РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ УСРОЙСТВ И СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРОЕКТА РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА В СРЕДЕ РИМ ТЕАМСЕХТЕИ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ДИСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА К ПРОЕКТУ
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 9
2 ОРГАНИЗАЦИОННО-ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 41
3 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ 54
4 НОРМАТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ 58
5 МЕТОДИКО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 59
5.1 Предпроектная стадия 64
5.2 Стадия концептуального проектирования 67
5.2.1 Концептуальное проектирование механической системы 82
5.1.1 Концептуальное проектирование электромеханической системы 89
5.1.1. Концептуальное проектирование системы управления 139
5.2. Стадия технического проекта 152
5.4.1. Техническое проектирование механической системы 157
5.4.2. Техническое проектирование электромеханической системы 164
5.4.3. Техническое проектирование электронной системы 170
5.4.4. Техническое проектирование сенсорной системы 175
5.4.5. Техническое проектирование электрической системы 176
5.4.6. Программирование на этапе технического проекта 179
5.5. Стадия разработки и оформления проектной документации 180
6 ФОРМУЛИРОВКА И АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИЙ «ДИСТАНЦИОННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ», «ДОМАШНЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ», «ВИРТУАЛЬНОГО КБ»
185
7 СОЗДАНИЕ СТРУКТУРЫ ПРОЕКТА РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ В
СИСТЕМЕ РБМ/РЬМ ТЕАМСЕИТЕИ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ВОЗМОЖНОСТИ
ДИСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА К ПРОЕКТУ 190
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 199
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 205
ПРИЛОЖЕНИЕ А 209
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 230
ПРИЛОЖЕНИЕ В 233
В проектировании робототехнических изделий на сегодня, отсутствует систематичность, процессы разобщены и носят преимущественно последовательный характер, информация для обмена между участниками проекта не формализована, нет объединяющего стержня, общей структуры проекта имеющей функциональный характер и выраженной в виде концептуальной платформы. Помимо сказанного нет эффективной методики и, в частности, достаточной проработки междисциплинарного взаимодействия, не учитываются должным образом требования, ход проекта остается невидим для большинства участников, и, как следствие, не обеспечивается согласованность интерфейсов внутренних систем готового изделия, требуется исправление и большее количество итераций проектирования, сроки проекта срываются. И в добавок, не учитываются и не используются широкие возможности и возрастающее значение сетевых технологий хранения и передачи информации, развивающиеся и набирающие популярность облачные технологии, ввиду чего, не получает наполнения понятие «дистанционное проектирование». Постепенное технологическое перевооружение предприятий и развитие таких технологий, как «быстрое прототипирование» или «гибридная обработка» так же пока не учитываются в проектировании, хотя и оказывают на него влияние.
Акцент внимания именно на робототехнике обусловлен её высокой наукоёмкостью и многодисциплинарной структурой, что делает робототехническое изделие подходящим объектом рассмотрения в рамках данной работы. Робототехника имеет свою специфику, которую приходится учитывать при проектировании, как правило, она состоит из мехатронных модулей и сама является в принципе мехатронной системой. То есть один из основных признаков робототехники - это осуществление движения в физическом пространстве. При этом цель мехатронной системы состоит в реализации управляемого движения с заданной точностью, тогда как цель робототехнической системы может иметь узкую специфику, лишь использующую управляемое движение, от перемещения сторонних объектов и самой системы в пространстве, сварки, покраски или формообразования этих объектов до анализа входящей информации, выработки алгоритма интеллектуального поведения и реализации этого алгоритма.
Разработка методической базы проектирования таких систем позволит ускорить работу команды проектировщиков, благодаря четкому пониманию и видению цели и всех действующих процессов её достижения, а так же интегрированному взаимодействию участников команды, синхронизации их инструментов в условиях общей структуры проекта на всех его этапах.
Любое серьезное, а тем более высокотехнологичное и наукоемкое изделие проходит стадию проектирования. Сложно переоценить значение этой стадии, ведь во время неё идея преобразуется в подробные инструкции к объективному представлению и созданию проектируемого изделия - техническую документацию. Проект - это последовательность взаимосвязанных событий, которые происходят в течение ограниченного периода времени и направлены на достижение неповторимого, но в то же время определенного результата [1]. При этом речь идет о проекте, обеспечивающим высокую конкурентоспособность изделия в условиях современной действительности, которая требует сжатые сроки проекта, минимальную стоимость изготовления опытных образцов и быстрое доведения их до статуса готового изделия, а так же высокие качественные и эстетические показатели этого изделия. В нашем случае цель проекта - разработка технической документации, которая включает в себя конструкторскую, программную, технологическую, эксплуатационную и состоит из документированной информации необходимой и достаточной для изготовления изделия в соответствии с требованиями и эффективной его эксплуатацией. В качестве заданных требований при проектировании, как правило, выступают технические требования (ТТ), техническое задание (ТЗ), технические условия (ТУ), требования государственных или межгосударственных стандартов и иных нормативных документов, распространяющихся на проектируемое изделие. Понятие «Документ» регламентируется ГОСТ Р 7.0.8.-2013, и в частности, может быть представлен как в электронном, так и рукописном виде, должен быть зафиксирован на носителе, иметь юридическую значимость, целостность, унифицированную форму, подписание (подпись), гриф согласования, даты значимых событий (утверждения, изменения и др.), место составления и пр. ГОСТом 34.10-2002 узаконена электронная цифровая подпись, которая может иметь как программную, так и аппаратную реализацию. На сегодняшний день процессы бумажного документооборота активно вытесняются электронным. Безусловно, это касается и технической документации, развитие компьютерного проектирования позволило создавать и изменять её в электронном виде. Особенность технической, а в частности конструкторской документации - в широком многообразии форм представления информации: текстовая, изобразительная, графическая (2Э, 30), аудиовизуальная, фото, видео. Следует отметить, что до 50-х годов прошлого века основными конструкторскими документами были чертеж и спецификация, а основными инструментами проектирования - карандаш, бумага, линейка и циркуль. С развитием технических средств (первые ЭВМ) и математических моделей (теория В-сплайнов, кривые Безье) стало возможно осуществление новых технологий проектирования на базе компьютерной техники. Параллельное стремительное увеличение сложности и наукоёмкости проектируемых изделий сделало реализацию этих технологий необходимой и неизбежной перспективой. Создание технической документации с помощью традиционных средств стало представлять значительную сложность. Возросший массив технической информации, её многообразие, потребность в систематизации и структурировании стало дополнительным толчком к развитию систем автоматизированного проектирования (САПР)...
Акцент внимания в работе смещен на реализацию используемой системы PDM в облаке, размещенном на сервере центра обработки данных УрФУ, что позволило имитировать разработку конструкции изделия в рамках концепции «Домашнего проектирования». Задача в данной работе формировалась в общем виде в соответствии с принципами системного инжиниринга: спроектировать манипулятор промышленного робота с учетом требований технического задания и государственных стандартов и с учетом всех входящих в него подсистем (механическая, электронная, сенсорная, электрическая, программная). Для имитации командной работы и исследования концепции «Виртуального КБ» в проекте, помимо меня, приняли участие два студента-бакалавра, в задачи которых входило обоснование общих проектных решений по используемой в манипуляторе приводной технике (электромеханической системе) и управляющей (электронной) системе на основании задания, полученного в результате формирования мной общих проектных решений. Взаимодействие и информационный обмен осуществлялся через «тонкий клиент» Teamcenter. Результат их работы будет представлен в рамках двух выпускных квалификационных работах и с момента получения задания не зависит от результата данной работы.
Выбор в качестве проектируемого робототехнического изделия именно манипулятора промышленного робота обусловлено тремя основными причинами:
1. Среди широкого многообразия робототехнических устройств на сегодняшний день можно выделить три типа роботов: мобильные, основная функция которых - транспортная (роботизированные тележки, роботы-гексоподы, квадрокоптеры и пр.), манипуляционные, основная задача которых взаимодействовать, воздействовать и изменять окружающее пространство, комбинированные, объединяющие в себе транспортную и манипуляционную функции. Т.к. объектом исследования автора в рамках дипломного проекта курса специалитета являлся мобильный робот (см. рис. 1), было принято решение акцентировать внимание в магистерской диссертации на исследовании робота манипуляционного типа для обеспечения более широкого личного развития в сфере робототехники.
2. В главе 1 было обозначено несколько основных сфер применения роботов (промышленность, строительство, горные работы, медицина, экстремальные условия, военная сфера, охрана, сельское хозяйство, быт, развлечения). Принимая во внимание факт обучения автора по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств», становится очевидным предпочтение, отданное именно промышленному роботу.
3. Кафедра электронного машиностроения Уральского Федерального Университета на момент написания данной работы имеет в составе своего парка технического оснащения универсальный фрезерно-гравировальный станок с числовым программным управлением МПХ-40А (см. рис. 2) и рабочим объемом 305х305х105 мм для обработки заготовок из пластика, латуни, магния, алюминия, меди и пр. Поэтому, для поддержки на кафедре учебной, научно-практической и научно-исследовательской деятельности было предложено создать гибкую автоматизированную ячейку, состоящую из упомянутого станка и робота- манипулятора для его обслуживания с возможностью дистанционного управления этой ячейкой через сеть Internet, используя персональный компьютер (см. рис. 2) и видеокамеру. Данная формулировка являлась частью технических требований для инициации начала ОКР по разработке конструкции манипулятора, удовлетворяющей им. Для начала была построена точная копия упомянутого станка в виде 3Э-модели (см. рис. 3), и окружение, в котором он находится (см. рис. 4). Далее была определена геометрия заготовки (см. рис. 5) и её масса (270 г. для алюминия и 900 г. для меди), для перемещения которой, манипулятор будет предназначен. При этом было решено обеспечить возможность присоединения схвата любого типа, в том числе, например схвата с ваакумным зажимом для перемещения и помещения кристаллов кремния в станок. Данная информация являлась входной для проектирования, которое велось в соответствии с методами, подробно описанными в главе 5...
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
