Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 8

Изучение числовой системы управления промышленного робота

1. Цель работы

Целью лабораторной работы является ознакомление с числовой системой программного управления промышленным роботом и основными принципами ее действия.

2. Краткие теоретические сведения

Промышленным роботом называется автоматический манипулятор с изменяющейся программой действий (автоматический перепрограммируемый манипулятор). Конструктивная схема простейшего промышленного робота показана на рисунке 1.

Последовательность действий, выполняемых роботом, указана в графе 1 таблицы 1. Для их выполнения используются силовые приводы, типы и управляющие устройства которых показаны в графах 4 и 5 таблицы. Управляющими устройствами силовых приводов являются: для электромеханического привода поворота – электромагнитные контакторы КМ1 и КМ2; для гидравлического привода механизма вертикального перемещения – электромагнитный контактор КМ3 и золотниковый распределитель YA1 (катушка YA1.1 обеспечивает опускание, а YA1.2 – подъем манипулятора); для гидравлического привода механизма горизонтального перемещения манипулятора – электромагнитный контактор КМ4 и золотниковый распределитель YA2 (катушка YA2.1 обеспечивает прямой ход, а YA2.2 – обратный ход манипулятора); для пневматического привода механизма захвата – золотниковый распределитель YA3 (катушка YA3.1 обеспечивает захватывание, а YA3.2 – отпускание объекта манипулирования). Все перемещения робота отслеживают концевые выключатели SQ1–SQ9.

Система числового программного управления (ЧПУ) представляет собой систему, в которой программа хранится в числовом виде. Эта система является наиболее современной системой управления, так как по сравнению с другими обладает рядом достоинств: высокой точностью управления, возможностью автоматизированного изготовления программ и их оперативного копирования, многократным использованием программоносителя без его заметного механического износа и появления сбоев в работе.

Таблица 1
Выполняемая команда			Силовой привод
содержание	двоичный шифр	командная шина	тип	управляющие устройства	адресная шина
1	2	3	4	5	6
1) ожидание	0000	0	–	–	–
2) поворот манипулятора в правую, по рисунку 1, сторону	0001	1	электромеханический	КМ1	А
3) опускание манипулятора вниз	0011	3	гидравлический	КМ3; YA1.1	С D
4) перемещение манипулятор в горизонтальном направлении вперед	0101	5	гидравлический	КМ4; YA2.1	F G
5) захватывание перемещаемого объекта	0111	7	пневматический	YA3.1	К
6) подъем манипулятора в верхнее положение	0100	4	гидравлический	КМ3; YA1.2	С E
7) поворот манипулятора в левую, по рисунку 1, сторону	0010	2	электромеханический	КМ2	В
8) перемещение манипулятора в горизонтальном направлении назад	0110	6	гидравлический	КМ4; YA2.2	F H
9) повторное опускание манипулятора вниз	0011	3	гидравлический	КМ3; YA1.1	С D
10) отпускание перемещаемого объекта	1000	8	пневматический	YA3.2	L
11) повторный подъем манипулятора вверх	0100	4	гидравлический	КМ3; YA1.2	С E

В системе ЧПУ каждая команда имеет числовой двоичный шифр, количество разрядов которого определяется зависимостью , где N – количество разновидностей команд, выполняемых промышленным роботом. В данном случае N = 9, поэтому n = 4.

Количество разновидностей команд может не совпадать с количеством перемещений робота в течение одного цикла работы, так как в течение этого цикла одна и та же команда может выполняться несколько раз (в данном случае опускание и подъем манипулятора выполняются по 2 раза). Возможные шифры команд указаны в графе 2 таблицы 1. Блок схема ЧПУ промышленного робота представлена на рисунке 2.

Входящие в систему управления устройства имеют следующее назначение.

Пульт управления обеспечивает:

1. Задание режима работы промышленного робота:

а) работа в режиме «ручного» управления;

б) программирование промышленного робота:

в) работа в режиме автоматического управления;

2. Управление роботом «вручную» оператором;

3. Ввод программы действий робота в блок памяти.

Блок памяти предназначен для хранения программы действий промышленного робота. Программу в блок памяти можно ввести двумя способами:

1. С пульта управления в процессе программирования промышленного робота;

2. С внешних носителей информации.

Второй способ используется для передачи программы с одного промышленного робота на другой. С этой целью блок памяти оборудуется накопителями на внешних носителях информации (магнитными, и (или) оптическими), с помощью которых информация либо считывается в блок памяти с внешних носителей, либо записывается с блока на внешние носители информации.

Программу, хранящуюся в блоке памяти можно корректировать с пульта управления.

Блок управления принимает команды, поступающие с пульта управления или блока памяти, передает их дальше на исполнительные устройства, а затем контролирует правильность их выполнения. Последовательность действия блок управления следующая:

1. Из блока памяти или с пульта управления в блок управления считывается очередная команда. Далее эта команда подается на исполнительные устройства, и блок памяти переходит в режим ожидания.

2. После завершения производственной операции, вызванной рассматриваемой командой, от датчиков, расположенных на промышленном роботе и обслуживаемом им оборудовании, в блок управления поступает информация о завершении выполнения этой операции.

3 . Блок управления анализирует полученную информацию и, если она полностью соответствует нормальному завершению операции, то из блока памяти или с пульта управления считывается следующая команда и т. д. Если нормальное завершение операции не подтверждается, то блок управления выдает сигнал о сбое в работе, включается аварийная сигнализация и промышленный робот останавливается.

Блок выходных матриц служит для преобразования команд, поступающих с блока управления в управляющие электрические сигналы для исполнительных устройств робота. Схематически устройство блока выходных матриц показано на рисунке 3.

Этот блок содержит дешифратор, преобразующий двоичные шифры команд в электрические сигналы, и собственно матрицу, которая, в зависимости от шифра команды, подает электрические сигналы на соответствующие исполнительные устройства, выполняющие эту команду.

Дешифратор подключается к выходу блока управления. Электрическая схема дешифратора для указанных в таблице 1 управляющих команд (см. графы 1 и 2) показана на рисунке 4.

Е сли для подключения дешифратора к блоку управления используется параллельный порт, то количество проводников в соединительном шлейфе соответствует количеству двоичных разрядов в шифре управляющих команд (в данном случае 4, см. графу 2 таблицы 1).

К выходу дешифратора подключаются командные шины матрицы. Количество проводников, соединяющих дешифратор и матрицу, равно количеству разновидностей команд, выполняемых промышленным роботом (в рассматриваемом случае 9, см. графу 2 таблицы 1).

Дешифратор состоит из элементов D1–D4, инвертирующих входные сигналы и элементов D5–D13, выполняющих операцию логического умножения. Сигналы на выходах элементов D1–D4 всегда противоположны сигналам на их входах. На выходах элементов D5–D13 сигнал, равный логической единице, поступающий на соответствующую командную шину матрицы, появляется только в том случае, когда все входные сигналы элемента также равны логической единице.

Рассмотрим принцип действия дешифратора на примере подачи на его вход с блока управления команды с шифром 0110 (Х1 = 0, Х2 = 1, Х3 = 1, Х4 = 0) . При этом на входы элементов D1 и D4 поступят сигналы, равные 0, а на их выходах появятся сигналы, равные 1. Такое сочетание сигналов поступит на входы элементов D5, D7, D9, D11, которые одновременно подключены к выходам элементов D1 и D4. Кроме этого, сигналы, равные 1 поступят с разъемов Х2 и Х3 одновременно на входы еще двух элементов: D11 и D12. Таким образом, на все входы элемента D11 поступят сигналы, равные 1. Следовательно, на выходе этого элемента и на подключенной к нему командной шине с номером 6 сигнал также будет равен единице, что полностью соответствует рисунку 3.

Матрица состоит из командных и адресных шин, соединенных между собой в определенных точках полупроводниковыми диодами.

Командные шины на рисунке 3 расположены горизонтально, обозначены цифрами от 0 до 8 и подключены к выходу дешифратора. Количество командных шин соответствует количеству разновидностей команд, выполняемых промышленным роботом (в данном случае 9, см. графу 2 таблицы 1). Номера командных шин указаны в графе 3 таблицы 1.

Адресные шины расположены вертикально, обозначены буквами латинского алфавита от А до L (см. графу 6 таблицы 1) и подключены к устройствам, управляющим силовыми приводами промышленного робота. Количество адресных шин соответствует количеству таких устройств (в рассматриваемом случае 10, см. графу 5 таблицы 1). Точки соединения командной и адресных шин определяются тем, какие именно устройства должны работать при выполнении рассматриваемой команды. На рисунке 3 показано, что при подаче команды с шифром 0000 не работает ни одно из исполнительных устройств промышленного робота, так как робот находится в режиме ожидания; при выполнении команды с шифром 0001 срабатывает устройство, подключенное к адресной шине А; команды с кодом 0010 – к адресной шине В; команды 0011 – к адресным шинам C и D; команды 0100 – к адресным шинам C и Е; команды 0101– к адресным шинам F и G; команды 0110 – к адресным шинам F и Н; команды 0111 – к адресной шине К; команды 1000 – к адресной шине L.

Командные и адресные шины соединяются между собой полупроводниковыми диодами для того, чтобы при подаче управляющего сигнала на какую-либо командную шину, он далее поступал только на соответствующие этой команде адресные шины. Это можно пояснить на следующем примере. Предположим, что все соединения выполнены напрямую, без диодов и на командную шину с номером 3 поступает команда с шифром 0011. Тогда за счет имеющихся соединений управляющий сигнал непосредственно поступит на адресные шины С и D. Кроме этого, поскольку адресная шина С напрямую соединена с командной шиной 4, то сигнал поступит также и на нее, а затем в соединенную с ней адресную шину Е. Таким образом, при выполнении команды с шифром 0011 одновременно сработают устройства, подключенные к адресным шинам С, D и Е, что не соответствует описанию команды с шифром 0011, приведенному выше.

Блок усилителей усиливает управляющие сигналы, полученные с адресных шин блока выходных матриц, до уровня, необходимого для срабатывания исполнительных устройств промышленного робота. В качестве усилителей обычно используются полупроводниковые и релейные усилители.

Узел связи и блок регистров датчиков образуют цепи обратной связи, по которым информация о результатах действий робота поступает в блок управления.