. ISBN 5-217-Q0614-5
Справочник, подготовленный профессором Ш. Нофом (США), содержит богатый фактический материал о развитии робототехники в США, ФРГ, Великобритании, Японии, Швеции и Франции. Читателям предлагаются полезные и многочисленные сведения по конструкциям, системам управления и информационному обеспечению роботов, рекомендации по применению роботов в ГПС. .В книгу 1 включены темы: перспективы развития, механика, управление, искусственный интеллект, экономические аспекты, анализ робототехнических систем.
Для инженеров и руководителей промышленных предприятий и конструкторских бюро. мпопопппп_ntt
ПГЛАКЛКНИЕ
ОГЛАЕ
Предисловие. Заглядывая в грядущее 15 Предисловие редактора ...... 17
Часть 1. РАЗВИТИЕ ПРОМЫШЛЕН- 19
НЫХ РОБОТОВ .....
Глава 1. Исторические перспективы
промышленной робототехники 19
Глава 2. Роль роботов в автоматизации ..... .... 22
2.1. Некоторые перспективы промышленной автоматизации 22
2.2. Роботы и металлообработка ........23
2.3. Перспективы роботизации 28 Список литературы .... 29
Глава 3. Роботы и искусственный интеллект . .......30
3.1. Введение .....30
3.2. Робототехнические системы .........30
3.2.1. Робототехнические системы первого поколения ........30
3.2.2. Робототехнические системы второго поколения ........31
3.2.3. Робототехнические системы третьего поколения ........31
3.3. Интеллектуальные ро-бототехнические системы . 31
3.3.1. Адаптивные роботы, включенные в сеть связи .......31
3.3.2. Программирование адаптивного робота . . 32
3.4. Дальнейшее развитие интеллектуальных робототехни-чееких систем......33
3.5. Заключение.....36
Часть 2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБО- „7 ТОВ.........
Глава 4. Устройство механической части промышленных роботов 37 4.1. Процесс проектирования 37
4.2. Принципы проектирования .........38
4.2.1. Технические характеристики системы . . 38
4.2.2. Конфигурация системы .......38
4.2.3. Технические характеристики манипулятора 39
4.3. Проектирование основных устройств.....41
4.3.1. Структуры манипуляторов .....41
4.3.2. Сочленения . . 42
4.3.3. Приводы ... 43
4.3.4. Передачи ... 45
4.3.5. Соединительные кабели и магистрали . . 47
4.4. Алгоритмы расчета приводов и передаточных отношений ......47
4.4.1. Максимальное ускорение манипулятора при ограниченном усилии, развиваемом приводом ....... 47
4.4.2. Влияние массы нагрузки на скоростные характеристики . . . . 48
4.4.3. Выбор двигателя, обеспечивающего максимальное ускорение . . 49
4.4.4. Выбор электродвигателя для заданной системы .......50
4.4.5. Определение оптимального передаточного отношения для систем с ограниченной скоростью 50
4.5. Заключение .... 51 Списбк литературы . . . . 51
Глава 5. Устройство механической части робототехнической системы ........ 52
5.1. Устройство промышленного робота ......52
5.1.1. Кинематика . . 52
5.1.2. Вариант установки ........57
5.2. Специализация конструкции робота.....57
5.2.1. Окраска распылением.......57
5.2.2. Точечная сварка . 57
5.2.3. Дуговая сварка . 58
5.2.4. Сборка .... 58
5.2.5. Перемещение деталей . •.....58
5.3. Содержание и основные этапы процесса проектирования .........59
5.3.1. Организационная структура .....59
5.3.2. Этапы процесса проектирования ... 59
5.4. Требования, определяемые при анализе рабочего* места ........59
5.5. Составление описания робототехнической системы 60
5.6. Подготовка к системному проектированию ... 60
5.6.1. Геометрическая подвижность .... 60
5.6.2. Согласование кинематической схемы и устройства управления 60
5.6.3. Силы и моменты . 60
5.6.4. Выбор материалов .......61
5.7. Декомпозиция процесса проектирования.....61
5.7.1. Выбор приводов . 61
5.7.2. Выбор внутренних датчиков .....62
5.7.3. Передачи ... 62
5.7.4. Подшипники . 63
5.7.5. Муфты .... 63
5.8. Рабочее проектирование 68
5.9. Уязвимые места конструкции ......69
5.10. Примеры .....71
5.10.1. Модульное проектирование сборочного робота — модель FMS фирмы сБош> .... 71
5.10.2. Ангулярный робот с горизонтальными осями вращения — РТЗООН фирмы «Дайнити Кико> ......74
5.10.3. Гидравлический робот с цилиндрической системой координат ZFTIIIL......78
5.10.4. Универсальный робот с 'шестью степенями подвижности—модель 1R100 фирмы КУКА ......78
5.11. Заключение .... 79 Список литературы ... 80 Список дополнительной литературы ........80
Глава 6. Кинематика и динамика . . 81
6.1. Введение .....81
6.2. Кинематика .... 82
6.2.1. Однородное преобразование .... 82
6.2.2. Прямая кинематическая задача . ... 83
6.2.3. Положение и ориентация в системе координат звена.....83
6.2.4. Скорость перемещения рабочего органа . . 84
6.2.5. Ускорения звеньев 85
6.2.6. Обратная кинематическая задача ... 85
6.2.7. Параметры положения сочленения . . 86
6.2.8. Скорости сочленений ........90
6.2.9. Ускорения сочлене- • ний........90
6.3. Динамика манипулятора 90
6.3.1. Разомкнутая схема 90
6.3.2. Обратная динамическая задача .... 91
6.3.3. Прямая динамическая задача.....92
6.3.4. Общие программы расчета манипуляторов 93
6.4. Заключение . . .' . 93 Список литературы .... 93
Глава 7. Устройство захватов ... 94
7.1. Введение .....94
7.2. Захват и захватывание . 95
7.3. Захваты промышленных роботов........97
7.4. Анализ сил.....100
7.5. Гибкость и упругость . 102
7.6. Датчики на захватах . . 103
7.7. Правила проектирования пассивных захватов . . . 103
7.8. Правила проектирования активных захватов и запястий .........104
Список литературы .... 106
Глава 8. Устройство антропоморфных
захватов........ 107
8.1. Введение ..... 107
8.2. Функции захватов . . 107
8.3. Классификация захватов 108
8.4. Приводы захватов . . 109
8.5. Механические захваты . 111
8.5.1. Механический захват с двумя пальцами . 111
8.5.2. Антропоморфные захваты с тремя и пятью пальцами .....П9
8.6. Универсальные захваты . 122 Список литературы . . . .124 Список дополнительной литературы ........125
Глава 9. Устройство телеуправляемых
манипуляторов ..... 125
9.1. Подсистемы телеуправляемых устройств и терминология .......• 126
9.2. Классификация телеуправляемых устройств . . .127
9.3. Проектирование телеуправляемых устройств . . .128
9.3.1. Измерение производительности телеуправляемых устройств . .128
9.3.2. Формальное описание задания.....129
9.3.3. Конструктивные характеристики телеуправляемых устройств . 130
9.4. Оценка производительности .........130
9.4.1. Зависимость времени выполнения операции от коэффициента сложности для различных частотных характеристик, мертвого хода и трения ......130
9.4.2. Зависимость коэффициента временной эффективности от манипулятора и типа задания 135
9.4.3. Продолжительность выполнения элементарных операций . 136
9.5. Заключение .... 137 Список литературы .... 138
Глава 10. Измерение характеристик робота . ........139
10.1. Введение.....139
10.2. Тестовый стенд для промышленных роботов . . . 139
10.3. Измерительные датчики ..........140
10.4. Измеряемые характеристики........140
10.4.1. Геометрические характеристики . . . 140
10.4.2. Кинематические параметры.....146
10.4.3. Мощность и шумовые характеристики 146
10.4.4. Температурные характеристики устройств и среды . . .146
10.4.5. Динамические параметры .... 146
Список литературы .... 146
Часть 3. УПРАВЛЕНИЕ РОБОТОМ 14?
Глава 11. Проектирование систем управления промышленными роботами ........147
11.1. Управление роботами . 147
11.2. Позиционное управление одним звеном .... 150
11.2.1. Устройство уп-
?авления звеном . . . 150 1.2.2. Определение Afg и Ki .......153
11.2.3. Статическая погрешность устройств управления звеном . . . 154
11.2.4. Статическая позиционная погрешность
и ее компенсация . . . 155
11.3. Устройство управления звеном робота при сопровождении конвейера .... 157
'11.3.1. Скоростная по- • грешность и ее компенсация ......157
11.3.2. Компенсация центробежной силы . . 158
11.4. Устройство управления многозвенного манипулятора 158
11.4.1. Динамическое уравнение по Лангранжу158
11.4.2. Взаимосвязь звеньев и ее компенсация .......160
11.4.3. Расчет значений, компенсирующих инерционное взаимодействие 160
11.4.4. Компенсация гравитационной, центробежной и кориолисо-вой сил......164
11.5. Отслеживание траектории многозвенным роботом 165
11.5.1. Аппроксимация траекторий звеньев кубическими полиномами 166
11.5.2. Устройство контурного управления в координатах звеньев . 168
11.6. Устройство адаптивного управления ......169
11.6.1. Модель манипулятора с дискретным модельным временем . 170
11.6.2. Оценка параметров .......170
11.6.3. Устройство контурного . управления . 172
11.6.4. Ожидаемая траектория движения звена 172
11.7. Устройство управления с силомоментной обратной связью ........173
11.8. Заключение .... 174 Список литературы .... 175 Список дополнительной литературы ........177
Глана 12. Робототехника и числовое
управление.......178
12.1. Введение .....178
12.2. Количество осей и системы координат . . . .179
12.2.1. Система координат .......179
12.3. Архитектура системы 180
12.4. Интерполяторы . . .181
12.5. Замкнутые системы сер-воуправления ..... 183
12.6. Программирование . 184
12.7. Адаптивные системы' . 185 Список литературы . . . .186
Глава 13. Датчики интеллектуальных
роботов . ....... 187
13.1. Введение .....187
13.2. Системы технического зрения ........190
13.3. Стереоскопическое зрение в робототехнике . . .192
13.4. Системы тактильного очувствления......193
13.4.1. Построение тактильных датчиков на основе упругих анизотропно проводящих материалов .....195
13.4.2. Построение тактильных датчиков на основе БИС . . . .197
13.5. Датчики усилия и момента сил .......200
13.6. Чувствительные системы индикации близости . . 200
13.7. Заключение . . . .201 Список литературы . . . .201
Глава 14. Системы технического зрения 202
14.1. Машинное зрение . . 202
14.1.1. Выбор технических средств .... 203
14.1.2. Определения . 204
14.2. Получение образов . . 204
14.2.1. Ракурс и освещение ......204
14.2.2. Выбор камеры . 205
14.2.3. Оптическая система камеры .... 206
14.2.4. Интерфейсы . . 206
14.3. Метод однострочного сканирования ..... 207
14.4. Метод прямого сравнения .........208
14.5. Анализ связности . . 209
14.5.1. Кодирование
длин серий.....209
14.5.2. Общее понятие о связности . . . . . 210
14.5.3. Алгоритм определения связности . . . 212
14.5.4. Упрощенный метод анализа связности . 214
14.6. Признаки двоично-квантованных фигур.....214
14.6.1. Элементарные признаки .....214
14.6.2. Интегральные моменты площади фигур .......215
14.6.3. Использование моментов площади. Центроид и аппроксимирующий эллипс.....215
14.6.4. Периметр пятна 216
14.6.5. Списки элементов контуров......217
14.7. Растяжение, сжатие и построение остова . . . .219
14.8. Преобразования полутоновых образов.....221
14.8.1. Пороговая обработка ......221
14.8.2. Выделение границ 222
14.9. Распознавание образов 225
14.9.1. Классификация на основе значений признаков ......225
14.9.2. Распознавание
на основе соответствий 227 Список литературы .... 230
Глава 15. Организация совместной работы робота и системы технического зрения . . . .231
15.1. Введение .....231
15.2. Калибрование робота с использованием языка программирования высокого уровня .........231
15.3. Организация взаимодействия СТЗ и робота без использования языков программирования .....233
15.4. Преобразование координат на этапе обучения . . 234
15.5. Преобразование координат в рабочем режиме . . 235
15.6. Измерение положения робота относительно системы
координат СТЗ.....236
Список литературы .... 237
Глава 16. Стереоскопическое зрение в
робототехнике.....237
16.1. Введение .....237
16.2. Перспективные преобразования и калибрование камер для стереоскопической дальнометрии ..... 238
16.2.1. Общие сведения об объективах телевизионных камер . . . 239
16.2.2. Перспективное преобразование . . .241
16.2.3. Калибрование камеры .......243
16.3. Активные и пассивные стереоскопические системы . 245
16.3.1. Стереоскопические системы, использующие структурированный свет......246
16.3.2. Алгоритм Map-pa — Поджио — Грим-
сона .......248
16.3.3. Алгоритм Барнарда— Томпсона . . 256
16.3.4. Алгоритм Бей-кера — Бинфорда . . 259
16.4. Лазерные датчики . . 261
16.5. Ультразвуковые датчики ..........265
16.6. Краткий библиографический обзор .... 269
Список литературы .... 270
Глава 17. Телеуправление манипуляторами .........272
17.1. Телеуправление манипулятором .......272
17.2. Общие требования к телеуправлению .....273
17.3. Подсистемы очувствления ........275
17.3.1. Дальномерные подсистемы .... 275
17.3.2. Силомоментные подсистемы .... 275
17.3.3. Тактильные подсистемы ......276
17.4. Устройства управления 277
17.4.1. Копирующее управление с силовым за-гружением .... 277
17.4.2. Интерактивное гибридное управление с использованием подсистем очувствления . . 278
17.4.3. Речевое управление .......279
17.5. Отображение телеметрической информации . . 279
17.5.1. Устройства отображения с индикацией события......279
17.5.2. Устройства отображения с переключением формата .... 280
17.6. Заключение .... 280 Список литературы .... 280 Список дополнительной литературы ........281
Часть 4. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РОБОТЫ .......
' 284
Глава 18. Элементы программного обеспечения промышленных роботов .........284
18.1. Введение .....284
18.2. Роль программного обеспечения промышленных роботов ........284
18.3. Современные системы программного обеспечения роботов ........285
18.3.1. Цеховые роботы 286
18.3.2. Системы, ориентированные на язык программирования робота .......285
18.3.3. Основные средства ....... 287
18.4. Основные элементы программного обеспечения роботов .........287
18.4.1. Общее управление .......287
18.4.2. Блок генерации и обслуживания заданий . 289
18.4.3. Интерпретатор заданий......290
18.4.4. Управление движением рабочего органа 292
18.4.5. Средства связи . 294
18.4.6. Сообщения об ошибках и диагностика 295
18.5. Автономный подход (проект ИКАМ ВВС
США) ........296
Список литературы .... 297
Глава 19. Программирование роботов в
режиме обучения .... 298
19.1. Основные понятия программирования в .режиме обучения .......298
19.2. Основные приемы программирования с помощью пульта-приставки .... 301
19.2.1. Задание координат опорных точек . 301
19.2.2. Ввод информации о действиях в процессе обучения . . . 302
19.2.3. Устройство управления робота и пульт-приставка . . 303
19.2.4. Обучение в различных системах координат ......304
19.2.5. Связь перемещений в режимах обучения и воспроизведения 305
19.2.6. Взаимодействие с вспомогательным оборудованием в режиме обучения .....305
19.2.7. Организация ветвления программы . 306
19.2.8. Задание обработки прерываний в режиме обучения . . . 307
Цена: 300руб.
