Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные роботы и робототехнические системы. Учебное пособие
.pdf
роботов с избыточностью, либо специальных самоориентирующихся
ЗУ, к которым предъявляется ряд часто противоречивых требований.
Общими для всех ЗУ являются требования:
– надежно удерживать деталь при манипулировании как при
установившемся, так и при неустановившемся движении;
– необходимо удерживать детали сухие и в смазке, или окрашен-
ные, любой формы и материала;
– удельное давление в месте контакта не должно быть большим,
контактирующие элементы не должны оставлять следов на
детали;
– ЗУ должно быть легким, т.к. является элементом, наиболее
удаленным от оси поворота М и создает большие инерционные
нагрузки при перемещении на несущее конструкции и привод.
Собственно, ЗУ включает в свою конструкцию корпус, передаточный механизм и исполнительные элементы пальцев и сами пальцы,
вступающие во взаимодействие с объектом манипулирования.
Принципов классификации ЗУ может быть много, но общепринята классификация по следующим уровням:
I Уровень – по способу взаимодействия с объектом манипулирования:
– механические – детали удерживаются силами трения пальцев
схвата;
– вакуумные – детали удерживаются силой давления воздуха
при создании разряжения под пальцами схвата;
– магнитные – детали удерживаются за счет магнитных сил,
создаваемых в электромагнитном поле схвата;
– комбинированные.
II Уровень – по конструкции пальца:
– жесткие пальцы – не приспосабливаются к форме детали,
а лишь компенсируют отклонения размеров уменьшением
давления в зоне контакта. В свою очередь бывают: пальцы
механических ЗУ с упругими накладками, вакуумных ЗУ из
нежесткого материала типа пластмассы, резины;
– адаптивные, деформируемые, способные приспосабливаться
к форме детали. Подразделяются на: многозвенные, включают
твердые звенья, эластичные и упругие.
51
III Уровень – по подвижности пальца в процессе захватывания:
– неподвижные;
– подвижные, могут совершать плоскопараллельное, поступа-
тельное в плоскости и прямолинейное движения.
IV Уровень – по наличию или отсутствию передаточного меха-
низма между пальцами и ведомым звеном привода.
V Уровень – по типу передаточного механизма:
– жесткий рычажный;
– с гибким элементом (тросовые, ременные и цепные).
Подобная классификация позволяет при выборе конструктивной
схемы ЗУ учитывать не только технологические особенности процесса, но и рациональный способ взаимодействия пальцев с объектом
манипулирования и траекторию движения.
2.5.2 Кинематические схемы захватных устройств
с жесткими пальцами. Расчет механических захватных
устройств
В современных ПР наиболее распространены механические
ЗУ с двумя жесткими пальцами, совершающими движения в одной
плоскости.
Вид движения пальцев полностью определяется конструктивной
схемой передаточного механизма. Корпус такого ЗУ содержит пальцы
и передаточный механизм и, вместе с приводом движения пальцев,
монтируется на кисти. Кисть содержит стыковочный узел, посредством которого устанавливается на руке М жестко либо имеет от 1
до 3 степеней подвижности. При определении степени подвижности
кисти подвижность пальцев не учитывается. Рабочая поверхность
пальца может быть призмой, боковой поверхностью цилиндра или
плоскостью.
Для реализации одного из трех видов движения пальцев ЗУ могут
иметь четыре типа передаточных механизмов:
– рычажно-шарнирный;
– рычажно-ползунный;
– рычажно-зубчатый;
– рычажно-кулачковый.
52
Самой распространенной схемой является шарнирная установка
выходных звеньев передаточного механизма в корпусе ЗУ и жесткая
фиксация на нем пальцев, что обеспечивает их плоскопараллельное
движение. Простота и надежность этих конструкций, обусловленные
наличием в них только вращательных пар, определили их широкое
использование в ПР разнообразного назначения.
Схемы механических ЗУ с плоскопараллельным движением
жестких пальцев с различными типами передаточных механизмов
показаны на рисунке 16.
Рис.16 – Принципиальные кинематические схемы
рычажных передаточных механизмов, обеспечивающих
плоскопараллельное движение пальцев:
а) рычажно-шарнирные; б) рычажно-ползунные;
в) рычажно-зубчатый; г) рычажно-кулачковый
53
Различают следующие схемы удержания деталей в ЗУ:
– поддерживаются пальцем, силы трения роли не играют;
– удерживается деталь за счет запирающего действия пальцев
при ограниченном влиянии сил трения;
– удерживаются детали силами трения.
На практике, как правило, имеет место комбинированная схема,
когда способы удержания меняются, поэтому расчет ЗУ ведется для
критической нагрузки.
Для каждой конструктивной схемы и различных передаточных
механизмов разработаны алгоритма вычисления.
Алгоритм расчета содержит следующие шаги:
– определяются геометрические размеры звеньев передаточного
механизма:
– вычисляются усилия, развиваемые на исполнительном звене
привода по величине требуемой силы захвата на детали;
– выполняется прочностной расчет;
– осуществляется профилирование пальцев.
Как правило, при расчете используется метод последовательного
приближения.
При удержании детали в месте контакта могут развиваться значительные усилия, которые могут привести к повреждению поверхности
детали. При проектировании ЗУ требуется проверка по допускаемым
контактным напряжениям на поверхностях контакта.
2.5.3 Захватные устройства с адаптивными пальцами
В робототехнике применяются ЗУ с адаптивными пальцами при
необходимости манипулирования с деталями неопределенной формы,
имеющими легкоповреждаемую поверхность или изготовленных из
хрупких материалов.
У ЗУ с многозвенными пальцами (рисунок 17 а) каждый палец
состоит из нескольких твердых звеньев, шарнирно-соединенных
наподобие суставов. Известны сложные конструкции устройств с
приводами в каждом шарнире, но более перспективны конструкции с
единым приводом и шкиво-тросовой передачей. Системы управления
таких ЗУ довольно сложны.
54
Рис. 17 – Схемы ЗУ с адаптивными пальцами: а) многозвенными;
б) эластичными; в) упругими
ЗУ с эластичными пальцами дает возможность получить постоянное давление на поверхности детали любой формы. Каждый палец
представляет собой полый эластичный баллон (рисунок 17 б) пустой
или с наполнителем. Процесс захвата детали связан с изменением
давления внутри баллона. Такие ЗУ могут и иметь или не иметь передаточных механизмов, т.е. быть с подвижными или не подвижными
пальцами.
В ЗУ, в котором в непосредственный контакт с деталью вступают
упругие пальцы (рисунок 17 в), чаще всего используются металлические ленты, не обладают большой универсальностью. Однако, такие
устройства просты (часто даже не имеют передаточного механизма),
что делает обоснованным их применение при работе с деталями,
близкими по размерам и форме.
2.5.4 Вакуумные и магнитные захватные устройства
Вакуумные ЗУ являются более универсальными, по сравнению
с магнитными, т.к. применяются для удержания деталей из любого
материала. Их основные элементы – присоски и устройство создания
вакуума. Простой способ создания вакуума – применение эжекторов,
куда сжатый воздух поступает из центральной сети. Один эжектор
может использоваться для нескольких присосок одновременно.
Для переноса хрупких деталей используются ЗУ с эластичными
камерами, действие которых основано на деформации камер от давления воздуха или жидкости.
55
Электромагнитные устройства часто компонуются из небольших
электромагнитов, устанавливаемых на общей раме. Иногда в ЗУ используются постоянные магниты. В электромагнитных ЗУ удержание
объекта манипулирования происходит из-за того, что деталь сама
замыкает магнитные линии.
56
РАЗДЕЛ 3: «СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (СУ)»
3.1 Классификация и структура СУ.
Программное обеспечение ПР
Специфическими особенностям ПР, как управляемых объектов,
являются многообразие траекторий движения и широкий диапазон
изменения скоростей и нагрузок по сравнению с другим технологический оборудованием. Задача выбора конкретных траекторий и
режимов движения может решаться с помощью оператора или автоматически с помощью соответствующих программ и технических
средств.
Как правило, робот работает не на установившихся, а на управляемых переходных режимах, что при кинематической сложности ПР
вызывает существенное динамическое взаимовлияние по различным
степеням подвижности. Поскольку звенья М связаны последовательно
в кинематическую цепь, движение каждого последующего звена динамически нагружает предыдущее и искажает заданный программой
закон движения.
Перечисленные особенности ПР обуславливают построение
системы их управления.
Система управления (СУ) робота – это совокупность устройств,
вырабатывающих сигнал для целенаправленного движения М.
3.1.1 Классификация систем управления и требования к
ним
СУ роботами классифицируется по следующим признакам:
По степени участия человека в управлении:
– с ручным дистанционным управлением;
– автоматические.
По способу позиционирования РО:
– цикловые – являются простейшими и обеспечивают позици-
онирование звеньев М по упорам. Применяются в ПР, обслуживающих технологическое оборудование;
– позиционно-контурные – применяется при большом числе
точек позиционирования, и обеспечивают перемещение РО
«от точки к точке». Построение таких систем на базе кон-
57
троллеров обеспечивает управление программным путем. СУ
данного вида используются в ПР, обслуживающих основные
технологические операции – сварку, сборку, окраску и т.д.;
– универсальные, адаптивные СУ – сложные многоуровневые
системы с высоким информационно-вычислительными возможностями и управлением технологическими процессами
на основе сенсорных средств;
По способу представления информации:
– электромеханические, в которых геометрическая информация
представляется физическим аналогом – положением упоров,
настройкой реле времени и т.п., наиболее простые, но обеспечивают наименьшие функциональные возможности роботов;
– циклового программного управления – команды задаются в
виде чисел, а геометрическая информация – сигналами выключения. Эти системы широко применяется в ПР с небольшим
числом точек позиционирования;
– аналоговые – информация хранится в виде потенциалов;
– числовые – информация хранится на магнитном или цифровом
носителе. При работе с датчиками обратной связи эти системы
обеспечивают наибольшие функциональные возможности ПР.
Могут стыковаться с внешними компьютерами.
По способу управления:
– разомкнутые – в них нет входной информации о состоянии ПР
и внешней среды, что требует для управления тщательного со-
блюдения технологического процесса. Область их применения
в современных ПР сужается;
– замкнутые – системы со следящим приводом, в которых
учитывается информация о состоянии ПР, внешней среды,
производится их сравнение с требуемыми величинами и вы-
рабатываются корректирующие сигналы управления.
По объёму информации:
– жесткопрограммируемые – управляющая программа содержит
определенный объем информации, неменяющийся в процессе
работы. Корректировки программы при изменении параметров
внешней среды не происходит;
58
– адаптивные – в процессе работы СУ воспринимают информа-
цию об изменениях во внешней среде, и происходит автокорректировка управляющих программ.
Основными требованиями, предъявляемыми к СУ, являются:
– возможность подготовки оператором программы путем «об-
учения» ПР работе по технологическому циклу;
– возможность программировать положения и движения звеньев
М, скоростей их перемещения, точности позиционирования;
– возможность регулировать характеристики разгона-торможе-
ния по каждой координате;
– возможность независимого позиционирования по каждой
степени подвижности М;
– возможность логического выбора подпрограммы по сигналу
датчика внешних устройств;
– возможность блокировки приводов в аварийных случаях,
при отсутствии контрольного сигнала исполнения команд,
неисправности узлов СУ и выхода ЗУ за пределы зоны обслуживания.
3.1.2 Структурная схема системы управления, уровни
управления и связи с другими системами промышленного
робота
Как правило, системы программного управления предусматривают три режима работы: обучение, ручной и автоматический режимы
со своими алгоритмами по каждой программе.
Структурная схема СУ представлена на рисунке 18.
Объект управления – манипулятор 9 с ЗУ 8, приводными двигателями 11 и кинематическими цепями 10 привода. В шарнирах
звеньев М установлены датчики положения 7. На двигатели 11 по
каналу прямой связи поступают управляющие сигналы от устройств
1...6, образующих 1 уровень. Датчики 7 положения звеньев и системы
контроля внешней среды 13 организуют систему обратной связи. Блок
12 образует 2 уровень распределения движения между звеньями, а
блок 11-3 уровень исполнения.
Управляющая информация поступает от оператора или блока обучения 1. Блок 13 регистрирует состояние внешней среды. По этой
59
Рис. 18 – Структурная схема СУ
информации и поставленной оператором цели на блоке 2 формируется
и запоминается последовательность и план движений М, с учетом
ограничений подвижности звеньев и внешних препятствий. Полученная на этом этапе программа представляет собой набор координат
позиций в рабочем пространстве с указанием времени перехода ЗУ
от точки к точке.
На блоке 3 грубо формируется траектория движения, диктуемая
технологическими условиями. Базовые точки траектории определяются в декартовых координатах.
На блоке 4 решается обратная задача кинематики – перевод
декартовых координат базовых точек в обобщенные координаты исполнительного устройства робота.
Конечная программа движения в функции времени осуществляется на блоке 5, в алгоритме которого учтены законы разгона-торможения. Синтезированная таким образом программа передается для
обработки на 2 уровень – блок 12.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]