Гибкие автоматизированные производства (ГАП)

гибкие производственные системы (ГПС)

Лекция 5 Роботы Обобщенная функциональная схема робота

Рассмотрим обобщенную функциональную схему робота, представленную ниже.

Схема отражает структуру робота и также устройств передвижения. Это могут быть различные тележки с манипуляторами. Например, для доставки на сборочный конвейер комплекта колес и прикручивания их к автомобилю. Роботизация устройств перемещения это отдельное серьезное направление в технике. По этим вопросам имеется достаточное количество литературы. Мы в нашем курсе этой темы касаться не будем.

Манипулятор робота – некое подобие человеческой руки. Имеет несколько степеней подвижности. У руки примерно 30 степеней подвижности. У простейшего циклового робота обычно 3 степени подвижности + схват.

Например, у циклового робота МП-9 (с пневматическими приводами) на манипуляторе реализуется 2 линейных перемещения + 1 вращение + схват.

У манипулятора контурного робота РМ-01 (с электромеханическими приводами) реализуется 3 вращения + 3изгиба + схват.

Каждая степень подвижности контурного робота реализуется с помощью двигателей следящих систем: электрических (постоянного тока или шаговых), пневматических или гидравлических. Схваты всегда делают пневматическими. Каждая степень подвижности (сустав) управляется следящей системой. Подобные роботы могут использоваться как самостоятельное технологическое оборудования для сборки изделий, сварки, покраски и т.п.

Простые, цикловые роботы, используемые в качестве загрузчиков, как правило, не имеют следящих систем для управления степенями подвижности. Движение их сочленений происходи до срабатывания концевых выключателей. Концевые выключатели этих роботов могут переставляться, что позволяет перестраивать геометрию его рабочей зоны.

Стандартные датчики на схеме – это тахогенераторы и датчики углов, либо линейных перемещений. Используются в составе следящих систем. Специальные датчики – это тактильные датчики и сенсоры окружающей обстановки (техническое зрение, акустические датчики, датчики давления, проскальзывания и т.п.).

Приводы степеней подвижности манипулятора.

Робот РМ-01. В его конструкции, как и в конструкциях большинства роботов средней мощности, двигатели и редукторы следящих систем располагаются в непосредственной близости от соответствующих точек подвижностей, что ведет к значительному росту массы самого манипулятора. Так масса РМ-01 составляет 50 кг, а масса нагрузки в схвате для обеспечения требуемой точности не должна превышать 2,5 кг. Если будем увеличивать массу нагрузки, то масса манипулятора будет непропорционально возрастать, то есть растут моменты инерции J и масса, следовательно, быстродействие следящих систем будет ухудшаться, будут возрастать постоянные времени и т.д. Для больших и малых нагрузок манипуляторы делают с вынесенными двигателями. Двигатели и редукторы следящих систем располагают в специальном моторном отсеке у основания робота, а передача вращающего момента к точкам подвижности манипулятора производится длинными кинематическими передачами (тросовые, торсионные передачи). В структуре следящей системы появляется новое звено - скручивающийся вал. Динамика следящей системы с таким звеном может существенно измениться, что необходимо учитывать при проектировании подобных систем.

Было показано, что передаточная функция длинной (упругой) кинематической передачи приблизительно описывается следующей передаточной функцией:

.

Причем величины постоянных времени и декремента затухания колебательного звена сильно зависят от срока эксплуатации такой передачи. На этих показателях сказывается, так называемая «усталость металла».

Структурная схема следящей системы с длинной (упругой) кинематической передачей представлена ниже.

В отличие от структуры обычной следящей системы, в представленной структурной схеме появляется динамический блок с передаточной функцией, описывающей свойства упругой кинематической передачи (включая редуктор). Здесь существуют два варианта замыкания общей обратной связи: 1 и 2, показанных на рисунке.

Первый вариант (датчик угла поворота стоит непосредственно в конкретной точке подвижности манипулятора), что обеспечивает точность, но возникают проблемы обеспечения устойчивости из-за наличия колебательного звена в структуре.

Второй вариант (датчик угла поворота стоит перед упругой передачей), что, наоборот, упрощает обеспечение устойчивости, но возникают проблемы с точностью.