgeformt sinn fir Robotermontage. Am Verglach mat Knuet- an Unknotting-Operatiounen ass den Torsiounszoustand vun eenzelne Drotsegmenter kritesch fir d'Installatioun vum Drotkabel, well d'Roboter Deeler handhaben, déi an d'Garness gebonnen sinn. Zousätzlech, e Gripper equipéiert mat verdréint Grad vu Fräiheet géif och hëllefen mat der Harness Installatioun.

Fir d'Geschwindegkeet vum Prozess ze verbesseren, sollt dat dynamescht Verhalen vum Drot berücksichtegt ginn. Dëst ass evident an de Filmstudien vu qualifizéierten Aarbechter, déi Drotbunnen asetzen. Si benotze béid Hänn a qualifizéiert Bewegung fir déi dynamesch Schwéngung vum Drot ze kontrolléieren an doduerch d'Ëmgéigend Hindernisser ze vermeiden. Beim Ëmsetzung vun der Roboterversammlung mat enger ähnlecher Geschwindegkeet wäerte speziell Approche noutwendeg sinn fir dat dynamescht Verhalen vum Drot z'ënnerdrécken.

Och wa vill vun den Approchen, déi an eiser Fuerschung beschäftegt sinn, einfach sinn, hu mir erfollegräich automatesch Montage mat eisem Prototyp Robotersystem demonstréiert. Et gëtt Potenzial fir Automatiséierung mat dësen Aarte vun Aufgaben.