1 Класс

В этом случае МП входит в состав микроЭВМ, либо служит центральной частью специализированного модуля, который оптимизирован в соответствии с задачей ЧПУ. Различные по своей структуре каналы ЭВМ и ЧПУ связаны через адаптер, который предназначен для программонастраиваемого соединения устройств с различными представителями данных.

Достоинства: низкая стоимость, малые габариты, низкое энергопотребление,

Недостатки: ограниченные вычислительные возможности из-за низкой мощности процессора.

2 Класс

Для данного класса центральный вычислитель использует один МП. Однако устройство с перифериями и связь ЭВМ и ЧПУ основан на микропроцессорной основе.

3 Класс

МП устройства данного класса повышают мощность центрального вычислителя за счет мультипроцессирования.

4 Класс

Данный класс характеризуется декомпозицией всей системы на структурно-однородные и функционально-законченные агрегаты, каждый из которых располагает вычислителем, некоторые группы интерфейсных блоков средствами межагрегатной связи по последовательным каналам, т.е. эта структура гибридная:

4класс = 2кл+3кл, но более удачно скомпонована, так как состоит из отдельных агрегатов. Каждый агрегт может быть установлен на станке, там где он необходим.

Классификация микропроцессорных устройств по структурным признакам:

Все МП устройства различаются на

- МП устройства, созданные на основе спец. МП модулей ЧПУ

- универсальные микроЭВМ общего назначения.

И спец-ные, и унив-ные могут быть с одним процессором и мультипроцессором.

Мультипроцессрные СЧПУ могут быть:

- с микропроцессорными интерфейсами

- с мультипроцессорной организацией вычислителя

- с агрегатизированным вычислительным модулем.

Аппаратная основа микропроцессорных УЧПУ:

Структура МП - это совокупность функциональных узлов и связи между ними.

МП в данном случае состоит из операционного устройства (ОУ) и устройства управления. В состав ОУ входит блок регистров и АЛУ.

В число регистров входят: буферные регистры адреса и данных, регистры общего назначения, специализированные регистры (индексные, счетчики команд, регистры состояния МП, стеки регистров, указатель стеков, страницы, начало таблицы, начало передачи блоков данных). Регистры и АЛУ связаны внутренними шинами данных адреса, операндов, результатов, команд.

В устройство управления входят: память микрокоманд и узел формирования адресов микрокоманд.

В зависимости от организации устройства управления МП подразделяют на:

1. микропрограммируемые

2. с жестким управлением.

ОбоБщенная структурная схема МП:

АЛУ предназначен для аппаратного исполнения простейших операций (+,-). Это простейший вычислитель. Признаки вычислений хранятся в регистре состояний. Число регистров общего назначения от 4 до 64. Эти регистры яв-ся как внутренней сверхоперационной памятью. Они позволяют в 3 раза реже обращаться к внешней памяти через интерфейс, что увеличивает быстродействие СЧПУ.

Счетчик команд содержит адрес, расположенной в памяти и выполняемой в данный момент команды.

Регистр адреса хранит адрес слова, к которому происходит обращение.

Аккумулятор хранит промежуточные результаты арифметических и логических операций.

Регистр команд хранит на время дефрагментации и исполнения код команды.

Регистр состояния служит для суждения о результате вычитаний, чтобы организовать программные переходы по заданным признакам или условиям.

Стековая память для хранения состояния всех внутренних регистров, а также для запоминания адреса возврата при выходе из подпрограмм.

Индексные регистры для формирования адресов ячеек памяти.

Устройство управления для формирования внутреннего сигнала управления на основании кода операции.

Интерфейс - программное или аппаратное устройство, с помощью которого отдельные микропроцессоры соединяются между собой, а также с памятью или периферийными средствами. Внутренний интерфейс обеспечивается внутренними шинами данных. Если число внешних выводов больших интегральных схем МП ограничено, то внешняя шина может передавать и получать информацию последовательно, частями через двунаправленную буферную схему мультиплексора.

ПЗУ И ОЗУ:

ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) - это матрица памяти, соединение которой не подлежит изменению и не зависит от состояния МП. При выключении питания его внутренне содержание не изменяется, так как питание основное поступает от аккумулятора. ПЗУ: программируемые и непрограммируемые пользователем.

ОЗУ(оперативное запоминающее устройство) - динамическое ОЗУ и статическое. ДОЗУ устроено на емкостных элементах. СОЗУ – на триггерах.

Привода подач:

Требования к приводам:

1. возможность дистанционного управления по командам системы ЧПУ.

2. расширенный диапазон регулирования скоростей для обеспечения быстрых скоростей и ползучих (рабочих) скоростей.

3. более высокая жесткость механической характеристики, что необходимо для бесскачкового перемещения на малых скоростях.

4. повышенная плавность перемещения рабочих органов для обеспечения точности позиционирования.

5. повышенная долговечность, обусловленная интенсивной работой подвижных элементов.

Шаговый привод (ШП):

ШП яв-ся простейшим вариантом позиционного привода.

Достоинства:

1. естественный характер связи с устройствами задания программы в унитарном коде.

2. простота конструкции.

3. отсутствие каналов обратной связи и средств измерения положения и скорости исполнительных органов.

Недостатки:

1. ограничение по скорости

2. необходимость плавного разгона при выходе на режим перемещений, а также плавного торможения при выходе из режима.

3. при потере информации восполнить ее не возможно.

Ограниченные возможности ШП обусловлены тем, что являясь по существу разомкнутыми приводами ШП не допускает применения средств коррекции и оптимизации. В этом смысле он уступает следящему приводу, но он дешевый.

В ШП используются силовые и несиловые Ш двиг.. Если ЩД не силовой, то в состав привода входит усилитель крутящего момента.

Следящие приводы (СП).

СП предназначен для точного воспроизведения входного сигнала.

Отличительная особенность – наличие датчика обратной связи для измерения фактического перемещения для реверсивного и плавного регулирования э/дв. СП определяются как система, в которой выходной параметр с определенной точностью воспроизводит изменяющуюся заранее неизвестным способом входную величину с помощью обратной связи. Современные СП используются вместе с контурными и позиционными СЧПУ, т.е. они обеспечивают высокую контурную и позиционную точность, высокую скорость и имеют достаточную жесткость.

Распространению СП способствует то, что они являясь силовыми исполнительными устройствами высокоточного воспроизведения программы, по своей конструкции просты, так как в контур обратной связи вводится всевозможные устройства коррекции, устройства оптимизации переходных процессов и дополнительные управляющие сигналы для компенсации погрешностей всей системы СПИД.

В СП используются импульсные датчики:

1. Импульсные датчики:

а) фотоэлектрические

б) индуктивные, работающие в импульсном режиме

В

о время вращения диска осуществляется модуляция светового сигнала. Фотоэлемент диска вырабатывает один импульс при повороте на один шаг.

2

. Фазовые датчики (вращающиеся трансформаторы, сельсины, редусины)

3. Кодовые датчики в виде кодовой шкалы (датчики работают с импульсами 0,1)

Структурная схема следящих приводов (СП):

ЦАП - цифровой аналоговый преобразователь

РП - регулятор привода

У - усилитель

ТП - тиристорный преобразователь

Д – двигатель

ИО - исполнительный орган

ДОСС - датчик ОС по скорости

ДОСП - датчик ОС по перемещению

На вход СП поступает управляющий сигнал от интерполятора ЧПУ. Число импульсов, поступающих от интерполятора ЧПУ определяет величину перемещения, а частота импульсов его скорость.

В ЦАП импульсные сигналы превращаются в аналоговые и поступают на элемент сравнения (ЭС). В ЭС образуется сигнал рассогласования пропорциональный разности заданного и фактического перемещения ИО. Сигнал рассогласования поступает на регулятор привода, который усиливает сигнал. Далее идет контур скоростной - принцип как по перемещению. Конструктивно блоки СП размещаются на станке, а частично на пульте СЧПУ.

По структуре все блоки СП составляют одно единое целое с СЧПУ. При полном структурном однообразии существуют различные варианты СП.

Можно различить СП:

- по структуре блока сравнения сигналов,

- по виду системы ОС,

- по виду регулируемого привода,

По структуре блока сравнения сигналов первый СП по схеме сравнения сигналов имел фазовое сравнение сигналов (сдвиг по фазе) (фазовые датчики).

Далее появилась схема сравнения импульсная. Далее появилась схема сравнения кодовых сигналов или цифровые.

Достоинства современного СП по сравнению с цифровыми:

1. отпадает надобность в декодировании сигнала.

2. блоки сравнения при этом принадлежат самой ЭВМ.

Такие СП состоят из 2 частей:

1. содержит схему сравнения сигналов программы и ОС. Содержит в своей структуре последовательное корректирующее устройство, которое выполняет дискретные операции над кодом рассогласования.

2. яв-ся непосредственно регулируемым приводом. Содержит ИО (винт-гайка качения), систему ОС, в которой непрерывный сигнал преобразуется в код, отражающий это перемещение.

Первая яв-ся составной частью управляющей ЭВМ, а вторая конструктивной частью станка, так как содержит привод.

Привода промышленных роботов (ППР):

ППР - это совокупность технических средств, предназначенных для приведения всех звеньев кинематики ПР, а также захвата.

При выборе типа привода необходимо учитывать:

1. характер нагрузки на приводе

2. кинематические характеристики манипулятора

3. число точек и точность позиционирования, а также точность воспроизведения траектории.

4. физическое состояние объекта перемещения

5. условия эксплуатации робота и характеристики окружающей среды.

ВИДЫ ППР:

I. В зависимости от грузоподъемности робота, а также классификации робота по грузоподъемности применяются привода:

• Для сверлегких и легких роботов применяют пневматические привода.

Достоинства пневмоприводов:

1. простота и надежность конструкции

2. высокая скорость выходного звена привода при линейном перемещении до 1000 мм/с, при вращении - до 60 об/мин

3. использование в качестве рабочего тела сжатого воздуха Р=0,5…0,6 атм.

4. система управления у робота обычно цикловая. Позиционирование осуществляется за счет перенастраиваемых упоров.

5. высокая точность позиционирования по точкам определяется жесткими упорами.

6. возможность работы в агрессивной, взрыво- и пожароопасной среде.

7. отсутствие промежуточных передаточных звеньев между выходным звеном привода и рабочим органом привода.

8. КПД-80%

9. малая масса конструкции привода.

10. простота компоновки элементов привода.

11. достаточно низкая стоимость элементов привода.

12. малая чувствительность элементов привода к ударным нагрузкам.

Недостатки:

1. нестабильность скорости выходного звена при сжимаемости рабочего тела.

2. ограниченность точек позиционирования

3. необходимость демпфирования движения выходного звена в конце хода.

4. наличие шума при работе привода.

• Средний класс до 200 кг- электрогидравлические привода.

• Гидравлические привода у роботов высокой и сверхвысокой грузоподъемности

Достоинства:

1. высокое быстродействие

2. в качестве рабочего тела используется почти не сжимаемая жидкость, что позволяет получить стабильную скорость выходного звена при изменении нагрузки в широком диапазоне, получить высокую частоту реверсивного движения.

3. бесступенчатое регулирование скорости выходных сигналов

4. высокий коэффициент усиления мощности более 1000

5. высокое КПД при различных способах регулирования

6. системы управления числовые, позиционная или контурная.

7. малая масса гидроэлементов привода

8. отсутствие дополнительных кинематических цепей между выходным звеном привода и рабочим органом рук.

Недостатки:

1. вследствие мобильности робота насосные установки должны устанавливаться в роботе там, где необходимо. Следовательно, увеличивается масса робота на вес насоса.

2. используют рабочие жидкости на нефтяной основе, что исключает применение таких роботов в пожаро- и взрывоопасной среде.

3. ресурс рабочей жидкости ограничен, что приводит к частой смене всего объема жидкости, следовательно повышается стоимость обслуживания робота.

4. высокая стоимость элементов гидроприводов

5. предел рабочих температур жидкости привода ограничивается 150°С, что приводит к невозможности эксплуатации его в среде повышенных температур. Необходимо помнить, что с повышением температуры изменяются свойства жидкости, следовательно изменяется скорость выходного звена (чем меньше вязкость, тем больше скорость).

6. точность позиционирования робота равна 0,5 мм.

II. Электромеханические привода.

Используются привода с высокомоментными двигателями постоянного тока, асинхронными дв. с частотным регулированием, бесколлекторные дв. постоянного тока и ШД.

Достоинства:

1. компактная конструкция двигателей позволяет компактно расположить их на роботе.

2. высокое быстродействие

3. равномерность вращения

4. высокий крутящий момент на max скоростях

5. высокая надежность

6. высокая точность

7. низкий уровень шума и вибрации

8. низкая стоимость эксплуатации

9. взаимозаменяемость э/дв.

10. компактная конструкция преобразователей.

Недостатки:

1. наличие щеток в коллекторах двигателей постоянного тока.

2. следовательно, ограниченное использование во взрыво- и пожароопасных средах.

3. большая зависимость скорости выходного звена от нагрузки, что приводит к необходимости создания дополнительных контуров.

4. наличие дополнительных кинематических цепей между э/дв и рабочим органом.

Особенностью электроприводов ПР яв-ся:

1. широкий диапазон регулирования по скорости и позиционированию.

2. высокие требования к динамике и точности слежения ПР.

3. такие ПР работают в широком диапазоне изменения моментов нагрузки.

4. э/дв работают длительное время в заторможенном режиме.