автоматизация / Пособе промышленные роботы / Глава 2

Вращение кисти с центральной частью руки относительно основания руки происходит посредством полого вала 4, вращающего генератор волн 17 волнового редуктора. Гибкое колесо 19 обкатывается по неподвижному колесу 20 и вращает всю центральную часть руки 21, являющуюся конечным звеном оси А4.

В настоящее время существует две основные разновидности привода вращения карусели относительно основания (ось А1).

На ПР 601/60 привод вращения карусели имеет следующую конструкцию (рис. 2.13). В центральной части основания установлена в проволочном подшипнике 2 планшайба 1. К планшайбе 1 крепится гибкое колесо 7 волнового редуктора. Неподвижное колесо 8 волнового редуктора крепится к неподвижной нижней внутренней части основания 9. Вращение вала электродвигателя 3 через зубчатый ремень 4 и пару шкивов передается на вал 5. На валу 5 установлен генератор волн 6 волнового редуктора. Генератор 6 обкатывает гибкое колесо 7 по неподвижному колесу 8 волнового редуктора. Гибкое колесо передает замедленное вращение планшайбе 1.

Рис. 2.13. Привод оси А1 ПР 601/60

На роботах KR350 в неподвижном основании 7 (рис. 2.14) установлен зубчатый венец 6. По нему катается люфт выбирающая шестерня 5, которая вращается на валу 4. Вал 4 через зубчатый ремень и шкивы соединён с валом 3. Вал 3 через зубчатый ремень и шкивы соединён с валом электродвигателя 1. Карусель 8 воспринимает замедленное вращение от электродвигателя 1 через две ременные передачи зубчатыми ремнями и одну зубчатую передачу. Ограничение углов поворота карусели относительно основания осуществляется конечными выключателями, расположенными в верхней части основания робота и жёсткими упорами, расположенными на плите карусели. Люфт выбирающие шестерни закручиваются отдельно друг от друга с моментом натяга 80 Н м и фиксируются комплектом зажимных элементов. Такая конструкция передачи позволяет упростить строение привода и увеличить срок его службы.

Рис. 2.14. Привод оси А1 ПР KR350

2.1.4. Система приводов перемещения на примере ПР 601/60

Все силовые привода манипулятора ПР601/60 приводятся в движение двигателями постоянного тока с транзисторным управлением. На осях А1-А3 установлены электродвигатели мощностью по 4,5 кВА, на осях А4-А6 – мощностью 1 кВА. Выходные валы электродвигателей постоянно заторможены встроенными магнитоэлектрическими тормозами, которые отключаются только на время работы электродвигателей. Информация о режиме работы силовых приводов передается в СУ посредством встроенных тахогенераторов.

Тахогенератор – это генератор постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Тахогенератор вырабатывает постоянное напряжение, пропорциональное скорости вращения (числу оборотов) электродвигателя. Это напряжение даёт возможность контроля и измерения числа оборотов, напряжение используется для стабилизации скорости вращения электродвигателя.

Магнитоэлектрический тормоз – предназначен для устранения самопроизвольных перемещений механизма под действием собственного веса при выключенном электроприводе, а так же для обеспечения быстрого торможения степени подвижности при аварийном напряжении питающей сети.

Электродвигатели привода осей манипулятора по своей конструкции являются однотипными, и отличаются только номинальной мощностью и габаритными размерами. Ниже следующее описание двигателя МО-3000 распространяется соответственно на все типы двигателей, применяемые в ПР KUKA.

Привод осей осуществляется малоинерционным электродвигателем постоянного тока, с возбуждением от постоянных магнитов. На рис. 2.16 показано устройство такого двигателя.

Электродвигатель оснащен встроенным тахогенератором (рис. 2.15, поз. 4, 9, 10, 11) и однодисковым тормозом на постоянных магнитах (рис. 2.15, поз. 16,

Ключевой каскад (рис. 2.17) выполнен по мостовой схеме, в одну диагональ которой подаётся постоянное напряжение питания Uпит, а во вторую диагональ включена нагрузка. В плечи мостовой схемы включены транзисторы в прямом направлении и параллельно им диоды в другом направлении.

Транзисторы обеспечивают формирование импульсов тока мостовой схемой заданного направления и заданной длительности. Диоды обеспечивают соединение цепи нагрузки в промежутке между импульсами тока моста.

Для протекания тока через нагрузку необходимо, чтобы были открыты транзисторы V1 и V4 (прямое направление) или V2 и V3 (обратное направление). Чтобы не было короткого замыкания по питанию, необходимо исключить возможность одновременного открытия транзисторов в паре V1 и V2 или V3 и V4.

Рис. 2.17. Подключение электродвигателя сервопривода ПР к сети через ключевой каскад

Управление вращением электродвигателя происходит следующим образом. На широтно-импульсный модулятор поступают тактовые импульсы. Парметры тактовых импульсов: период 120 мкс, амплитуда ±10В, форма сигнала – треугольная (рис. 2.18). Широтно-импульсный модулятор формирует четыре серии управляющих импульсов в соответствии с диаграммой (рис. 2.18). Далее эти импульсы поступают на соответствующие транзисторы ключевого каскада.

Широтно-импульсный сигнал, пропорциональный напряжению на входе регулятора тока UРТ, подаётся на вход транзистора V1 (1 серия сигналов, рис. 2.18). На вход транзистора V2 подаётся сигнал, инверсный первому и с запаздыванием включения на 10 мкс (серия 2).

На вход транзистора V4 подаётся широтно-модулированный сигнал, аналогичный сигналу на вход транзистора V1, но сдвинутый по фазе на половину пе-

При положительном значении сигнала UРТ длительность серий импульсов 1 и 4 возрастает и превышает половину периода, при этом происходит их частичное наложение и через транзисторы V1 и V4 протекает ток. Электродвигатель вращается в прямом направлении с частотой, пропорциональной действующему значению тока на нагрузке.

При отрицательном значении сигнала UРТ возрастает длительность серий импульсов 2 и 3, при этом происходит их частичное наложение и прохождение тока через нагрузку в обратном направлении. Электродвигатель вращается в обратном направлении с частотой, пропорциональной действующему на нагрузке значению тока.

2.1.5. Увеличение рабочей зоны промышленного робота

Движения рабочего инструмента, которые обеспечиваются манипулятором, делятся на:

-глобальные (координатные) - движения манипулятора, которые существенно превышают его размеры исполнительного механизма (например, поступательное перемещение портальных роботов);

-региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его "рукой", величина которых сопоставима с размерами исполнительного механизма;

-локальные (ориентирующие) - движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуют его "кисть", величина которых значительно

меньше размеров механизма.

Основным недостатком промышленных роботов, ограничивающими их применение на современном производстве, является малая рабочая зона, вытекающая из стационарной установки роботов в автоматической роботизированной линии. Этот недостаток устраняется использованием механизмов координатных (глобальных) перемещений.

Ориентирующие и транспортирующие движения робота совершаются за счёт сервоприводов манипулятора по соответствующей оси, координатные перемещения совершаются за счёт движения всего манипулятора робота по направляющим, при этом длина этих направляющих может достигать нескольких десятков метров.

Глобальные перемещения позволяют:

-обслуживать одним роботом сразу несколько постов (например, один робот загружает заготовки в несколько станков);

-увеличить перемещение транспортируемых деталей (позиционирование деталей, складирование которых не может происходить вблизи производимых работ);

-увеличить число роботов, обслуживающих один станок, манипулятор первого робота после отработки цикла выходит из рабочей зоны второго

манипулятора, чтобы не мешать ему.

Координатные (глобальные) перемещения промышленного робота осуществляются за счёт следующих технических решений:

-крепление робота на поворотной стреле;

-размещение манипулятора робота на напольном рельсовом пути (напольный модуль линейного перемещения);

-использование роботов-трансманипуляторов.

Крепление робота на поворотной стреле MotoSweep 0-20 (рис. 2.20, а), предложенное компанией Motoman, позволяет перемещать закрепленный на конце стрелы манипулятор UP-20 по окружности с радиусом 2000 мм. При этом резко увеличивается рабочая зона (рис. 2.20, б): площадь рабочей зоны 2 (при использовании стрелы) в несколько раз больше площади рабочей зоны 1 (при отсутствии стрелы) манипулятора. Такая система используется при следующих операциях машиностроительного производства: загрузка машин, перестановка оборудования, сварка, механическая зачистка и др. Поворот стрелы происходит вокруг оси, которая является седьмой осью подвижности робота, и управляется контроллером робота как дополнительная ось манипулятора. Точность позиционирования такой системы составляет ±0,1 мм.

Таблица 2.3 Технические характеристики напольных модулей линейного перемещения

Размещение манипулятора робота на напольном рельсовом пути широко используется современными фирмами-роботопроизводителями (ABB, KUKA). Длина линейное перемещение манипулятора при этом может достигать нескольких десятков метров. Манипулятор 1 (рис. 2.21) закрепляется на подвижной платформе 2, которая перемещается по рельсовому пути 3, сигналы от системы управления и питание сервоприводов ПР поступают на манипулятор через кабели, проложенные в гибком канале 4. При этом возможно несколько вариантов крепления манипулятора на платформе, при которых базисное основание манипулятора может быть повернуто относительно оси платформы с шагом на 450 (рис. 2.22).

Рис. 2.20. Крепление манипулятора робота UP-20 (Motoman) на поворотной стре-

ле MotoSweep 0-20

Рис. 2.21. Размещение манипулятора промышленного робота на напольном рельсовом пути

Рис. 2.22. Варианты крепления манипулятора промышленного робота на подвижной платформе