Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
41
Зона совместного обслуживания - часть пространства, в
котором возможны перемещения объекта манипулирования
несколькими ПР. Описанная зона представляет собой
характеристику робототехнического комплекса при
использовании нескольких роботов. Характерные области
(пространство), в которых осуществляется перемещение ПР
представлены на рис. 5.
При этом отметим, что в рабочем пространстве робота
может находиться его несколько рабочих зон (II.1, II.2, II.3 и т.д.),
также, как и в последней – несколько зон обслуживания (III.1,
III.2, III.3 и т.д.).
Основным показателем уровня подвижности робота
является число его степеней свободы. В робототехники часто
используется термин – число степеней подвижности это
возможность робота совершать перемещения относительно
произвольно выбранных осей координат и неподвижного звена.
Последнее, как правило, представляет собой неподвижное
основание манипулятора. Звено манипулятора это твердое тело,
являющееся функциональным элементом кинематической цепи
робота и входящее в его состав. Для подсчета количества
степеней свободы ПР целесообразно определить сумму
возможных координатных движений объекта манипулирования
относительно неподвижного основания. Движение рабочего
органа робота связанное с зажимом и освобождением объекта
манипулирования в число степеней подвижности не включается.
Наиболее часто в робототехнике используются пять типов
систем координат (рис. 6, табл. 1): декартова, цилиндрическая,
сферическая и ангулярная
Число степеней подвижности должно быть минимально
необходимым для выполнения заданного химикотехнологического процесса.
Для того чтобы перенести объект в любую точку
трехмерного пространства, необходимы три переносные степени
подвижности (поступательное перемещение в направлении трех
декартовых осей).
42
а б
в г
Рис. 6. Рабочие зоны и структурно-кинематические схемы
роботов работающих в системах координат: а – декартовая; б –
цилиндрическая; в – сферическая; г – ангулярная
Однако при выполнении определенных технологических
операций часто переносных степеней подвижности оказывается
недостаточно, поэтому вводят и ориентирующие (например,
вращательные относительно трех декартовых координат).
Доказано, что 4-6 суммарных степеней подвижности (переносных
43
и ориентирующих) вполне достаточно для реализации
большинства производственных задач. Человеческая рука
обладает 32 степенями подвижности и является самым
универсальным манипуляционным механизмом природы. ПР,
обладающими более шестью степенями подвижности, относится
к классу специальных и используются в народном хозяйстве
крайне редко. Из общего состава функционирующих в
промышленности роботов около 70 % обладают 5 степенями
подвижности; 20 % - до 3; 10 % - 6 и более.
Для роботизации разнообразных операций (процессов)
имеет важное значение тип и способ крепления ПР. Так
например, если расположить робот на полу на колонне
необходимо проанализировать её высоту, с целью оценки
возможности роботизации конкретной операции. При
недостаточном размере последней следует заменить ПР с другим
способом установки (например портальным). Характерные
способы установки и типы крепления роботов представлены в
табл. 3.
Таблица 2
Схемы способов установки и тип крепления роботов
Определение способа
установки и типа
крепления
1 2 3
1. Способы установки промышленных роботов
А. На основании
Схема промышленного
робота
Условное обозначение
на структурно-кинематической схеме робота
Б. На колонне
44
Окончание табл. 2
1 2 3
В. Портальный
2. Тип крепление промышленного робота
Г. На полу
Д. К потолку (потолочное, подвесное)
Е. К стене на
кронштейне
(стеновое)
Ж. Встроенное (на
технологическом
оборудовании)
1.3. Информационное обеспечение промышленных
роботов и робототизированных технологических комплексов
Информационная, или как ее иногда называют
информационно-измерительная, сенсорная (от латинского слова
"sensus" – чувство, ощущение) система, или система
очувствления являются неотъемлемой частью ПР, без которой
они не могут нормально функционировать. Фактически
информационная система представляет как возможности ПР, так
45
и сложность решаемых задач, эксплуатационную надежность,
эффективность их использования, уровень безопасности. В
общем случае информационная система представляет собой
совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих
технических средств, обеспечивающих получение,
преобразование, обработку и передачу информации о состоянии
системы и механизмов ПР, а также внешней (технологической)
среды. По функциональному назначению сенсорные системы
(или по терминологии И.П. Павлова - анализаторы) делятся на
три группы: системы внутренней информации ПР; системы
восприятия внешней среды; системы обеспечения техники
безопасности. Представленное деление в некотором смысле
обладает условностью, вызванной тем, что одни и те же датчики
в совокупности с блоками обработки информации могут
участвовать в восприятии внешней информации и контроле
собственного (внутреннего) состояния робота. Кроме того,
подсистема безопасности формируется сочетанием и
взаимодействием отдельных элементов подсистем внешней и
внутренней информации.
Системы внутренней информации или контроля состояния
ПР по характеру решаемых задач подразделяются на три группы:
системы оценки положения звеньев; технической диагностики и
прогнозирования, а также аварийной блокировки. Основным
элементом структуры информационной системы являются
сенсоры (sensor - в переводе с английского - датчик,
чувствительный, воспринимающий элемент. Классификация
датчиков очувствления ПР представлена на рис. 7.
Датчики должны обладать следующими свойствами:
- высокая надежность и помехоустойчивость;
- малые габаритные размеры и простота конструкции;
- возможность встраивания в рабочие органы, приводы,
несущие конструкции манипулятора;
- устойчивость к колебаниям внешней окружающей
среды;
- независимость входных и выходных цепей;
- простота юстировки и обслуживания в условиях
ограниченной площади обслуживания;
- малая стоимость;
- возможность абсолютного отсчета перемещений.
46
Датчики внутренней информации
скорости промышленного
Стандартные для измерения
Для диагностики и
прогнозирования
ресурсов
промышленного
робота
давления и температуры,
напряжений и износа
разнообразных систем
а. Потенциометры
б. Индукционные машины
(индуктосины линейные)
в. Типа вращающегося
трансформатора
г. Фотоэлектрические
преобразователи: отражающие и
пропускающие
д. Концевые (путевые)
выключатели
е. Кодовые датчики
ж. Механотроны
Для аварийной
блокировки
Для измерения
линейных (угловых)
перемещений
а. Тахогенераторы
б. Электрические двигатели
постоянного тока
в. Струйные датчики
г. Фотоэлектрические датчики
д. Поворотные индуктосины
е. Импульсные генераторы
ж. Кодовые датчики
Для оценки положения и
робота
Для измерения
скорости
перемещения
Рис. 7. Классификация датчиков внутренней информации
промышленных роботов
Датчики внутренней информации представляют собой, как
правило, преобразователи механических параметров в различного
рода сигналы (электрические, пневматические и т.п.). Для
измерения линейного перемещения механизмов ПР используются
датчики обратной связи по положению, характерными
представителями которых являются потенциометры, датчики
типа вращающихся трансформаторов, линейные индуктосины,
фотоэлектрические преобразователи. Потенциометры
применяются в более простых устройствах позиционного
управления. Потенциометр является электромеханическим
47
преобразователем, выходное напряжение которого есть функция
положения подвижного контакта (движка) относительно
резистивного элемента (табл. 3).
Таблица 3
Характерные датчики внутренней информации
Название датчика и его
принципиальная схема
Потенциометр 1 - подвижный
Вращающийся трансформатор 1 - статор;
Основные
элементы
конструкции
элемент;
2 - резистивный элемент;
Х – измеряемое перемещение.
V
=f(X)
вых
2 - ротор.
X - измеря-
емое
перемещение
Vcm=
Vbx/sinωt
Примечание
V
вх
V =
вых
R
х
,
R
п
где Rп – полное
сопротивление
между т. А и Б;
Rх – сопротивление
участка между т. Б и
В;
V – напряжение
соответственно
входное и выходное
Суммирование
выходных
напряжений ВТ с
помощью фазодвигающих RCцепочек.
V
=
вых
kVcmsin(ωt - α + ψ0),
где
k – коэффициент
трансформации;
ψ 0-фазовый сдвиг
48
Окончание табл. 3
Название датчика и его
принципиальная схема
Индуктосины:
а) линейный
б) поворотный
Основные
элементы
конструкции
1 - измерительная
шкала с однофазной обмоткой
(вторичной)
2 - сканирующая
головка с двумя
обмотками, на нее
подается напряжение (первичная
обмотка) 3-печатные обмотки.
1 и 2 расположены параллельно с
небольшим воздушным зазором и
выполнены из
изоляционного
материала. S(α) –
измеряемое
перемещение
Примечание
ε =(2π/w)s, где
ε - фаза V
w –шаг печатной
обмотки;
s – смещение,
фиксируемое
сканирующей
головкой.
φ = Рά, где
φ - фаза выходного
напряжения (V
P – количество пар
полюсов; Р=64,128,256
α - угол поворота
ротора
вых
;
)
вых
В зависимости от вида материала последнего
потенциометры делятся на проволочные, пленочные,
пластиковые и др. Потенциометры просты в обслуживании,
обладают малыми габаритными размерами и низкой стоимостью,
однако низкая их надежность вызванная контактным съемом
напряжения, высокая чувствительность к помехам, вызывают ряд
сложностей в использовании этого типа датчиков.
Перспективными для применения в ПР являются
индуктивные электрические машины типа вращающихся
трансформаторов (табл. 3.).
Они обладают малыми размерами и незначительной
массой (2,00-0,04 кг), хорошей разрешающей способностью,
помехозащищенностью при погрешности отображения от 0,4 до
0,02 %. Для данных датчиков выходное напряжение является
49
функцией угла поворота ротора. Статор и ротор собирается из
листовой электротехнической стали или пермаллоя, в которых
имеются равномерно распределенные пазы для размещения двух
взаимно перпендикулярных обмоток. На статоре располагают
обмотки возбуждения и квадратурную, на роторе - синусную и
косинусную.
Недостатками индукционных датчиков являются высокая
стоимость, необходимость питания переменным напряжением и
потребность в аналого-цифровом преобразователе сигналов для
их ввода в систему управления.
Значительно более высокой разрешающей способностью и
точностью замера обладают индуктосины. По принципу действия
индуктосины подобны датчикам типа вращающихся
трансформаторов, при этом обмотка их развернута в плоскости
(табл. 5). Обмотки статора и ротора индуктосина выполняют в
виде плоских проводящих цепей на пластиках изоляционного
материала. При этом линейные индуктосины состоят из плоской
измерительной шкалы с обмоткой и короткой сканирующей
головки, содержащей две одинаковые, но меньшие по размерам
обмотки. В рабочем положении измерительная шкала и
сканирующая головка располагаются параллельно друг другу с
небольшим воздушным зазором (табл. 4). Недостатки датчиков
(индуктосинов) - необходимость относительно сложного
электронного блока обработки сигналов, влияние на показания
скорости движения измеряемого объекта, требуют очень
осторожного обращения, имеют высокую стоимость.
50
Таблица 4
Характерные датчики внутренней информации
Название датчика и его
принципиальная схема
Фотоэлектрические
преобразователи
а) пропускающий
преобразователь линейный
Основные
элементы
конструкции
1 - излучатель;
2 - линза
(конденсор);
3 - индикатор-
ный параллельный растр
(пропускающий);
4 - измерительный параллельный растр;
5 - фото-приемники (4 шт.).
Примечание
б) пропускающий
преобразователь угловой
в) отражающий
преобразователь
г) кодовые датчики
4 - измеритель
угловой
(кольцевой)
растр;
3 - индикаторный угловой
(кольцевой)
растр.
1 - излучатель;
2 - линза;
3 - индикатор-
ный параллельный растр;
4 - измерительный параллельный растр
(отражающий)
1 - вал;
2 - координат-
ный диск;
3 - излучатель;
4 - линза;
5 - ограничивающая целе-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]