Majelis Robotik Wire Harnesses Otomotif

Panaliten anyar nuduhake manawa robot enem sumbu bisa digunakake kanggo nginstal sabuk kabel otomotif.

Miturut Xin Yang

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

Lengan robot multi-sumbu nindakake macem-macem proses ing pabrik perakitan otomotif, kalebu lukisan, welding lan fastening.

Nanging, sanajan kanthi kemajuan teknologi otomatisasi, sawetara proses isih ora bisa rampung tanpa assembler manungsa sing trampil. Tugas masang kabel harness ing awak mobil minangka salah sawijining tugas sing biasane angel kanggo robot.

Ana sawetara riset sadurunge sing ana hubungane karo masalah nangani obyek linear sing bisa cacat, kayata kabel utawa pipa, nganggo robot. Kathah panaliten kasebut konsentrasi babagan cara ngatasi transisi topologi obyek linear sing bisa diowahi. Padha nyoba kanggo program robot kanggo dasi knots utawa nggawe puteran karo tali. Panaliten kasebut nggunakake teori simpul matematika kanggo nggambarake transisi topologi tali.

Ing pendekatan iki, obyek linear deformable ing telung dimensi pisanan digambaraken menyang bidang loro-dimensi. Proyeksi ing bidang, sing dituduhake minangka kurva nyabrang, bisa diterangake kanthi apik lan diobati kanthi nggunakake teori knot.

Ing taun 2006, tim riset sing dipimpin dening Hidefumi Wakamatsu, Ph.D., saka Universitas Osaka ing Jepang ngembangake metode kanggo knotting lan unknotting obyek linear deformable karo robot. Dheweke nemtokake papat operasi dhasar (ing antarane, telu padha karo gerakan Reidemeister) sing dibutuhake kanggo ngrampungake transisi antarane rong negara sing nyebrang kabel. Para panaliti nuduhake manawa operasi knotting utawa unknotting sing bisa diurai dadi transisi topologi sing berurutan bisa digayuh kanthi nggunakake kombinasi urutan saka papat operasi dhasar kasebut. Pendekatan kasebut diverifikasi nalika bisa program robot SCARA kanggo simpul tali sing diselehake ing meja.

Kajaba iku, peneliti sing dipimpin dening Takayuki Matsuno, Ph.D., saka Universitas Prefektur Toyama ing Imizu, Jepang, ngembangake metode kanggo simpul tali kanthi telung dimensi kanthi nggunakake rong tangan robot. Siji robot nyekel ujung tali, dene sing liyane simpul. Kanggo ngukur posisi telung dimensi saka tali, sesanti stereo dipunginaaken. Kahanan simpul kasebut diterangake nggunakake invarian simpul tinimbang gerakan Reidemeister.

Ing loro pasinaon, robot padha dilengkapi klasik, loro-driji gripper podo karo mung siji derajat saka kamardikan.

Ing taun 2008, tim riset sing dipimpin Yuji Yamakawa saka Universitas Tokyo nduduhake teknik simpul tali kanthi nggunakake robot sing dilengkapi tangan multi-driji kanthi kacepetan dhuwur. Kanthi gripper luwih dexterous-kalebu gaya lan torsi sensor dipasang ing driji-operasi kayata "tali permutasi" dadi bisa, malah karo siji lengen. Permutasi tali nuduhake operasi ijol-ijolan panggonan rong tali kanthi cara nggulung nalika ngepit tali ing antarane rong driji.

Proyèk riset liyane wis fokus kanggo ngrampungake masalah sing ana gandhengane karo penanganan robot obyek linear sing bisa diowahi ing jalur perakitan.

Contone, Tsugito Maruyama, Ph.D., lan tim peneliti ing Fujitsu Laboratories Ltd. ing Kawasaki, Jepang, ngembangake sistem penanganan kabel kanggo jalur perakitan sing nggawe komponen listrik. Lengan robot digunakake kanggo masang kabel sinyal menyang clasps. Rong teknologi kritis kanggo ngaktifake sistem kasebut: proyektor lampu laser multi-planar lan sistem visi stereo.

Jürgen Acker lan peneliti ing Universitas Teknologi Kaiserslautern ing Jerman ngembangake cara kanggo nggunakake visi mesin 2D kanggo nemtokake ngendi lan carane obyek linear deformable (ing kasus iki, kabel otomotif) kontak obyek ing lingkungan.

Adhedhasar kabeh riset iki, kita nyoba ngembangake sistem robot praktis kanggo nginstal harness kawat ing jalur perakitan otomotif. Sanajan sistem kita dikembangake ing laboratorium, kabeh kahanan sing digunakake ing eksperimen kita dirujuk saka pabrik mobil nyata. Tujuane yaiku kanggo nduduhake kelayakan teknis sistem kasebut lan nemtokake wilayah sing mbutuhake pangembangan luwih lanjut.

Majelis Wire Harness

Sabuk kabel otomotif kasusun saka pirang-pirang kabel sing dibungkus tape listrik. Nduweni struktur kaya wit kanthi saben cabang disambungake menyang instrumen tartamtu. Ing baris perakitan, buruh kanthi manual nempelake sabuk ing pigura panel instrumen.

Seperangkat klem plastik diikat menyang sabuk kawat. Clamps iki cocog karo bolongan ing pigura panel instrument. Lampiran sabuk digayuh kanthi nglebokake klem menyang bolongan. Sistem robot kanggo nginstal sabuk kudu ngrampungake rong masalah dhasar: carane ngukur kahanan kabel, lan cara nangani.

Sabuk kawat nduweni sifat fisik sing kompleks. Sajrone perakitan, nuduhake deformasi elastis lan deformasi plastik. Iki nggawe angel entuk model dinamis sing tepat.

Sistem Prototipe

Sistem perakitan sabuk prototipe kita kasusun saka telung, robot enem sumbu kompak sing dipanggonke ing ngarep pigura panel instrumen. Robot katelu mbantu karo posisi lan nangkep sabuk.

Saben robot dilengkapi gripper paralel rong driji kanthi tingkat kebebasan siji. Driji gripper duwe rong lekukan: siji kanggo nyekel clamps sabuk, liyane kanggo nyekel segmen sabuk dhewe.

Saben efek pungkasan uga dilengkapi karo rong kamera CCD lan sensor jarak laser. Loro kamera kasebut duwe jarak fokus sing beda kanggo nyedhiyakake ambane lapangan sing akeh. Sensor jarak laser digunakake nalika pangukuran sing tepat kanggo segmen kabel dibutuhake. Ing saubengé sel kerja, 10 kamera posisi tetep tambahan ngadhepi area kerja saka macem-macem arah. Kalebu kamera sing dipasang ing efek pungkasan, sistem kita nggunakake total 16 kamera visi.

Pangenalan harness ditindakake kanthi visi mesin. Tutup plastik sing dirancang khusus dipasang ing saben clamp sabuk. Sampul kasebut duwe pola geometris sing diwaca nganggo piranti lunak ARToolKit. Piranti lunak open-source iki asline dirancang kanggo aplikasi realitas ditambah. Nyedhiyakake sakumpulan perpustakaan sing gampang digunakake kanggo ndeteksi lan ngenali tandha. Kamera maca tandha kanggo nemtokake posisi relatif saka sabuk.

Saben tutup clamp duwe pola geometris dhewe. Pola kasebut ngandhani pengontrol robot posisi relatif saka sabuk ing papan, uga informasi babagan segmen sabuk kasebut (kayata ing ngendi bagean kasebut kudu dipanggonke ing pigura panel).

Kamera tetep ing saubengé workcell nyedhiyakake informasi posisi kasar babagan saben clamp sabuk. Posisi klem sabuk tartamtu dikira kanthi interpolasi posisi klem jejer. Efektor pungkasan dipandu nyedhaki klem target kanthi informasi posisi sing dipikolehi saka kamera tetep-nganti kamera bangkekan bisa nemokake target. Wiwit wektu iku, panuntun dhumateng robot mung diwenehake dening kamera bangkekan. Presisi sing disedhiyakake dening kamera bangkekan ing jarak sing cendhak njamin nangkep klem sing bisa dipercaya.

Proses sing padha digunakake kanggo nangkep bagean sing bisa diowahi saka sabuk kawat. Posisi segmen target pisanan dikira kanthi interpolasi pose klem sing cedhak. Wiwit kurva interpolasi ora cukup tepat kanggo nuntun robot, wilayah sing dikira-kira banjur dipindai dening pemindai laser. Pemindai ngetokake sinar planar kanthi jembar tartamtu. Posisi pas segmen banjur bisa ditemtokake saka profil jarak sing dipikolehi saka sensor laser.

Penanda banget nyederhanakake pangukuran sabuk kawat. Senajan clamp isine tambah biaya sistem, padha nemen nambah linuwih saka sistem.

Penanganan Harness

Clamp sabuk dirancang kanggo mate karo bolongan ing pigura panel. Mangkono, gripper nangkep clamp ing dhasar lan nglebokake jempol menyang bolongan.

Kajaba iku, ana sawetara kesempatan sing kudu nangani segmen kabel langsung. Contone, ing pirang-pirang proses, siji robot kudu mbentuk sabuk sadurunge robot liyane bisa nindakake tugase. Ing kasus kaya mengkono, siji robot perlu kanggo ngarahake clamp supaya bisa digayuh dening robot liyane. Siji-sijine cara kanggo nindakake iki yaiku nggulung segmen kabel sing cedhak.

Kaping pisanan, kita nyoba kanggo mbentuk kawat kanthi nggulung clamp sing ana ing jejere. Nanging, amarga kaku torsional kurang saka segmen kabel, iki mbuktekaken mokal. Ing eksperimen sakteruse, robot kasebut langsung nyekel lan mbengkongake segmen kawat kasebut. Sajrone proses iki, pose clamp target dipantau dening kamera ing saubengé. Proses mlengkung bakal terus nganti orientasi clamp target pas karo nilai referensi.

Eksperimen Verifikasi

Sawise kita ngembangake sistem perakitan prototipe, kita nglakokake seri eksperimen kanggo nyoba. Proses kasebut diwiwiti kanthi robot njupuk sabuk kabel saka gantungan. Dheweke banjur nglebokake wolung clamps sabuk menyang pigura panel. Proses rampung karo robot bali menyang posisi siyaga awal.

Lengen tengen masang klem 1, 2 lan 3. Lengen tengah masang klem 4 lan 5, lan lengen kiwa masang klem 6, 7 lan 8.

Clamp 3 ing dilebokake dhisik, banjur clamps 1 lan 2. Clamps 4 nganti 8 banjur dilebokake ing urutan numerik.

Urutan gerakan tangan robot digawe nggunakake piranti lunak simulasi. Algoritma deteksi tabrakan nyegah robot saka nuthuk obyek ing lingkungan utawa saben liyane.

Kajaba iku, sawetara operasi ing urutan gerakan digawe dening referensi assemblers manungsa. Kanggo maksud iki, kita nangkep gerakan para pekerja sajrone perakitan. Data kasebut kalebu gerakan buruh lan prilaku kabel sing cocog. Ora nggumunake, strategi gerak sing ditindakake dening buruh asring kabukten luwih efektif tinimbang robot.

Kontrol Twisting Segmen Wire

Ing eksperimen kita, kadang kita ngalami kesulitan nglebokake clamp amarga ora bisa posisi gripper kanggo tugas kasebut. Contone, clamp 5 kudu dilebokake sanalika sawise clamp 4 dipasang ing pigura. Nanging, bagean harness kiwa clamp 4 bakal tansah droop, nggawe angel kanggo robot tengah kanggo posisi clamp 5 kanggo selipan.

Solusi kita kanggo masalah iki yaiku nggawe segmen kabel target kanggo njamin sukses. Pisanan, clamp 5 diunggahake dening robot kiwa kanthi nyekel segmen kawat cedhak clamp 5. Banjur, orientasi clamp 5 diatur kanthi ngontrol kahanan torsional segmen kabel. Operasi pra-shaping iki mesthekake yen gripping sakteruse saka clamp 5 tansah kaleksanan ing posisi paling cocok.

Kerjasama Antarane Arms

Ing sawetara kahanan, perakitan kabel sabuk mbutuhake kerjasama kaya manungsa ing antarane sawetara tangan robot. Sisipan clamp 1 minangka conto sing apik. Sawise clamp 2 wis dipasang, clamp 1 bakal droop. Papan sing kasedhiya kanggo masang clamp 1 diwatesi, lan angel kanggo posisi gripper amarga risiko tabrakan karo lingkungan sekitar. Menapa malih, pengalaman praktis mulang kita supaya ora miwiti operasi iki karo bagean saka kabel drooping, amarga bisa mimpin kanggo segmen kabel sing kejiret dening pigura lingkungan ing operasi sakteruse.

Solusi kita kanggo masalah iki diilhami dening prilaku buruh manungsa. A buruh manungsa gampang koordinat nggunakake loro tangan kanggo ngrampungake tugas. Ing kasus iki, buruh mung masang clamp 4 karo tangan siji, lan ing wektu sing padha nyetel posisi bagean kabel karo tangan liyane. Kita diprogram robot kanggo ngleksanakake strategi sing padha.

Deformasi plastik

Ing sawetara kahanan, angel nggawe segmen kawat kanthi nggunakake rong robot. Proses nglebokake clamp 6 minangka conto sing apik. Kanggo operasi iki, kita ngarepake yen lengen robot kiwa bakal nglebokake menyang pigura, amarga mung lengen robot sing bisa tekan target.

Ternyata, robot kasebut ora bisa tekan clamp. Nalika pengontrol nemtokake manawa nyekel clamp ora bisa ditindakake, robot bakal nyoba nyekel segmen kabel sing cedhak karo clamp tinimbang nyekel clamp kasebut. Robot banjur muter lan mbengkongake segmen kanggo nguripake pasuryan clamp luwih ngiwa. Mlengkung bagean kaping pirang-pirang biasane cukup kanggo ngganti posisi. Sawise segmen kasebut minangka posisi sing cocog kanggo genggaman, robot bakal nyoba kanggo nyekel clamp target.

Kesimpulan

Pungkasane, sistem robot kita bisa nginstal wolung clamp menyang pigura panel instrumen kanthi wektu rata-rata 3 menit. Sanajan kacepetan kasebut isih adoh saka syarat kanggo aplikasi praktis, iki nuduhake kelayakan teknis perakitan kabel kabel robot.

Sawetara masalah kudu ditanggulangi supaya sistem bisa dipercaya lan cukup cepet kanggo aplikasi industri praktis. Kaping pisanan, penting kanggo harness kabel wis dibentuk kanggo perakitan robot. Dibandhingake karo operasi knotting lan unknotting, negara torsional segmen kabel individu kritis kanggo instalasi kabel sabuk, amarga robot nangani bagean kaiket menyang sabuk. Kajaba iku, gripper sing dilengkapi tingkat kebebasan twisting uga bakal mbantu instalasi sabuk.

Kanggo nambah kacepetan proses, prilaku dinamis kabel kudu dianggep. Iki kabukten ing studi film babagan buruh trampil sing nyisipake sabuk kawat. Padha nggunakake tangan loro lan gerakan trampil kanggo ngontrol swinging dinamis saka kabel lan kanthi mangkono ngindhari alangan lingkungan. Nalika ngleksanakake perakitan robot kanthi kacepetan sing padha, pendekatan khusus bakal dibutuhake kanggo nyuda prilaku dinamis kabel kasebut.

Sanadyan akeh pendekatan sing digunakake ing riset kita langsung, kita kasil nuduhake perakitan otomatis nganggo sistem robot prototipe kita. Ana potensial kanggo otomatisasi karo jinis tugas kasebut.