Промышленные роботы Ч. 2 учебное пособие

низм, обеспечивающий продольное перемещение руки при ее одновременном вертикальном перемещении. Большая часть звеньев механизма установлена на поворотном столе, поэтому их вес не нагружает привод вертикального перемещения каретки. Применение в механизме комплексов колес 3 и 4 дает возможность уменьшить мертвый ход при реверсе механизма и повысить плавность зацепления.

Датчики перемещений. В качестве датчиков обратной связи, измеряющих и преобразующих выходную координату в электрический сигнал, используются потенциометры, сельсины (в трансформаторном режиме), вращающиеся трансформаторы, индуктивные датчики, кодовые датчики, линейные индукционные потенциометры.

Наиболее перспективно применение кодовых датчиков обратной связи, осуществляющих непосредственное преобразование величины перемещения вцифровой код. Они надежны, долговечны, удобны в эксплуатации и дешевы.

На рисунке 3.13 показана схема кодового фотоэлектрического датчика. На диски 1 и 2 нанесена маска в циклическом коде Грея, причем на диск 1 нанесена семиразрядная сетка, на диск 2 – шестиразрядная. Спиральные дорожки, нанесенные на диск 1, выполняют вспомогательные функции в согласовании отсчетов дисков.

Особенностью почти всех датчиков обратной связи, используемых в ПР, является то, что отсчет перемещений осуществляется в абсолютных единицах, т.е. в каждый момент времени информация, получаемая с датчиков, полностью характеризует фактическое положение элемента манипулятора.

Измерение и преобразование скорости гидродвигателей осуществляется тахогенераторами и индуктивными датчиками.

3.2.2.Направляющие исполнительных устройств

Вкачестве направляющих линейного перемещения с целью уменьшения сил сопротивления в основном применяются направляющие качения. Некоторые конструкции роликовых направляющих представлены на рис. 3.14.

61

и монтируются на кисти. В некоторых конструкциях ПР захваты могут меняться автоматически в соответствии с записанной программой. ПР целевого назначения комплектуются набором типовых захватов, которые можно менять в зависимости от конкретных условий использования. Для этой же цели на стандартный захват могут устанавливаться сменные зажимные губки, прихваты, упоры и другие элементы. Для специальных и специализированных ПР захваты могут проектироваться индивидуально. Для многоцелевых ПР необходима разработка универсальных захватных устройств, имеющих широкий диапазон размерных, весовых и геометрических параметров.

К захватным устройствам ПР предъявляется ряд общих требований: надежность зажима и удерживания объектов при манипулировании; стабильность их базирования; недопустимость повреждений или разрушений деталей, устройств и приспособлений. Проектировать захватный механизм необходимо исходя из наибольшего веса деталей, с учетом дополнительных инерционных нагрузок, возникающих при манипулировании. Во многих случаях захваты должны приспосабливаться к изменению размеров детали после обработки.

Конструкции захватных устройств определяются типом манипулятора, системой его управления, видом обслуживаемого оборудования и его технологической оснасткой. Например, для простых манипуляторов с цикловым ПУ изза сложности переналадки движений руки и ее кисти особое значение приобретает обеспечение захватом центрирования заготовок. Для манипуляторов с ЧПУ это требование имеет меньшее значение в связи с легкостью программирования движений руки и кисти с захватом. Однако при этом возникают другие проблемы: обеспечение автоматической смены захватов, создание захватных механизмов с программируемым ходом зажимных губок, оснащение захватов датчиками контроля внешних условий (усилий зажима, точности базирования), установка в захватах дополнительных устройств для измерения деталей, их обдува перед установкой и др.

Классификацию захватов удобно проводить по принципу действия, в соответствии с которым можно выделить несколько групп: механические, магнитные, вакуумные, упругие оболочковые (с гидропневмокамерами), примораживающие.

Механические захваты, получившие наибольшее применение, дополнительно можно классифицировать: по типу привода (пружинные, пневматические, гидравлические, электромеханические); по виду передаточного механизма

63

(рычажные, реечные, клиновые); по типу зажимных губок (жесткие, регулируемые, гибкие или пружинящие).

Магнитные захваты могут быть с постоянными магнитами или с электромагнитами.

Вакуумные захваты делятся на пассивные с простыми присосами и активные с принудительным поддержанием вакуума в удерживающей чаше.

Захваты в виде армированных герметичных оболочек зажимают детали под действием внутреннего давления масла или воздуха, деформирующего их в нужном направлении.

сдвумя парами зажимных губок вследствие большой длины по сравнению

сее диаметром. Для загрузки бесцентрово-шлифовальных станков применяют захваты, зажимающие деталь за торцы (рис. 3.16), что вызвано условиями обработки на этом типе станков. Захваты для манипулирования корпусными деталями отличаются высокой сложностью.

Важной особенностью взаимодействия захвата манипулятора, детали и технологической оснастки является компенсация неточностей их взаимного положения. Уменьшить возникающие при этом нагрузки и компенсировать погрешности положения руки манипулятора можно за счет введения в конструкцию захвата упругих элементов, располагаемых в зоне крепления захвата к кисти руки, либо

64

вмеханизме привода губок, либо непосредственно на губках (например, упругие прокладки). На рис. 3.17 показаны три последовательных момента установки детали в патрон станка захватом с упругими элементами (погрешность для наглядности увеличена). Сначала захват с деталью 1 подводится к патрону 2 и деталь своим торцом прижимается к торцу патрона (рис. 3.17, а); при этом упругие элементы 3 компенсируют неточность ориентации захвата относительно патрона станка (рис. 3.17, б); затем кулачки сходятся и деталь фиксируется

впатроне станка (рис. 3.17, в).

Рис. 3.17. Последовательность установки детали в патрон станка захватом с упругими элементами

Другим методом обеспечения правильного базирования детали в захвате манипулятора является его оснащение чувствительными датчиками, которые, кроме того, позволяют измерять усилие зажима или вес захватываемой детали.

Следует помнить, что эффективность применения робота при выполнении тех или иных технологических операций нередко определяется тем, насколько удачно выбрана конструкция захвата. Примеры алгоритмов работы схвата приведены в прил. 2 (рис. П. 2.4 и П. 2.5).

3.2.4. Системы управления промышленными роботами

Система управления ПР имеет в общем случае многоуровневую структуру, показанную на рис. 3.18.

Первый (низший) уровень включает устройства управления движениями отдельных звеньев: манипулятора и других исполнительных механизмов ПР. Он содержит автоматизированные приводы и устройства автоматики для всех степеней подвижности манипулятора, механизмов зажима, фиксации и т.п. Управляющие программыэтого уровнязадаютзначениякоординат каждой из сте-

65

пеней подвижности манипулятора, величины скоростей и подают другие команды, необходимые для осуществления их частных циклов. Устройства управления первого уровня реализуются на основе релейных или бесконтактных схем автоматики, блоков автоматизированных приводов и датчиков.

На втором уровне системы формируются сигналы управления всеми приводами и устройствами автоматики манипулятора, обеспечивающие необходимые перемещения его рабочего органа (захвата) в пространстве и их последовательность при выполнении элементарных операций во взаимодействии с другим технологическим оборудованием. Элементарные операции включают несколько частных циклов движений исполнительных механизмов манипулятора, станка и другого оборудования, например, при установке детали в патроне станка, перемещении обработанной детали на разгрузочную позицию и т.д.

На третьем уровне решаются укрупненные задачи управления при обслуживании станка. Для этого операция обслуживания представляется в виде необходимой последовательности элементарных операций и их параметров, записанной на общем программоносителе или введенной в устройство памяти компьютера. Для реализации этого уровня управления необходимы устройства для обучения робота или системы автоматического программирования ПР с использованием малой ЭВМ, которая может также осуществлять групповое управление обслуживаемым ПР оборудованием.

Каждый уровень системы управления ПР имеет обратные связи, по которым передается информация об исполнении команд на нижних уровнях, о внутреннем

66

состоянии устройства на данном уровне, а также о характеристиках внешней среды, например об обслуживаемом станке и объекте манипулирования.

Оператор может непосредственно участвовать в управлении ПР через специальные устройства второго и третьего уровней. Обычно участие оператора

вуправлении ПР сводится к предварительной настройке и коррекциям движений при выполнении частных циклов манипулятора или программированию необходимых операций методом обучения ПР.

Широкое применение получил принцип классификации систем программного управления ПР с точки зрения способа отработки управляющей программы. Различают четыре основных метода программного управления ПР: цикловое, позиционное, контурное, комбинированное. При цикловом управлении программируется последовательность движений и временные интервалы между частными циклами; информация о положении исполнительных механизмов задается обычно средствами путевой автоматики только для определенных (например, крайних) точек зоны перемещения по каждой из координат. Контурное управление позволяет осуществить большее число дополнительных программируемых перемещений схвата, чем цикловое. Позиционное управление позволяет программировать независимые перемещения по осям координат

впроизвольные точки рабочей зоны робота. Комбинированный метод управления объединяет возможности позиционного и контурного ПУ.

Взависимости от метода программирования различают два варианта ПУ роботом: с непосредственным программированием путем обучения (при этом оператор предварительно с помощью специального пульта выполняет необхо-

димые действия манипулятора, вручную задает параметры, а затем вводит в память устройства ПУ); с косвенным (расчетным) программированием (при этом создают управляющую программу по заранее известной исходной информации и представляют ее в буквенно-цифровом коде на программоносителе или записывают в памяти устройства ПУ).

В свою очередь, непосредственное программирование ПР может быть: раздельным, когда обучение конкретным значениям, касающимся информации о положении исполнительного механизма, времени и скорости его движения, осуществляется отдельно от обучения последовательности выполнения частных циклов, и общим, когда в процессе обучения одновременно задается вся информация о положении и времени движений звеньев. При программировании какой-либо операции, выполняемой ПР, ее необходимо разбить на ряд последо-

67

вательных частных циклов (шагов программы) и соответствующую им информацию ввести в запоминающее устройство. Различают два метода запоминания программы управления ПР: централизованный, когда все виды информации при программировании заносятся в одно запоминающее устройство, например, записываются на каком-нибудь программоносителе; раздельный, когда отдельные виды информации хранятся в разных запоминающих устройствах.

Метод централизованной памяти, характерный для систем ПУ станками, является наиболее простым. Однако при этом методе требуется большой объем памяти, затрудняется частичная коррекция программы и отсутствует возможность свободного выбора масштабов времени и перемещений. Разделение программирования обеспечивает гибкость управления и является наиболее эффективным при использовании метода обучения ПР.

Используемые в системах ПУ методы воспроизведения программы определяются прежде всего возможностью преобразования хранимой в памяти информации о последовательности выполнения частных циклов ПР. В системах ПУ с централизованной памятью такой возможности изменения последовательности частных циклов нет. При раздельной памяти можно изменять последовательность шагов программы и выбирать необходимые параметры движения, обеспечивать высокую гибкость управления и частичную самонастройку ПР.

Записанная в памяти программа может воспроизводиться с постоянным (неизменяемым) циклом или с переменным общим циклом работы ПР. Первый метод применяется в простых системах ПУ с обучением или неавтоматическим программированием. Второй метод, который применяется в более совершенных системах управления, позволяет изменять последовательность воспроизведения шагов программы, а также комбинаций ее отдельных частей (подпрограмм), например, в зависимости от состояния обслуживаемого ПР технологического оборудования, веса детали и т.п. Этот метод можно реализовать: способом переключения программ или ее частей, хранящихся в памяти; способом произвольного выбора необходимой информации из ячеек памяти, имеющих свои адреса.

3.2.5. Устройства передвижения роботов

Устройства передвижения роботов относят к их исполнительным устройствам. Для передвижения роботов сегодня применяют практически все известные на транспорте и в других областях техники способы. Кроме того, предметом самой робототехники являются шагающие (стопоходящие) транспортные средства, которые образуют ее отдельный раздел.

68

В соответствии с назначением робота и с общей классификацией транспортных средств по областям применения устройства передвижения роботов делятся на наземные, подземные, плавающие, подводные, воздушные, космические.

Наземные устройства передвижения состоят из ходовой части и ее приводов. По принципу действия ходовой части эти устройства делятся на колесные, гусеничные, на электромагнитной подвеске, на воздушной подушке, шагающие, ползающие и т. д.

Рис. 3.19. Подвижный тяжелый робот на гусеничном ходу

69

манипулятора грузоподъемностью 250 кг, захватные устройства которых закрыты снизу защитной сеткой, предохраняющей от самопроизвольного выпадения переносимого груза. Позиционирование робота на трассе осуществляется с помощью индукционных датчиков.

3.2.6. ПринципагрегатногоконструированияПР

При разработке промышленных роботов легкой и средней серии целесообразно придерживаться принципов агрегатного построения. Конструирование новых моделей на базе унифицированных агрегатных узлов и блоков (модулей) обеспечивает снижение себестоимости и сокращение сроков проектирования, изготовления и внедрения ПР, повышает их ремонтопригодность и облегчает комплектацию.

ПР состоят, как правило, из трех основных систем: механической системы, информационной системы и системы управления. Агрегатный принцип предусматривает создание группы основных функциональных узлов всех трех систем

ипостроение на их базе конкретных компоновочных схем ПР.

Котдельным узлам при агрегатном принципе компоновки предъявляются

следующие основные требования:

агрегатные узлы (блоки) должны быть по возможности законченными, конструктивно самостоятельными механизмами;

конструкции узлов должны удовлетворять требованиям динамики, прочности, жесткости, быстродействия;

узлы должны сочетаться друг с другом в различных положениях, а их монтаж должен быть простым и надежным;

стыковочные элементы узлов однотипного назначения должны быть унифицированы.

При конструировании ПР по принципу их агрегатного построения решается задача минимизации необходимого количества степеней свободы манипулятора для выполнения им своего целевого назначения. Создание ПР без избыточности степеней свободы позволяет упростить их конструкцию, уменьшить стоимость и повысить эффективность их использования.

В первую очередь принцип агрегатного конструирования распространяется на пять основных узлов манипулятора:

1)каретку;

2)механические руки, которые могут быть выдвижными, поворотными, рычажными 2-звенными и 3-звенными;

70