Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
121
Сферическая система координат дает возможность
перемещения ПР в зоне, представляющей собой полую сферу
(или часть ее). Роботы, работающие в данной системе координат,
обладают наибольшей как универсальностью, так и
технологическими возможностями, в сравнении с выше
описанными. Однако они конструктивно более сложные, чем
рассмотренные, при этом возникают трудности при их
программировании и перепрограммировании. Роботы,
работающие в сферической системе координат, более компактны,
обладают значительной рабочей зоной и большей гибкостью.
Кроме того, могут перемещать предметы производства по более
сложным траекториям и используются в качестве
технологических роботов для нанесения покрытий, герметизации,
сборки и т.п.
Наиболее универсальной системой координат, в сравнении
с выше описанными, является – ангулярная или угловой – как
еще ее называют. ПР, работающий в данной системе может
перемещать предмет по самым сложным траекториям и обладает
наивысшей гибкостью. Рабочая зона таких ПР представляет
собой сложную сферу и ложный цилиндр.
2. Подвижность
Способ установки и тип крепления
По способу установки ПР подразделяются на три группы:
установка на основании, колонне и портальная (рис. 11). По типу
крепления ПР подразделяются на четыре группы: крепление на
полу, подвесное (к потолку), к стене (на кронштейне), встроенное
(крепление непосредственно на технологическом оборудовании).
Как правило, стационарные ПР выполняются встроенными,
напольными и настенными с установкой на колонне или
основании. Подвижные роботы выполняются напольными,
перемещающимися на самоходных платформах, у которых в
качестве средств передвижения могут использоваться гусеницы,
колеса, ноги, магнитные и пневмоподушки и т.п., а также
122
подвесными, перемещающимися по блокам или рельсам с
портальной установкой.
Число степеней свободы (подвижности)
Степенью подвижности (свободы) ПР называется ее
возможность (способность) совершать в пространстве
перемещения относительно произвольно выбранных осей
координат.
По виду движения степени подвижности подразделяются
на вращательные и поступательные. По характеру перемещения
степени подвижности подразделяются на переносные и
ориентирующие для стационарных ПР. Как правило,
ориентирующие степени присущи захватным устройствам. Более
подробно степени подвижности робота описаны в разделе. ПР по
степени подвижности подразделяются на три подгруппы: с малой
подвижностью, средней и высокой.
Малая подвижность присуща ПР с количеством степеней
подвижности до 3. В этом случае конструкция ПР получается
наиболее простой, однако технические возможности таких
роботов существенно ограничены. Тремя степенями подвижности
обладают обычно специальные, реже специализированные ПР.
Средняя подвижность присуща ПР с количеством степеней
подвижности до шести. В этом случае обязательно вводится одна
или несколько ориентирующих степеней подвижности. От 3 до 6
степеней подвижности ПР обладают несколько более высокими
технологическими возможностями, при этом пропорционально
возрастает и сложность ПР. До 6 степеней подвижности имеют
специализированные и универсальные ПР.
Высокая подвижность присуща ПР с количеством степеней
подвижности более 6, используется достаточно редко, так как при
незначительном улучшении кинематических и технологических
возможностей намного усложняется конструкция ПР и его
программирование.
Число степеней подвижности для сложных механизмов
можно рассчитать по формуле Соснова – Малышева
123
54321
65432
=-----
WtPPPPP
0TK
WWWW
,
где t - число подвижных звеньев кинематической цепи, Р1-Р5 число кинематических пар соответственно I – V класса.
Для более простых систем число степеней подвижности
можно определить, как
=++
,
где W0– число степеней подвижности для осуществления
независимых ориентирующих (локальных) движений; WТ - число
степеней подвижности для осуществления независимых
переносных (региональных) перемещений; WК - число степ еней
подвижности для осуществления независимых транспортных
(глобальных) перемещений.
Как правило, W0 = 2 - 4, WТ - 3, WК - 2.
Разнообразные исследования показали, что при 5-6
степенях подвижности, обеспечивается достаточное количество
сочетаний различных перемещений, необходимых для решения
подавляемого большинства производственных задач по
роботизации химико-технологических процессов.
Ход манипулятора – величина перемещения рабочего
органа ПР по степеням его подвижности. Величина рабочей зоны
ПР определяется максимальными перемещениями манипулятора
по отдельным переносным степеням подвижности. В
зависимости от размера данных перемещений ПР подразделяются
на три подгруппы: с малым, средним и большим ходом
манипулятора. Малый ход манипулятора – до 300 мм – имеют в
основном легкие и сверхлегкие ПР. Средний ход манипулятора –
до 1000 мм – имеют ПР различной грузоподъемности и степени
универсальности, перемещающиеся, как правило, в
прямоугольной и цилиндрической системе координат. Большой
ход манипулятора – свыше 1000 мм – имеют универсальные
роботы средней и большой грузоподъемности, перемещающиеся
в сферической системе координат.
124
С увеличением хода манипулятора технологические
возможности и грузоподъемность роботов возрастают при
уменьшении точности позиционирования и быстродействия.
Быстродействие ПР – это скорость его перемещения по
степеням подвижности. Одним из основных требований,
предъявляемых современным ПР, является сокращение времени
его рабочего цикла, что обеспечивается в первую очередь за счет
увеличения быстродействия робота.
Быстродействие определяется линейной и угловой
скоростями перемещения по отдельным степеням подвижности,
т. е. скоростью срабатывания соответствующих приводов
манипулятора. Значения этих скоростей, как правило, различны и
зависят от ряда параметров, например, массы перемещаемых
грузов, величины хода манипулятора, сложности траектории
перемещения и т. д. Для подбора робота по быстродействию
необходимо знать суммарную скорость перемещения всех его
движущихся звеньев, т. е. фактическую скорость передвижения
рабочего органа манипулятора. Эта суммарная скорость
определяет и подлежит расчету в каждом конкретном случае.
Заметим, что увеличение скорости перемещения по каждой
степени подвижности робота не всегда приводит к увеличению
суммарного быстродействия, т.е. к увеличению фактической
скорости перемещения рабочего органа манипулятора.
Рассмотрим два случая, когда ПР работает в декартовой,
цилиндрической и сферической системах координат,
соответственно его рабочая зона имеет вид параллелепипеда,
цилиндра (части его) и сферы (части ее) и когда робот
функционирует в ангулярной системе координат. Рабочая зона
последнего представляет собой сложную сферу, а манипулятор –
многозвенный шарнирный механизм. В первом случае,
увеличение скорости перемещения по степеням подвижности
робота, приводит к увеличению фактической скорости
перемещения его рабочего органа. Во втором случае – это
происходит не всегда. Например, для того, чтобы увеличить
фактическую скорость перемещения рабочего органа
манипулятора, представляющего собой многозвенный
125
шарнирный механизм, необходимо в одних суставах –
увеличивать угловую скорость вращения, а в других – наоборот
уменьшать или вращать совсем в другую сторону. Рассчитать
величину скорости и направление их вращения достаточно
сложно, поэтому в современных роботах данная задача
реализуется автоматически, т.е. увеличивая суммарное
быстродействие ПР, его система управления в автоматическом
режиме рассчитывает данные параметры. (Аналогично человеку:
при увеличении скорости перемещения кисти руки, мозг человека
автоматически меняет скорость вращения в плечевом и локтевом
суставах).
По быстродействию ПР можно разделить на 3 подгруппы: с
малым, средним и большим быстродействием.
Малое быстродействие – линейная скорость перемещения
до 0,5 м/с, угловая – до 60о/с. Роботы с таким быстродействием
применяются при большой грузоподъемности и при
обслуживании оборудования со значительными временными
циклами ведения технологического процесса.
Среднее быстродействие – линейная скорость перемещения
до 1,0 м/с, угловая – до 180о/с. Присуще ПР со средней
грузоподъемностью, различными системами приводов и
степенью универсальности. Такие скорости перемещения
соответствуют средним скоростям движения руки человека и
широко используются при автоматизации производственных
процессов.
Высокое быстродействие – линейная скорость
перемещения выше 1,0 м/с, угловая – выше 180
о
/с. ПР с таким
быстродействием пока не нашли достаточно широкого
применения в связи со значительными технологическими
трудностями их создания. В настоящее время существуют ПР со
следующим быстродействием линейное до 5 м/с, угловое до
360 о/с, а для схвата до 600о/с. Отметим, представленные выше
скорости, характерны только для переносных степеней
подвижности робота (кроме, соответственно последней).
126
Точность позиционирования – это один из наиболее
12
2
HH
важных параметров ПР, определяющий пригодность робота для
выполнения технологических операций. Точность
позиционирования – это точность расположения рабочего органа
(захвата) манипулятора в конечной точке. Количественной и
качественной оценкой точности позиционирования является
погрешность позиционирования – это фактическое отклонение
расположения захвата ПР от заданного по программе.
Погрешность позиционирования для операций вида
"взять-переместить-положить" можно рассчитать по
зависимости:
Δh < h,
где Δh - погрешность позиционирования (мм), h - зазор между
предметом производства и позицией, на которую он
устанавливается (снимается) (мм). При этом величину
h определяют
-
,
где Н
=
h
– размер позиция для базирования (мм), H2 –наибольший
1
размер предмета производства (мм). При расчете Δh робота,
выполнявшего разнообразные основные и вспомогательные
химико-технологические процессы (операции), необходимо
иметь ввиду, что погрешность позиционирования – это величина,
на которую ПР может ошибиться в результате отработки как
траектории перемещения, так и точности позиционирования.
Поэтому погрешность Δh выбирается по наименьшей
рассчитанной величине зазора (h) (рис. 13, 14).
Величина зазора (h) зависит:
- от конфигурации сопрягаемых объектов;
- размеров сопрягаемых объектов;
127
- конструкции сопрягаемых объектов;
- допусков на изготовление объектов сопряжения;
- конструкции рабочего органа (захватывающего
устройства);
- способа захватывания объекта.
Заметим, в разнообразной справочной литературе
достаточно часто используется термин «точность выполнения
траектории», «погрешность отработки траектории» - это
соответственно, точность (погрешность) воспроизведения
заданной траектории.
При роботизации требуется знать повторяемость
позиционирования (отработки траектории) – это соответственно
разброс положений (траектории) конечной точки манипулятора
при многократном позиционировании (отработке заданной
траектории) при неизменных условиях.
1 2 1 2
а б
Рис. 13. Размеры и конфигурация сопрягаемых объектов:
1 – ячейка тары; 2 – изделие; вид тары: а – квадрат; б - прямоугольник
128
1
2
3
Рис. 14. Два сопрягаемых объекта (1 и 2) с величиной допуска на
их изготовление: 1 – ячейка тары; 2 – изделие; 3 - размер допуска
По точности позиционирования ПР можно разделить на три
подгруппы малая, средняя и высокая. Малая точность
позиционирования – погрешность позиционирования составляет
1,0 мм и выше. ПР используется для транспортных операций, а
также для нанесения покрытий, герметизации и т.п. Средняя
точность позиционирования – погрешность позиционирования
составляет от 0,1 до 1,0 мм - ПР обслуживает различное
технологическое оборудование.
Высокая точность позиционирования – погрешность
позиционирования менее 0,1 мм – ПР предназначены обычно для
сборочных операций.
Отметим, на точность позиционирования в значительной
степени оказывает влияние быстродействие ПР и его
грузоподъемность, а также конструкция и кинематика робота, тип
как привода, так и системы управления. Увеличение точности
позиционирования ведет к удорожанию ПР. В настоящее время
успешно функционируют ПР с погрешностью позиционирования
129
равной 0,001 мм. Заметим, человек работает с погрешностью
позиционирования, составляющую 0,4 - 0,7 мм.
Как было отмечено выше система управления ПР – его
мозг и функциональные возможности робота напрямую зависят
от уровня её развития. Поэтому целесообразнее рассмотреть
основу принципов управления и функциональные составляющие
СУ роботов по структуре классификации ПР, как наиболее
понятной и позволяющей качественно выбрать конкретную
модель по уровню машинного интеллекта.
Глава 3. Управление промышленными роботами
Функциональные возможности ПР во многом
определяются типом системы программного управления робота
(СПУ). По управлению ПР можно разделить на четыре группы:
вид управления, методы программирования, объем памяти и
количество внешних команд.
Вид управления
По виду управления ПР делятся на 3 группы: с
программным управлением, адаптивным и интеллектуальным
управлением.
Программное управление – это автоматическое управление
по заранее введенной управляющей программе. Программно
управляемые ПР могут быть с цикловым, позиционным,
контурным и комбинированным управлением.
Цикловое программное управление (табл. 12) – наиболее
простое, обеспечивающее двухточечное позиционирование при
помощи упоров, расположенных в крайних положениях по
каждой степени подвижности. Цикловые системы управления
надежны и дешевы, однако имеют ограниченные
технологические возможности, обуславливаемые минимальным
числом точек позиционирования (две на каждой степени
подвижности), невозможностью выполнения операций со
130
сложными траекториями перемещения, значительной
трудоемкостью и временем перестройки при переходе на
выполнение нового задания (необходимо менять расположение
упоров).
При позиционном управлении обеспечивается от
нескольких десятков до нескольких сотен точек
позиционирования по каждой степени подвижности. В этом
случае при программировании задается соответствующий набор
точек рабочей зоны, через которые должны последовательно
пройти звенья манипулятора или его рабочий орган, при
выполнении заданной программы. Позиционное управление
обеспечивает более высокую универсальность и большие
технологические возможности, позволяющие значительно
расширять область применения роботов в производстве.
Основным недостатком позиционного управления является
невозможность регулировки траектории и скорости движения
между точками позиционирования, что затрудняет обеспечение
плавности перемещения ПР. Кроме того, затруднено
программирование сложных траекторий движения рабочего
органа манипулятора.
Контурное управление - обеспечивает перемещение
манипулятора ПР по непрерывной траектории с
программируемой скоростью. Контурные системы управления
обладают большей универсальностью и большими
технологическими возможностями. К их недостаткам следует
отнести сложность и высокую стоимость.
В настоящее время достаточно широко применяются
комбинированные системы программного управления, в которых
оптимально сочетаются цикловые, позиционные и контурные
типы управления.
Адаптивное управление - обладает значительно
большими технологическими возможностями. Обеспечивается
это с помощью систем очувствления на базе различных
сенсорных устройств, которые позволяют определять положение,
конфигурацию и другие особенности объектов манипулирования
и окружающей среды. Системы адаптивного управления ПР
реализуются на базе микроЭВМ. При применении адаптивных
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]