औद्योगिक रोबोट प्रणालियों के कार्यात्मक घटक, विशेषताएँ और आवश्यकताएँ

औद्योगिक रोबोट आधुनिक विनिर्माण उद्योग में से एक महत्वपूर्ण स्वचालन उपकरण में मशीनरी, इलेक्ट्रॉनिक्स, नियंत्रण, कंप्यूटर, सेंसर, कृत्रिम बुद्धिमत्ता और अन्य बहु-विषयक उन्नत प्रौद्योगिकी का एक सेट है। रोबोटिक्स, सीएनसी प्रौद्योगिकी और पीएलसी प्रौद्योगिकी को औद्योगिक स्वचालन के लिए तीन प्रमुख सहायक प्रौद्योगिकियों के रूप में जाना जाता है। रोबोटिक्स तकनीक और उसके उत्पाद बहुत तेजी से विकसित हो रहे हैं, और लचीली विनिर्माण प्रणाली (एफएमएस), फैक्टरी स्वचालन (एफए), कंप्यूटर एकीकृत विनिर्माण प्रणाली (सीआईएमएस) के लिए स्वचालन उपकरण बन गए हैं, साथ ही उद्योग 4.0 बुद्धिमान कारखाने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन गए हैं।

1. औद्योगिक रोबोट प्रणाली संरचना और प्रदर्शन संकेतक

1) औद्योगिक रोबोट प्रणाली संरचना

एक औद्योगिक रोबोट औद्योगिक क्षेत्र के लिए उन्मुख एक बहु{{0}संयुक्त मैनिपुलेटर या एक बहु{{1}डिग्री-आजादी का मशीन उपकरण है, जो स्वचालित रूप से कार्य कर सकता है, और एक प्रकार की मशीन है जो विभिन्न कार्यों को साकार करने के लिए अपनी शक्ति और नियंत्रण क्षमता पर निर्भर करती है। यह मानव आदेश को स्वीकार कर सकता है, या पूर्व प्रोग्राम किए गए प्रोग्राम के अनुसार चल सकता है, आधुनिक औद्योगिक रोबोट भी प्रोग्राम कार्रवाई के सिद्धांत को विकसित करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता तकनीक पर आधारित हो सकते हैं। एक विशिष्ट औद्योगिक रोबोट को चित्र 1 में दिखाया गया है। औद्योगिक रोबोटों को तकनीकी विकास के स्तर के अनुसार तीन पीढ़ियों में विभाजित किया जा सकता है: पहली पीढ़ी प्रदर्शनात्मक प्रजनन रोबोट, दूसरी पीढ़ी अवधारणात्मक रोबोट, और तीसरी पीढ़ी बुद्धिमान रोबोट।

औद्योगिक रोबोट की पहली पीढ़ी में बाहरी संरचना के संदर्भ में तीन मुख्य भाग होते हैं: ऑपरेटर (या रोबोट बॉडी), नियंत्रक और प्रदर्शक। औद्योगिक रोबोटों की दूसरी और तीसरी पीढ़ी के लिए धारणा प्रणाली और विश्लेषण और निर्णय लेने की प्रणाली भी शामिल है, जो क्रमशः सेंसर और सॉफ्टवेयर द्वारा महसूस की जाती है।

(1) संचालक:मशीन का मुख्य भाग जिसका उपयोग विभिन्न परिचालन कार्यों को पूरा करने के लिए किया जाता है, जिसमें मुख्य रूप से एक रोबोटिक आर्म, एक ड्राइव यूनिट, एक ट्रांसमिशन यूनिट और आंतरिक सेंसर शामिल होते हैं।

(2) नियंत्रक:यह निर्देशों और सेंसर जानकारी के अनुसार कुछ कार्यों को पूरा करने के लिए रोबोट बॉडी को नियंत्रित करने वाला उपकरण है, जो रोबोट के कार्य और प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए महत्वपूर्ण हिस्सा है, और औद्योगिक रोबोट का सबसे तेज़ अद्यतन और विकासशील हिस्सा भी है।

(3) अध्यापक:यह रोबोट का मानव मशीन इंटरैक्शन इंटरफ़ेस है, जिसके माध्यम से ऑपरेटर रोबोट को प्रोग्राम कर सकता है या रोबोट को स्थानांतरित करने के लिए मैन्युअल रूप से हेरफेर कर सकता है।

औद्योगिक रोबोट कार्यात्मक रूप से 3 मुख्य भागों और 6 उपप्रणालियों से बने होते हैं।

2) औद्योगिक रोबोट प्रदर्शन सूचकांक

औद्योगिक रोबोटों का प्रदर्शन सूचकांक उत्पाद वितरण के समय रोबोट निर्माता द्वारा प्रदान किया गया तकनीकी डेटा है, जो रोबोट के अनुप्रयोग के दायरे और कार्य प्रदर्शन को दर्शाता है, जिसे रोबोट का चयन करते समय अवश्य विचार करना चाहिए। यद्यपि रोबोट निर्माता द्वारा प्रदान किया गया तकनीकी डेटा बिल्कुल समान नहीं है, औद्योगिक रोबोट की संरचना, अनुप्रयोग और उपयोगकर्ता की ज़रूरतें समान नहीं हैं, लेकिन इसके मुख्य प्रदर्शन संकेतक आम तौर पर हैं: स्वतंत्रता की डिग्री, कार्य सटीकता, कार्य सीमा, रेटेड लोड, अधिकतम कार्य गति।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एक रोबोट की संचालन सीमा के भीतर विलक्षणताएं हो सकती हैं। विलक्षणताएं वे बिंदु हैं जहां रोबोट संरचना में बाधाओं के कारण जोड़ कुछ दिशाओं में स्वतंत्रता की डिग्री खो देते हैं। विलक्षणताएँ आमतौर पर कार्यक्षेत्र के किनारों पर पाई जाती हैं, और जब विलक्षणताओं को एक साथ समूहीकृत किया जाता है, तो उन्हें "खालीपन" कहा जाता है। जब रोबोट एक विलक्षणता के करीब जाता है, तो स्वतंत्रता की डिग्री के क्रमिक नुकसान के कारण जोड़ों का रवैया काफी बदल जाता है, जिसके परिणामस्वरूप ड्राइव सिस्टम पर एक बड़ा भार और अधिभार पड़ता है। इसलिए, विलक्षणताओं वाले रोबोटों के लिए, उनकी ऑपरेटिंग रेंज को विलक्षणताओं और गुहाओं को हटाने की भी आवश्यकता होती है।

2. औद्योगिक रोबोटों का नियंत्रण

1) औद्योगिक रोबोट नियंत्रण की विशेषताएँ और आवश्यकताएँ

अधिकांश औद्योगिक रोबोटों के जोड़ों की गति एक-दूसरे से स्वतंत्र होती है, और रोबोट के अंतिम प्रभावकार की स्थितिगत सटीकता प्राप्त करने के लिए कई जोड़ों के समन्वय की आवश्यकता होती है। इसलिए, औद्योगिक रोबोट नियंत्रण प्रणाली सामान्य नियंत्रण प्रणाली की तुलना में अधिक जटिल है और इसमें निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

(1) यह मूलतः एक अरैखिक प्रणाली है।

(2) यह कई जोड़ों से बनी एक बहुपरिवर्तनीय नियंत्रण प्रणाली है, और जोड़ों के बीच युग्मन होता है।

(3) यह एक समय-परिवर्तनशील प्रणाली है जिसके गतिशील पैरामीटर संयुक्त गति की स्थिति में परिवर्तन के साथ बदलते हैं।

(4) पर्यावरणीय स्थितियों और नियंत्रण निर्देशों को मापना और उनका विश्लेषण करना और स्वचालित रूप से सर्वोत्तम नियंत्रण कानून का चयन करना आवश्यक है।

(5) इसमें उच्च दोहराने योग्य स्थिति सटीकता और अच्छी प्रणाली कठोरता है।

(6) स्थिति ओवरशूटिंग की अनुमति नहीं है, अन्यथा टकराव हो सकता है, और गतिशील प्रतिक्रिया तेज होनी चाहिए।

यह ध्यान में रखते हुए कि औद्योगिक रोबोट नियंत्रण में उपरोक्त विशेषताएं हैं, औद्योगिक रोबोट नियंत्रण प्रणाली को डिजाइन करते समय निम्नलिखित बुनियादी आवश्यकताओं को पूरा किया जाना चाहिए:

(1) आवश्यक कार्य प्रक्षेपवक्र उत्पन्न करने के लिए बहु-अक्ष गति का समन्वित नियंत्रण।

(2) उच्च स्थितिगत सटीकता, एक बड़ी गति सीमा।

(3) सिस्टम की स्थैतिक अंतर दर छोटी होनी चाहिए, यानी सिस्टम में अच्छी कठोरता होनी आवश्यक है।

(4) ओवरशूटिंग के बिना स्थिति, तेज गतिशील प्रतिक्रिया।

(5) त्वरण और मंदी पर नियंत्रण आवश्यक है।

(6) प्रत्येक जोड़ की गति त्रुटि गुणांक यथासंभव सुसंगत होना चाहिए।

(7) ऑपरेशन के दृष्टिकोण से, नियंत्रण प्रणाली के लिए एक अच्छा मानव मशीन इंटरफ़ेस होना आवश्यक है, ऑपरेटर आवश्यकताओं को कम करना।

(8) सिस्टम की लागत के दृष्टिकोण से, सिस्टम की हार्डवेयर लागत को यथासंभव कम करना और नियंत्रण प्रणाली के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए सॉफ्टवेयर सर्वो विधियों का अधिक उपयोग करना आवश्यक है।

2) औद्योगिक रोबोट नियंत्रण मोड

औद्योगिक रोबोट की नियंत्रण विशेषताओं और नियंत्रण आवश्यकताओं से, औद्योगिक रोबोट के नियंत्रण की प्राप्ति में कई तत्व शामिल होते हैं, जिन्हें मुख्य रूप से रोबोट की निचली परत नियंत्रण और ऊपरी परत नियंत्रण में विभाजित किया जाता है। उनमें से, निचली परत नियंत्रण में रोबोट बॉडी (यानी, यांत्रिक भाग), ड्राइव सर्किट भाग, सेंसर भाग और नियंत्रण रणनीति (जैसे, पीआईडी ​​​​नियंत्रण) शामिल हैं। ऊपरी परत नियंत्रण में रोबोट की गति विश्लेषण, पथ नियोजन और रोबोट का सॉफ़्टवेयर भाग शामिल है [4]। विभिन्न वर्गीकरण विधियों के अनुसार, रोबोट नियंत्रण को विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है। नियंत्रित वस्तु के अनुसार स्थिति नियंत्रण, गति नियंत्रण, बल नियंत्रण, टोक़ नियंत्रण, बल/स्थिति हाइब्रिड नियंत्रण इत्यादि में विभाजित किया जा सकता है। ये मुख्य रूप से निचली परत नियंत्रण हैं, और मुख्य नियंत्रण विधियों को अब समझाया गया है।

(1) औद्योगिक रोबोट स्थिति नियंत्रण:इसका उद्देश्य रोबोट जोड़ों को पूर्व नियोजित गति का एहसास कराना है, और अंततः यह सुनिश्चित करना है कि औद्योगिक रोबोट पूर्व निर्धारित प्रक्षेपवक्र के साथ चल रहा है, जिसे प्राप्त करने के लिए आमतौर पर एसी सर्वो सिस्टम या डीसी सर्वो सिस्टम का उपयोग किया जाता है।

(2) औद्योगिक मशीन जनशक्ति (टॉर्क) नियंत्रण:रोबोट के अंतिम प्रभावकार और बाधाओं की स्थिति के वातावरण का विश्लेषण करने की आवश्यकता है, और बाधाओं के अनुसार नियंत्रण रणनीतियों को विकसित करने की आवश्यकता है। इसके अलावा, रोबोट और पर्यावरण के बीच संपर्क बल का पता लगाने के लिए रोबोट के अंत में एक बल सेंसर स्थापित करने की आवश्यकता होती है। नियंत्रण प्रणाली इस बल सूचना को पूर्व स्थापित नियंत्रण रणनीति के अनुसार संसाधित करती है, और फिर रोबोट को उस वातावरण के अनुकूल अनिश्चित वातावरण में संचालन करने के लिए नियंत्रित करती है, ताकि रोबोट जटिल परिचालन कार्यों को पूरा कर सके।

(3) औद्योगिक रोबोट गति नियंत्रण:आमतौर पर स्थिति नियंत्रण के साथ-साथ महसूस किया जाता है। उदाहरण के लिए, निरंतर प्रक्षेपवक्र नियंत्रण मोड के मामले में, औद्योगिक रोबोटों को सुचारू गति और सटीक स्थिति की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, चलती भागों की गति को नियंत्रित करने और पूर्व निर्धारित निर्देशों के अनुसार त्वरण और मंदी को लागू करने की आवश्यकता होती है। क्योंकि औद्योगिक रोबोट एक प्रकार की कार्यशील स्थिति (या यात्रा भार) चर है, जड़ता लोड बड़े आंदोलन मशीनरी, तेज और चिकनी के बीच विरोधाभास से निपटने के लिए, दो संक्रमण गति अनुभाग को रोकने से पहले प्रारंभ त्वरण और मंदी को नियंत्रित करना चाहिए। और संपूर्ण संचलन प्रक्रिया में, गति नियंत्रण आमतौर पर आवश्यक होता है।

3) औद्योगिक रोबोटों का बुद्धिमान नियंत्रण

औद्योगिक रोबोट की बुद्धिमान नियंत्रण विधि मुख्य रूप से अनिश्चित या अज्ञात परिस्थितियों में संचालन को संदर्भित करती है, रोबोट को सेंसर के माध्यम से आसपास के वातावरण के बारे में जानकारी प्राप्त करने, अपने आंतरिक ज्ञान आधार के अनुसार निर्णय लेने और फिर दिए गए कार्य को स्वायत्त रूप से पूरा करने के लिए विभिन्न एक्चुएटर्स को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, जो रोबोट नियंत्रण के ऊपरी स्तर से संबंधित है। यदि बुद्धिमान नियंत्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग किया जाता है, तो रोबोट में मजबूत पर्यावरणीय अनुकूलनशीलता और स्वयं सीखने की क्षमता होगी। बुद्धिमान नियंत्रण विधियाँ कृत्रिम बुद्धिमत्ता के विकास से निकटता से संबंधित हैं जैसे कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क, फ़ज़ी एल्गोरिदम, आनुवंशिक एल्गोरिदम, विशेषज्ञ प्रणाली इत्यादि। मोबाइल रोबोट में तंत्रिका नेटवर्क एल्गोरिदम के अनुप्रयोग का उपयोग बुद्धिमान नियंत्रण और औद्योगिक रोबोट के संयोजन को चित्रित करने के लिए एक उदाहरण के रूप में किया जाता है।

उदाहरण के तौर पर चित्र में दिखाए गए मोबाइल रोबोट को लेते हुए, बाधा की त्रि-आयामी छवि प्राप्त करने के लिए मोबाइल रोबोट के शीर्ष पर कैमरा स्थापित किया गया है। बाधा और मोबाइल रोबोट के बीच की दूरी की जानकारी प्राप्त करने के लिए मोबाइल रोबोट के सामने (सीधे कैमरे के नीचे) एक अल्ट्रासोनिक सेंसर सेट लगाया गया है।

दृश्य और अल्ट्रासोनिक सेंसर जानकारी का संलयन तंत्रिका नेटवर्क विधियों और आउटपुट का उपयोग करके बाधा के प्रकार को पहचानने के लिए अगले स्तर तक किया जाता है, जो मोबाइल रोबोट को अनिश्चित वातावरण में चलने पर बाधाओं से बचने में सक्षम बनाता है और इसकी नेविगेशन क्षमता में सुधार करता है। बाधाओं से बचने के लिए एकीकृत निर्णय लेने के लिए औद्योगिक रोबोटों द्वारा बुद्धिमान जानकारी का उपयोग करने के मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

(1) जब रोबोट यात्रा कर रहा होता है, तो रेंजिंग सिस्टम यह निर्धारित करने के लिए छोटे अंतराल पर पर्यावरण का पता लगाता है कि क्या मोबाइल रोबोट को धीमा करने की आवश्यकता है और क्या उसे अल्ट्रासोनिक सेंसर द्वारा प्राप्त बाधा के बारे में दूरी की जानकारी के आधार पर सीसीडी कैमरे से नमूने लेने की आवश्यकता है।

(2) जब मोबाइल रोबोट से बाधा की दूरी रेंजिंग सिस्टम द्वारा पता की गई मध्यम होती है, तो रोबोट की गति कम हो जाती है; जब मोबाइल रोबोट से बाधा की दूरी करीब होती है, तो सीसीडी कैमरे से बाधा की दो-आयामी छवि प्राप्त की जाती है, और इसके बाएं और दाएं किनारों के निर्देशांक निकाले जाते हैं।

(3) अल्ट्रासोनिक सेंसर और सीसीडी कैमरे से प्राप्त बाधा के बारे में जानकारी को समूहीकृत और पूर्व-संसाधित किया जाता है, और संलयन के लिए बीपी न्यूरल नेटवर्क नियंत्रक को भेजा जाता है।

(4) बीपी न्यूरल नेटवर्क नियंत्रक, जिसे बाधा निवारण के ज्ञान से पहले ही सीखा जा चुका है, बाहरी बहुसंवेदी सेंसरों द्वारा एकत्र की गई जानकारी के अनुसार बाधा निवारण का संबंधित निर्णय लेता है और बाधाओं से बचता है।

संदर्भ

[1] झू होंगकियान। औद्योगिक रोबोट प्रौद्योगिकी [एम]। बीजिंग: मशीनरी इंडस्ट्री प्रेस, 2019। [2] चेन वानमी। रोबोट नियंत्रण प्रौद्योगिकी [एम]। बीजिंग: मशीनरी इंडस्ट्री प्रेस, 2017। [3] गुओ टोंगयिंग, एन डोंग। रोबोटिक्स और इसका बुद्धिमान नियंत्रण [एम]। बीजिंग: पीपुल्स पोस्ट्स एंड टेलीकम्युनिकेशंस प्रेस, 2014। [4] झांग जियानमिन। रोबोटिक्स और उसका अनुप्रयोग [एम]। बीजिंग: मशीनरी इंडस्ट्री प्रेस, 2017। [5] झांग शिनक्सिंग। औद्योगिक रोबोट अनुप्रयोग के मूल सिद्धांत [एम]। बीजिंग: बीजिंग इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी प्रेस, 2017।