Глава 23. Конструкции промышленных роботов

1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ АГРЕГАТНО-МОДУЛЬНОГО

ТИПА

Создание широкого диапазона конструкций ПР воз­можно только при использовании унифицированных узлов и бло­ков (модулей). Применение агрегатно-модульного принципа по­строения ПР снижает их стоимость по сравнению с универсаль­ными.

Основные модули (основания, захватные устройства, поворот­но-подъемные механизмы и др.) в зависимости от назначения мо­гут иметь несколько типоразмеров. Различают ПР напольного, тельферного и мостового типов.

Рис. 163. Схема построения отдельных модификапий агрегатной гаммы ПР

X

Рис. 163. Схема построения отдельных модификапий агрегатной гаммы ПР

Технические данные агрегатной гаммы промышленных роботов ЛМ40Ц.00.00 [0]

Гамма агрегатных роботов типа ЛМ40 с ограниченным разно­образием технических показателей включает 24 модификации, различающиеся числом степеней подвижности (от 2 до 6), формами рабочих зон, комбинациями и расположением стыковочных узлов (рис. 163). Технические данные приведены в табл. 18.

Испол­ нение	Число степеней под­вижности При КОМПО' иовке				ИИ	г, мм	г, мм	ф, •	а,. °
	47	20	06	40
01	6	5	4	5	500	500	500	270	180	180
02	6	5	4	5			1000
03	5	4	3	4			500			— '
04	5	4	3	4			1000			—
05	4	3	2	3			500		—	—
06	4	3	2	3			1000		—	— '

Таблица 18

Примечание. Грузоподъемность 40 кг. Привод — гидравлический. Система управления — цикловая. Метод программирования перемещений — по упорам. Погрешность позиционирования ±2,0 мм. Наибольший вылет руки 1885 мм. Скорости линейных перемещений: 0,2; 0,35; 0,6 м/с. Угловая скорость перемещений: 90 и 180 °С. Схема кодификации моделей: ЛМ40Ц 47.01, где 47 — компоновка; 01 — исполнение.

Роботы этой гаммы предназначены для автоматизации техно­логических процессов в литейных цехах с поточным характером производства. Они используются, например, в составе комплексов литья по выплавляемым моделям. Роботы могут также применять­ся для съема и переноса отливок в составе комплексов литья под давлением.

Комплект промышленных роботов серии СМ40 содержит 10 ти­поразмеров напольных стационарных и передвижных роботов. Этот ряд создан на базе 16 универсальных модулей механической системы: четырех типоразмеров рук для перемещения зажима и поворота заготовки; трех типоразмеров захватных устройств для различных деталей; трех типоразмеров оснований; двух типораз­меров устройств приводов для линейного перемещения и враща­тельного движения руки; трех типоразмеров системы управления на базе программных барабанов. У всех роботов этой серии пре­дусмотрен гидравлический привод на базе гидроцилиндров с уп­равлением от индивидуальных электрозолотниковых устройств. Цикловая позиционная система управления с программоносите­лем, выполненным в виде командоаппарата, имеет ограниченное число точек позиционирования. Смена программы осуществляется путем замены барабана командоаппарата. Основные характери­стики и область применения этих промышленных роботов при­ведены в табл. 19.

Гамма электромеханических роботов модульного типа универ­сального назначения типа РПМ-25 разработана на базе группы модулей, включающих стационарное и подвижное основания в на­польном или подвесном исполнении, блоки сдвига, подъема, одинарного и двойного качания, радиального хода, три модифи­кации рук (с одной, двумя и тремя степенями свободы). Комби­нацией модулей (без их повторения в одной инструкции) можно получить 95 модификаций промышленных роботов.

Технические данные модулей приведены в табл. 20.

Кинематическая схема наиболее распространенного электро­механического робота МП-4 приведена на рис. 164. На основании 1 закреплен коробчатый корпус, сваренный из листовой стали. Внутри корпуса расположены механизмы подъема рук и поворота их вокруг вертикальной оси. Поворот осуществляется от мотора 18 через редуктор и шестерню 16, находящуюся в зацеплении с ко­лесом 17, которое жестко закреплено на трубе 15, соединенной с барабаном 14. На наружной поверхности барабана выполнены Т-образные пазы, в которых закреплены флажки, входящие при повороте в пазы бесконтактных переключателей 12, выдающих команду на остановку. Точная доводка до позиции обеспечивается штоком пневмоцилиндра 13, воздействующим на жесткий упор, закрепленный на барабане. Механизм подъема состоит из электро­двигателя 5, который через червячный редуктор 4 и шестерню 3 связан с рейкой, выполненной заодно с трубой 15. Промежуточных позиций механизм подъема не имеет и работает от упора до упора.

*5 Таблица 19

⁰⁰ Технические характеристики я области обслуживания типового ряда промышленных роботов [9]

		• Г-			Рычажно-захватное устройство				Зона
Область	Тип		gö 5 и о	Тнп и коли­чество		Область перемещения			обслужива­ния (наи­	| Система
обслуживания		к О о т о &І	Число 1 пеней боды		Привод ,•	по вер­тикали, ми	по гори­зонтали, 1Ш	при враще­нии, ° •	больший радиус), мм	управления
Машины для литья под давле­нием	Стационарный	20	6	Выд­ вижной 0)	Гидравли­ ческий	340	1250	180/90	2470	Цикловая
Вертикальные прессы усилием	*	10	5	То же (2)	Пневма­ тический	150	800	180/180	2000	»
!<■«) кН
Кузнеч но- прессо­вые машины (за­грузка заготовок	ш	160	5	>	Гидравли­ ческий	900	До 1000	180/—	до 2000	*
с горизонтальной осью)								—/180
Оборудование на автоматизирован­ных линиях и участках	Тельферный, стационарный или пере­движной	160	6	Трех- шариир- ное (1)	Электро- гидравли- чеекий	1900	800— 1000		1900	Позицион­ная с ЧПУ
Шахтные печи	Передвижной, подвесной (тельферный)	40	5	То же	То же	1900	850	180/—	1900	То же
То же, в составе термического агрегата	То же	80	5	Выд­ вижной 0)	Г идравли- ческий	750	Вдоль фронта печей	180/—	1900	Цикловая
Линии гальвано­покрытий	Передвижной (тельферный)	500	3	То же	То же	1200 или 1500	Ог 1000 до 25 000		1300. 1700, 2400 (ширина ванн)	»

* В числителе — вокруг вертикальной оси, в знаменателе — вокруг горизонтальной.

Таблица 20

Технические данные модулей агрегатной гаммы РПМ-25 18]

Модуль	Код	Угловая или линей­ная ско-	Номиналь­ное усилие или номи­нальный момент	Погрешность пози­ционирования с датчиком
		ремещеиия		аналоговым	кодовым
Поворота Подъема Сдвига Качания Радиального хода	300° 400 мм 800 мм 60° 1000 мм	135 °/с 0,4 м/с 0,6 м/с 45 °/с 0,6 м/с	800 Н-м 2500 Н 2000 Н 3000 Н-м 2000 Н	±4 мин ±0,4 мм ±0,8 мм ±2 мин ±0,8 мм	±0,56 мин ±0,05 мм ±0,1 мм ±0,22 мин ±0,1 мм
Двойного качания: нижний рычаг	90°	65 °/с	1800 Н-м	±3 мин	±0,4 мин
иерхний рычаг	90°	65 °/с	1800 Н-м	±3 ми и	±0,4 мин
Руки: вращение	360°	180%	200 Н-м	±10 мин	±1,3 мни
сгибание	200°	180 °/с	200 Н-м	±10 мин	±1,5 мин
Тележки (подвижного основания)	10 м	1,5 м/с	700 Н	±2 мм	±0,4 мм

Рнс. 164. Кинематическая схема промышленного робота ПМ-4

Рука робота крепится к трубе 15. В продольном направлении рука перемещается с помощью электродвигателя 11 через рееч­ную передачу 10. На корпусе руки закреплена накладка с Т- образными пазами, в которых устанавливаются передвижные флажки 8 для грубой остановки перемещения с помощью бескон­тактных переключателей. Точная остановка осуществляется пнев­моцилиндром 7, вилка которого входит в контакт с роликовыми упорами, также установленными на накладке 9. Захватное уст­ройство выполнено в виде вакуумного присоса 6, из которого при­нудительно отсасывается воздух. Положение робота относительно оборудования выверяется четырьмя винтами 2. Робот МП-4 ос­нащен цикловой системой программного управления.

ПР тельферного типа (с перемещением руки по монорельсу) по сравнению с роботами напольного типа позволяет экономить производственные площадки и осуществлять перемещение объе­мов манипулирования над технологическим оборудованием. При­менение опорных систем большой длины обеспечивает возмож­ность компоновать участки с групповым обслуживанием несколь­ких технологических установок одним роботом при их линейном расположении.

Мостовая схема ПР позволяет создавать более жесткие и дина­мические устойчивые схемы. Однако мостовые схемы более гро­моздки и требуют увеличения массы опорной системы. Характер­ным признаком этой группы ПР является наличие траверсы или моста, по которому перемещается каретка с рукой; при этом мост перемещается по своим направляющим.

2. ИНТЕРАКТИВНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Управление интерактивных роботов осуществляется попеременно оператором и автоматической системой. Интерактив­ные роботы, в отличие от биотехнических, оборудованы элемен­тами памяти для автоматического выполнения отдельных опера­ций.

Промышленный робот МКП-2,5 предназначен для работы в составе ковочных комплексов, в состав которых входят нагрева­тельная печь, ковочный пресс, интерактивный робот. Управление роботом осуществляется автоматизированной системой, обеспечи­вающей чередование во времени автоматического режима управ­ления с биотехническим.

Робот МКП-2,5 (грузоподъемность 2,5 т) разработан в наполь­ном исполнении. Тележка перемещается по двухрельсовому пути на четырех колесах. Максимальный путь перемещения тележки составляет 10 м. Тележка может перемещаться со скоростью до 0,6 м/с. Длина тормозного пути тележки не превышает 5 см, а тормозной путь руки 1,5 см. При ковке заготовки под действием бойка пресса рука робота имеет возможность упруго опускаться. Возникающие' при этом усилия демпфируются гидропневматиче­ским аккумулятором. Наибольший вылет руки 1180 мм.

Привод продольного движения тележки осуществляется от двух электродвигателей через редуктор и звездочку, сцепленную с неподвижными цевочными механизмами.

Система числового программного управления является четы­рехкоординатной. Она обеспечивает три программируемых дви­жения робота (подъем руки, перемещение руки параллельно рельсовому пути и ротацию захватного устройства) и управляет бойком пресса. Зажим и разжим клещей захватного устройства, боковой сдвиг руки и движение тележки по рельсам управляются вручную оператором.

Оператор, управляя роботом, обеспечивает захват загото­вки из нагревательной печи, перенос ее в рабочую зону пресса, съем и укладку готовой поковки. Ковка происходит автомати­чески по сигналу оператора (продолжительность ковки 10 ... 20 мин).

При необходимости оператор может управлять работой всего комплекса вручную.

Интерактивное управление, описанной конструкции робота носит название автоматизированного, когда происходит чередова­ние во времени автоматического режима с биотехническим.

Роботы с супервизориым управлением, в которых переход от одного автоматического цикла к другому осуществляется операто­ром, еще не нашли промышленного применения.

3. АДАПТИВНЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Основным критерием, по которому тот или иной робот можно отнести к классу адаптивных ПР, является наличие адап­тивного управления. Под адаптивным управлением. ПР понимают управление исполнительным устройством робота в функции от контролируемых параметров внешней среды и работа с автомати­ческим изменением внешней программы.

По виду сенсорного оснащения известные модели адаптивных промышленных роботов можно разделить на три группы: с такти­льными датчиками прикосновения, с датчиками контроля усилия или момента сил, с дистанционными датчиками.

Адаптивный промышленный робот типа УМ160 оснащен сен­сорным модулем для поиска, опознавания, измерения и захваты­вания деталей типа тел вращения, имеющих однорядное распо­ложение в ориентирующих магазинах. Сенсорный модуль (рис.. 165) оснащен электромеханическим тактильным датчиком 5, имеющим штырь 4, который может перемещаться в вертикальном направле­нии под действием усилия, приложенного к его основанию. На основании штыря закреплено подвижное коромысло 6 так, что возможен его поворот. Перемещение штыря и коромысла фикси­руется датчиком положения 5. Конструктивно тактильный датчик выполнен в виде сменного сенсорного модуля, который крепится к руке рядом с захватным устройством 3. Поиск детали осуществ-

Рис. 165. Сенсорное оснащение промышленного робота

ляется сканированием пространства магазина 1 с ориентирующими призмами в горизонтальной плоскости. При соприкосновении коромысла с деталью 2 оно поворачивается, а штырь перемещается вверх. В этот момент в систему управления подаются два сигнала: первый на перемещение захватного устройства на расстояние, обеспечивающее его выход в вертикальную плоскость, проходя­щую через ось детали, и второй — на захват детали. Расстояние между осями симметрии захватного устройства и коромысла уста­навливается равным шагу позиций ориентирующего магазина тары. Если требуется взять и уложить деталь в предыдущую по­зицию, сигнал датчика служит командой к прерыванию продоль­ного перемещения робота и началу укладки детали; когда тре буется взять очередную заготовку, сигнал датчика дает команду на продолжение движения на шаг и далее иа взятие заготовки.

4. ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА

Захватные устройства, являющиеся одним из основных элементов ПР, служат для захватывания и удержания в опреде­ленном положении объекта манипулирования. Они должны обе­спечивать надежный захват и удержание деталей, различных по геометрии, размерам и массе, в пределах, предусмотренных пара­метров робота. Конструкция, размеры и форма захвата зависят от массы, формы, размеров, материала транспортируемого объекта и других параметров. Усилие, потребное для обеспечения надеж­ности захвата груза, зависит от соотношения направлений дей­ствия зажима и движения. Усилие зажима, направленное пер­пендикулярно движению, должно быть значительно больше уси­лия зажима, направленного вдоль движения: это позволяет су­щественно упростить конструкции захватов и при одинаковых усилиях повысить скорость передачи грузов.

Захватные устройства можно классифицировать по принципу действия, по числу рабочих позиций, по виду управления, по характеру крепления на руке и т. д.

По принципу действия различают схватывающие, поддержи­вающие и удерживающие захватные устройства.

Схватывающие захватные устройства удерживают объект рабо­чими элементами (губками, пальцами, клещами и т. п.) за счет сил

5. ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

трения или комбинации сил трения и запирающих усилий. Все схватывающие устройства подразделяются на две группы. К первой относятся механические устройства: клещи, тиски, шарнирные пальцы Вторая группа объединяет захваты с эла­стичными рабочими камерами, деформирующимися под действием нагнетаемого внутрь воздуха или жидкости.

Поддерживающие захватные устройства для удержания объ­екта используют нижнюю поверхность, выступающие части объ­екта или имеющиеся в его корпусе отверстия. К таким устрой­ствам относятся крюки, петли, вилки, лопатки и захваты питате­лей, не зажимающие заготовок.

Удерживающие захватные устройства обеспечивают силовое воздействие на объект, обусловленное различными физическими эффектами. Наиболее распространены вакуумные и магнитные устройства. Встречаются захватные устройства, использующие эффект электростатического притяжения, адгезии и т. п.

По числу рабочих позиций захватные устройства можно раз­делить на однопозиционные и многопозиционные.

По виду управления захватные устройства подразделяются на четыре группы: неуправляемые, командные, жесткопрограмми­руемые и адаптивные

Неуправляемые захватные устройства — это устройства с по­стоянными магнитами или с вакуумными присосками без прину­дительного разрежения. Для снятия объекта с таких захватов требуется усилие большее, чем усилие его удержания.

Командные захватные устройства управляются только коман дами на захватывание или отпускание объекта. К этой группе относятся захватные устройства с пружинным приводом, осна­щаемые стопорными устройствами и срабатывающие через такт. Губки пружинных устройств разжимаются и зажимаются благо­даря взаимодействию их с объектом манипулирования или с эле­ментами внешнего оборудования (аналогично механизмам, исполь­зуемым в конструкциях шариковых авторучек).

>Кесткопрограммируемые захватные устройства управляются системами программного управления роботов. Перемещение гу­бок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима в таких устройствах изменяются в зависимости от заданной про­граммы.

Адаптивные захватные устройства — программируемые устрой­ства, оснащенные различными первичными преобразователями внешней информации (формы поверхности и массы объекта, уси­лия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно ра­бочих элементов захватного устройства и т, п.).

По характеру крепления к руке промышленного робота все захватные устройства можно разделить на сменные и стационар­ные.

Неуправляемые механические захватные устройства выпол няются в виде пинцетов, разрезанных упругих валиков и втулок (цанг) или клещей с одной и двумя подвижными губками, находя­щимися под действием пружин. Разжим рабочих элементов таких захватных устройств происходит при контакте с заготовкой, из-за чего могут быть повреждены поверхности детали или зажимных элементов. Деталь удерживается вследствие упругого воздействия зажимных элементов, а высвобождается принудительно благодаря дополнительным устройствам. Эти захватные устройства приме­няют в условиях массового производства или манипулирования с объектами небольшой массы и небольших габаритных раз­меров.

Неприводные захватные устройства со стопорными механиз­мами, обеспечивающими чередование циклов зажима и разжима деталей, не требуют специальных команд от системы управления и дополнительного подвода энергии. Детали удерживаются силой пружин вследствие эффекта самозатягивания или запирающего действия губок. Как правило, работа подобных захватных уст­ройств возможна только при их вертикальном положении.

Наиболее распространены конструкции клещевого тина Дви жение губок обеспечивается пневмо-, гидро- или электроприводом. Преимущества пневмопривода — простота, удобство подвода энер­гии (один шланг), отсутствие течи, легкость регулирования уси лия зажима, возможность использовании в агрессивных средах и зонах высоких температур. Недостаток большие габаритные размеры при сравнительно малых усилиях зажима. Гидропривод широко применяют, так как он обеспечивает значительные усилия зажима при малых габаритных размерах и его можно легко регу­лировать. Электропривод ввиду сравнительной сложности пока применяют ограниченно.

Основными элементами вакуумных захватных устройств яв­ляются присоски и устройства дли создания вакуума. Присоски изготовляют из резины или пластика.

Электромагнитные захватные устройства часто компонуют из небольших электромагнитов, установленных на общей раме. Такие устройства обычно применяют для переноса фасонных, круглых и ребристых поверхностей, захватить которые вакуум­ными устройствами либо трудно, либо невозможно.

Захватные устройства с эластичными камерами применяют для переноса хрупких изделий небольшой массы, имеющих не правильную форму. Действие таких устройств основано на дефор­мации эластичной камеры под действием давления воздуха или жидкости. Захватные устройства с эластичными камерами при­меняют для удержания деталей как за наружную, так и за виу тре 1! НН1Ю повер X НоСТЬ.

Выбор типа привода определяется функциональным на­значением ПР. Независимо от вида привода к нему предъявляются следующие общие требования: минимальные габаритные размеры, высокие энергетические показатели, возможность работы в ре­жиме автоматического управления и регулирования, высокое быстродействие, безопасность, возможность встраивания систем охлаждения и терморегулирования, надежность, удобство мон­тажа и обслуживания.

ПР оснащаются электрическими, пневматическими, гидрав­лическими и комбинированными приводами.

Электрический привод обеспечивает хорошие динамические характеристики, повышенную точность позиционирования (менее ±1 мм) и широкую маневренность. В состав электропривода входят усилители мощности, управляемые двигатели, передаточ­ные механизмы, датчики обратной связи по скоростям и положе­нию, сравнивающие устройства.

В настоящее время широкое распространение получил дискрет­ный (шаговый) привод с управляющим шаговым двигателем. Расширяется применение следящих приводов на базе электро­двигателей постоянного тока.

Пневматический привод состоит из пневмоцилиндров (для создания поступательного движения), пневмодвигателей (для вра­щательного движения), привода с крутящим моментом (для коле­бательного движения), пневмоклапанов (для управления и регу­лирования скорости перемещения и остановки поршня), а также электромагнитных клапанов, работающих на переменном и по­стоянном токе и управляющих одновременно несколькими ка­налами.

Для роботов с пневмоприводом возможно применение систем управления струйной автоматики. К преимуществам таких при водов и систем управления относятся безотказность в работе, сокращение необходимой производственной площади (у электро­систем аппаратура располагается в отдельном шкафу, у пневмо- систем— обычно непосредственно на механических узлах), низ­кая стоимость, простота обслуживания и ремонта. Пневматиче­ский привод во многом сходен с гидравлическим, но не имеет обратного трубопровода.

Гидравлический привод, как правило, применяют для роботов грузоподъемностью более 10 кг с повышенной точностью пози­ционирования. Он также находит применение для роботов с боль­шой зоной обслуживания (например, в Швеции создан робот с гидроприводом грузоподъемностью 1,5 т; высота подъема груза 6000 мм; рука имеет вылет 5000 мм; скорость движения 1 м/с).

Комбинированный электрогидравлический сервопривод, управ­ляемый от электрических сервомоторов малой мощности, приме­няют, в частности, для промышленных роботов, мощность которых не может быть достигнута с помощью обычных приводов. Гидро усилители момента и линейные гидроусилители представляют собой приводы для осуществления вращательного и поступатель ного движения захватных устройств и рук роботов.

Комбинированный гидроэлектропривод, используемый для ро­ботов грузоподъемностью свыше 15 кг, имеет ряд достоинств: повышенные точность позиционирования и скорость движения рабочих органов, возможность увеличения числа программируе­мых точек при позиционных системах управления. В комбиниро­ванных пневмогидравлических приводах предварительное пози­ционирование подвижных устройств осуществляется пневмопри­водом, а окончательное — гидравлическим приводом.

Приводы ПР располагаются на станине либо непосредственно на рабочих органах. Первый способ предпочтительней, так как расположение приводов по второму способу обычно сопрово­ждается увеличением габаритных размеров и массы рычажно­захватного устройства, что сказывается на грузоподъемности и других параметрах робота.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите об устройстве и назначении робота типа ЛМ40.

2. Расскажите о роботах серии СМ40.

3. Расскажите об универсальных роботах серии РПМ-25.

4. Как устроен напольный робот с выдвижной рукой?

5. Расскажите о назначении и принципе работы роботов тельферного и мостового типов.

6. Как устроены и работают интерактивные промышленные роботы?

7. Какие конструкции рецепторов используются у адаптивных роботов?

8. По каким принципам классифицируются захватные устройства?

9. Как устроены и работают механические захватные устройства?

10. Как устроены и работают вакуумные и электромагнитные устройства?

11. Какие типы электроприводов применяются в роботах?

12. Как устроен и работает пневматический электропривод роботов?

13. Как устроен и работает гидравлический привод роботов?

14. Как устроен и работает комбинированный привод роботов?

1. Л А В А 24. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫМИ РОБОТАМИ

1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ

Основное назначение системы управления ПР заклю­чается в формировании определенной последовательности его дей­ствия и обеспечение автоматической работы всех механизмов в соответствии с заданной программой. Система управления обес­печивает связь робота с технологическим оборудованием, которое он обслуживает. Заданная программа определяет порядок раз­

личных движений робота и реализуется с помощью различных средств электро-, пневмо- или гидроавтоматики в зависимости от применяемого типа привода.

Системы управления могут быть классифицированы по харак­теру обработки программ, по характеру программирования» по способу представления информации, по способу управления И т. д.

По характеру обработки программы системы управления раз­деляются на жесткопрограммируемые, адаптивные и гибкопро­граммируемые.

В жесткопрограммируемых системах управления программа содержит полный набор информации и не корректируется при изменении параметров внешней среды.

В адаптивных системах управления программа не содержит полной информации о параметрах внешней среды. В процессе работы адаптивная система воспринимает недостающую информа­цию с помощью внешних устройств. Такая система допускает изменение технологического процесса и упрощает программиро­вание.

В гибкопрограммируемых системах управления используется программа, сформированная на основе поставленной цели и ин­формации об объектах и явлениях внешней среды.

По характеру программирования системы управления подраз­деляются на позиционные, контурные и комбинированные. У пози­ционных систем управления задаются начальное и конечное поло­жения рабочих органов промышленных роботов. В зависимости от числа точек позиционирования различают малоточечные (число точек пдзиционирования не превышает десяти) и многоточечные (число программируемых позиций может достигать нескольких сотен) позиционные системы. При контурном управлении поло­жение рабочего органа робота определяется в каждый момент времени. Комбинированные системы управления могут обеспечи­вать как позиционное, так и контурное управление.

По способу представления информации различают электро­механические, цикловые, числовые, аналоговые и гибридные си­стемы управления. В электромеханических системах геометриче­ская информация представлена в виде физического аналога (по­ложения на управляющих, упоров и т. п.). В таких системах могут быть использованы обычные схемы релейной автоматики, обеспечивающие определенную последовательность выполнения шагов программы. Однако электромеханические системы характеризуются наименьшими функциональными возможно­стями.

В системах циклового программного управления программа задается в виде чисел, а геометрическую информацию выдают соответствующие путевые и конечные выключатели. Перестройка программы осуществляется либо с помощью штекерной панели, либо с помощью считывающего устройства с перфоленты. Системы циклового программного управления используются только в ро­ботах с малым числом позиций.

В аналоговых системах управления программа задается и хра­нится в виде напряжения В качестве элементной базы в них ис­пользуются операционные усилители постоянного тока. Аналого­вые системы по своим функциям практически не отличаются от цикловых.

В системах числового программного управления программа представляется в числовом виде и хранится на быстросменных носителях (магнитных барабанах, дисках и лентах). Для преоб разования аналоговых входных сигналов системы числового про­граммного управления оснащаются аналого-цифровыми преоб­разователями. Эти системы обеспечивают максимальные функ­циональные возможности роботов. Они контролируют результаты выполнения действий манипулятора и параметров внешней среды. При использовании нескольких ПР с числовым программным управлением они объединяются в одну систему, подключаемую к внешней ЭВМ.

В гибридных системах управления используются различные сочетания рассмотренных систем управления.

По способу управления системы делят на замкнутые и разомкну­тые. В замкнутых системах управляющее устройство получает информацию о фактическом состоянии ПР и окружающей среды. Это позволяет формировать управляющие сигналы с учетом полу­ченной информации. В разомкнутых системах входная информа­ция отсутствует, что усложняет процесс управления и требует тщательного соблюдения технологического процесса. Изменение эксплуатационных характеристик ПР в таких системах приводит к снижению точности позиционирования, т. е. к снижению на­дежности работы.

2. УНИФИЦИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Для управления ПР в СССР разработаны и серийно вы­пускаются три группы унифицированных систем (машин) про­граммного управления. К первой группе относятся унифициро­ванные цикловые машины (УЦМ), ко второй — унифицированные позиционные машины (УПМ) и к третьей — унифицированные контурные машины (УКМ) Рассмотрим основные типы унифи­цированных систем.

Малоточечные цикловые системы позиционного управления типа УЦМ. Промышленность выпускает три модификации этих систем: УЦМ-10, УЦМ-20 и УЦМ-663, которые различаются в основном числом выходных сигналов и вспомогательных команд. Системы управления этого типа предназначены для ПР, обслужи­вающих кузнечно-прессовое оборудование, литейные машины, линии гальванопокрытий и металлорежущие станки в условиях массового и крупносерийного производств. Такие системы ком-

Технические данные унифицированных систем управления УЦМ [9|

Характеристика	УЦМ-10	УЦМ-20	УЦМ-663
Число управляемых координат	2—10	7	6
Число точек позиционирования	2	3	3
Емкость памяти (число команд), в том	30	32	128
числе:
тех нологически X	12	7	12
управляющих роботом	16	15	30
11 рограммо носитель	Коммута­	Плато с	Интеграль­
	ционное	диодными	ное
	поле	штекерами
Возможность сопряжения с ЭВМ	Есть	Нет	Нет
Тип датчика положения	Микровы­	Бескон­	Бескон­
	ключатель	тактный	тактный

Таблица 21

плектуют роботами с ограниченными манипуляционными возмож­ностями, имеющими небольшое число точек позиционирования по каждой степени подвижности. Командный сигнал систем УЦМ представляет собой напряжение определенной полярности, появ­ляющееся на соответствующей выходной шине. Длительность ко­мандного сигнала может быть установлена по времени либо по сигналу от конечного выключателя, расположенного на соответ­ствующем рабочем органе робота. В табл. 21 приведены основные технические данные этих систем.

Числовые системы позиционного управления УПМ. Выпу­скаются в модификациях У ПП-331, УПМ-552 и УПМ-772, разли­чающихся числом управляемых координат и типом управляемого привода. Они предназначены для управления ПР со значительным числом точек позиционирования по каждой координате и могут применяться для комплектации роботов, осуществляющих авто­матизацию обслуживания различного технологического оборудо­вания, подъемно-транспортных операций, простейших сборочных работ и операций контактной точечной сварки; при этом число единиц обслуживаемого оборудования не должно превышать четырех.

Системы УГ1М построены по принципу синхронного микро­программного автомата с конечным числом состояний и жестким циклом управления и унифицированы по структурно-алгоритми­ческому и конструкторско-технологическому принципам. Вся командная, технологическая и геометрическая (в абсолютных зна­чениях) информация с пульта обучения и пульта управления записывается в оперативную память устройства, откуда она может быть переписана для длительного хранения на магнитную ленту кассетного накопителя. Технологическая информация включает до шестидесяти управляющих команд. Операционно-логический

Технические данные унифицированных систем управления УПМ |9|

Характеристика	УПМ-331	УПМ-552	УПМ-772
Привод	Шаговый	Следящий	Следящий
Число программируемых координат	3	5	7
Число двоичных разрядов для обра­	15	15	15
ботки геометрической информации
Число степеней точности	—	3	3
Точность позиционирования, ед. диск­	±1	1	1
ретности
Коррекция движения	Есть	Нет	Есть
Потребляемая мощность, кВт	1,5	1,0	1,0
Система отсчета	В абсолютных значениях
Метод программирования		Обучение
Программоноситель	Накопитель	на магнитной ленте с
	емкостью	хранимой 600К бит	информации
Память	Оперативное запоминающее устройство
Число входных каналов	на 100—	-120 кадров программы
		32
Число скоростей		8
Индикация		Цифровая

Таблица 22

блок совместно с микропрограммным автоматом обеспечивает взаимодействие всех блоков устройства и осуществляет централь­ное управление и логическую обработку информации.

Программирование методом «обучения» производится на мед­ленных скоростях движения робота и представляет собой после­довательное занесение информации об отдельных кадрах рабочей программы в оперативное запоминающее устройство.

Управление степенями подвижности ПР и задание скорости перемещения при обучении осуществляются с пульта обучения. Набор технологической и вспомогательной информации, в том числе условий выполнения программы, скоростей рабочего пере­мещения, степеней подвижности, параметров тары и т. п., проис­ходит на пульте управления устройства.

Устройства типа УПМ осуществляют цифровую индикацию и световую сигнализацию о нормальных режимах работы роботов, а также об отклонениях этих режимов от заданного. В табл. 22 приведены основные технические данные устройств типа УПМ.

Устройства контурного управления типа УК.М. Выпускаются промышленностью в двух модификациях УКМ-552, У,КМ-772, которые различаются числом управляемых координат, и предна­значены для управления ПР, имеющими сложное пространствен­ное перемещение исполнительного органа по заданной траектории. Такие движения необходимы для окраски, дуговой сварки и сложных сборочных операций. Для управления подобными ПР

и хранения рабочей программы требуется значительная емкость управляющего вычислительного устройства. Роботы со сложным движением, как правило, управляются с помощью микроЭВМ или микропроцессора.

Вычислитель устройств У КМ реализова н на базе микроЭВМ «Электроника-60», программоноситель выполнен в виде накопи­теля на гибких магнитных дисках с емкостью хранимой информа­ции до 12,8 Мбит

Устройства типа У КМ принимают сигналы от органов управ­ления роботами, от их измерительных преобразователей, от кон­такторов управления приводами технологического оборудования, от инструментов (краскопульты, сварочные головки) и устройств, а также от аварийных конечных выключателей.

Устройство обеспечивает плавную остановку рабочих органов манипулятора в позицию, соответствующую началу рабочей программы.

При обработке программы могут быть использованы безуслов­ные и условные переходы. Выбор требуемой программы осуще­ствляется по соответствующим сигналам от объекта (число сигна­лов 4 для УКМ-552 и 5 для У КМ 772) или от органов пульта управления.

Пульт управления встроен в стойку и является ее неотъемле­мой частью. Технические данные рассмотренных устройств при­ведены в табл. 23.

Для многофункциональных ПР, решающих разнообразные производственные задачи, в ряде случаев требуется комбиниро­ванное (контурное и позиционное) управление. Подобные системы управления должны быть универсальными и обеспечивать зада­ние геометрической информации и в абсолютных значениях, и

Таблица 23

Технические данные контурных систем управлення У КМ (9|

Харп ктер истиКа	У КМ-552	У КМ-772
Число про!раммируемых координат	5	7
Измерительный преобразователь	Потенциометр	Кодовый
	СП4	датчик
Число команд:
техноло!ических	8	32
от внешнего оборудования	8	8
Число двоичных разрядов для обработки	16	16
геометрической информации
Точность позиционирования, ед. дискрет­	±1	±1
ности
Привод	Следящий
Метод программирования	Обучение
Интерполяция	Линейная

в приращениях, а также иметь возможность адаптивного управле­ния с учетом информации, поступающей извне.

Система числового программного управления С85. Создана на базе встроенной ЭВМ со свободным .программированием и обес­печивает комбинированное управление с возможностью адаптации к внешней среде. В основе системы используется микроЭВМ «Электроника-60».

Система обеспечивает: управление восемью координатами; по­зиционирование с остановкой по сигналам датчиков; обработку программы с обращением к подпрограммам; покадровую отра­ботку программы; оперативную коррекцию скоростей и переме­щений; развитую систему индикации, включая индикацию теку­щего кадра, отработку перемещений, кодов ошибок; редактиро­вание управляющих программ с выводом информации на дисплей; текстовый контроль функционирования. Перемещения задаются как в абсолютных значениях, так и в приращениях.

В базовый комплект системы входят процессор, таймер, пульт управления, блок сопряжения с роботом, блок ввода-вывода дан­ных, блок питания, запоминающее устройство. В состав дополни­тельных устройств входят дисплей, перфоратор, устройство вы­вода на печать, внешнее запоминающее устройство.

3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Кроме рассмотренных систем управления ПР осна- ■ щаются информационными системами, в значительной мере опре­деляющими их функциональные возможности, сложность реше­ния задач и эффективность использования. Информационные си­стемы используются также дня обеспечения безопасности обслу­живающего персонала. В зависимости от выполняемых функций информационные системы разделяются на системы восприятия информации о внешней среде, системы контроля состояния ПР и системы обеспечения техники безопасности.

Системы восприятия информации о внешней среде. Они под­разделяются на визуальные, локационные системы и системы искусственного осязания.

В визуальных системах для получения зрительного изобра­жения чаще всего используются устройства монокулярного или бинокулярного искусственного зрения. В качестве датчиков при­меняют видиконы (передающие телевизионные трубки), фото­матрицы (наборы фотоэлементов) и т. п., управляемые от ЭВМ. С помощью этих систем определяют местоположение, объекта по отношению к руке робота, контролируют наличие объекта в за­хватных устройствах или проводят классификацию по форме простых объектов.

Роботы с визуальными системами пока получили недостаточ­ное распространение, что объясняется в основном длительностью времени обработки информации.

Локационные системы условно можно разделить на две группы: системы дальней и системы ближней локации рабочего простран ства. Первые могут быть построены с использованием ультразву ковых, лазерных и светолокационных оптических систем.

Ультразвуковые дальномеры позволяют измерять расстояния до объекта в диапазоне до 2 м с погрешностью 2 %. Точность определения угловых координат (т. е. положения объекта) у уль­тразвуковых дальномеров значительно ниже, поскольку облу­чается большая часть поверхности предмета, что затрудняет вы­деление его локального участка дня измерения. Поэтому ультра­звуковые дальномеры используют для обнаружения объекта и грубого определения его положения в пространстве.

Локационные устройства на основе лазерных излучате­лей определяют пространственное положение объектов с весьма высокой точностью Однако подобные устройства не находят ши­рокого применения на практике. Это объясняется сложностью аппаратуры, большими габаритными размерами и высокой стои­мостью.

Широкое применение могут найти с в е т о л о к а ц и о н- н ы е системы. В них рабочее пространство «ощупывается» све­товыми или инфракрасными лучами. В качестве излучателей используются лампы накаливания, светодиоды и другие излу­чающие свет приборы, в качестве приемников — различные кон­струкции с использованием фотодиодов и фоторезисторов. Точ­ность определения расстояния с помощью светолокационных си­стем может достигать 2 мм на расстоянии до 2 м.

Системы ближней локации могут быть построены и на основе индукционных, магнитных и струйных преобразова­телей (датчиков). Наилучшими эксплуатационными характери­стиками среди них обладают струйные преобразователи, действие которых основано на взаимодействии потока сжатого воздуха, вытекающего из сопла, с предметом локации. Недостатком струй­ных преобразователей является необходимость применения пнев- моэлектрических преобразователей входного сигнала в электриче­ский сигнал.

Общим недостатком дистанционных преобразователей, приме­няемых в локационных системах, является зависимость выходных сигналов от отражательной способности, неровности поверхности и материала исследуемых предметов; кроме того, исследуемая поверхность должна быть перпендикулярна световому лучу или воздушному потоку. Более универсальное применение имеют преобразователи, работающие на просвет (например, для контроля наличия объекта в захватном устройстве).

Особенностью работы систем искусственного осязания является наличие контакта датчиков с поверхностью объекта. С их по­мощью могут быть решены следующие задачи: поиск и обнаруже­ние предметов, определение их положения; распознавание формы и их классификация; определение параметров объектов (масса, твердость, температура, теплопроводность и электропроводность и т. п.); контроль за микроперемещениями деталей при выпол­нении некоторых сборочных операций; контроль смещений объекта в захватном устройстве робота при воздействии на него динами­ческих нагрузок.

Простейшими первичными преобразователями искусственного осязания являются тактильные преобразователи контактного типа. Они располагаются на наружных и внутренних поверхностях захватного устройства робота. В каче­стве чувствительных элементов используют микропереключатели и электропроводящие полимеры. Такие преобразователи реко­мендуются для решения задачи контроля наличия детали в захват­ном устройстве, правильности ее центрирования, а также для поиска и распознавания пространственно не ориентированных предметов.

Контактные преобразователи могут быть объединены в ма­трицы. Это позволяет упростить определение ориентации объекта в пространстве, получить информацию о зоне контакта между захватным устройством манипулятора и удерживаемым объек­том.

При использовании матриц следует учитывать ряд факторов. При низкой плотности расположения преобразователей в матрице могут быть применены микропереключатели, реле и т. п. Более высокие функциональные возможности ПР обеспечиваются при использовании матриц из пропорциональных преобразователей, которые применяют в основном для решения задачи классифика­ции и определения формы объектов манипулирования.

Преобразователи усилия (моментов) применяют в роботах, осуществляющих манипулирование хрупкими и легко- деформируемыми предметами или выполняющих простые опера­ции сборки. В первом случае преобразователи усилий позволяют регулировать усилие захвата пропорционально массе захваты­ваемых объектов.

Для измерения усилий применяют два способа: по упругой деформации чувствительного элемента и по перемещению подвиж­ной части чувствительного элемента.

Системы контроля состояния ПР. Обеспечивают требуемые эксплуатационные характеристики, включая надежность роботов, и участвуют в организации требуемых параметров движения. В силу этого системы контроля состояния ПР должны содержать: систему оценки положения ц скорости движений робота, обеспе­чивающую регистрацию фактического его состояния в каждый момент времени и сравнение с требуемыми параметрами движения; систему аварийной блокировки, обеспечивающую предотвраще­ние поломок как механической системы ПР, так и обслуживаемого им технологического оборудования при появлении случайных сбоев; систему диагностики и прогнозирования ресурса роботов, предназначенную для сокращения времени восстановления их работоспособности и уменьшения числа отказов путем проведе­ния соответствующих профилактических работ.

Система оценки положения и скорости перемещения узлов и механизмов является специали­зированной для конкретного типа Г1Р.

Основными требованиями, предъявляемыми к преобразовате­лям таких систем, являются надежность, малые габаритные раз­меры и масса, помехоустойчивость к воздействию окружающей среды, простота юстировки, возможность отсчета абсолютных зна­чений и низкая стоимость.

Для ПР со следящим приводом в состав системы входят пер­вичные преобразователи положения и скорости перемещения от­дельных степеней подвижности. В качестве преобразователей ско­рости применяют серийно выпускаемые тахогенераторы ТД-103, Г1Т-1, ТГ1-11 либо двигатели постоянного тока серии ДГ1М. В ка­честве первичных преобразователей положения используют про­волочные потенциометры, индуктивные и индукционные преоб­разователи типа вращающихся трансформаторов.

Системы аварийной блокировки предназна­чены для предохранения ПР и обслуживаемых ими механизмов от поломок при появлении случайных сбоев, предельных внешних силовых воздействий и других помех в фазе транспортирования деталей. Номенклатура и число используемых в системе преобра­зователей определяются типом робота и характером решаемых им задач. Выбор типа преобразователей и места их установки на роботе зависит от используемой схемы контроля и управления.

Опыт эксплуатации Г1Р позволяет условно разбить все возни­кающие сбои и отказы на несколько видов: отдельные механизмы роботов доходят до своих кинематических ограничений; захватное устройство «натыкается» на деталь либо на отдельные части об­служиваемого им оборудования; робот пытается переместить де­таль. не совершив необходимых предварительных движений по обходу препятствий.

В нервом случае для предотвращения поломок ПР исполь­зуются конечные выключатели, располагаемые в начале и конце каждой траектории движения, ограничивая максимально и ми­нимально возможные перемещения роботов.

В остальных случаях аварийная блокировка осуществляется на основании анализа скоростей перемещения отдельных подвиж­ных механизмов робота и сравнения их с программными. В том случае, когда препятствие не приводит к заметному изменению скорости движения робота, блокировка осуществляется на осно­вании анализа сигналов либо тактильных преобразователей кон­тактного типа, располагаемых на наружных поверхностях за­хвата роботов, либо силовых преобразователей, располагаемых на отдельных звеньях роботов.

Помимо контроля механической системы робота система ава­рийной блокировки должна включать блокировку при нарушении работоспособности систем числового программного управления и электроавтоматики.

Система обеспечения техники безопасности. Предназначена для формирования сигналов на остановку движения роботов в опасной для здоровья оператора зоне и при возникновении раз­личных аварийных ситуаций. В качестве устройств, выдающих информацию об аварийной ситуации, используются контактные, силовые, индукционные, ультразвуковые и другие первичные преобразователи.

Контрольные вопросы и задания

1. Как классифицируются системы управления?

2. Расскажите о технических возможностях и назначении унифицированных систем управления типа УЦМ.

3. Какие технические возможности обеспечивают унифицированные системы управления типа УПМ?

4. Расскажите о технических возможностях унифицированных систем управления типа У КМ.

5. Где и с какой целью используются комбинированные системы управ­ления?

6. Как классифицируются информационные системы?

7. Опишите технические возможности визуальных систем.

8. Расскажите о технических возможностях локационных систем.

9. Какие первичные преобразователи применяются в локационных систе* мах? Дайте им сравнительную характеристику.

10. Опишите технические возможности систем искусственного осязания.

11. Расскажите о видах и назначениях систем контроля состояния промыш­ленных роботов.

12. С какой целью применяются системы техники безопасности роботов?