Порядок выполнения работы

В процессе выполнения работы необходимо:

1. Представить компоновку РТК;

2. Представить схему движений исполнительных устройств манипуляторов при выполнении операции циклической передачи детали типа «круглый стержень»;

3. Разработать схему подключения управляющих элементов второго робота к системе управления, учитывающую требования к блоку согласования, приведенные в разделе 3;

4. Управление звеньями второго робота осуществить по временному принципу;

5. Разработать программу управления РТК;

6. Сделать выводы.

Содержание отчета

1. Эскиз компоновки РТК.

2. Схема движений манипулятора.

3. Схема подключения исполнительных элементов второго робота к ЭЦПУ-6030.

4. Программа управления РТК.

5. Общие выводы.

Контрольные вопросы

1. Объясните действие элементов блокировки движений.

2. Приведите возможные схемы управления РТК.

3. В чем заключается путевой принцип управления и где он реализован в изучаемом РТК?

4. В чем заключается временной принцип управления и где он реализован в изучаемом РТК?

5. Каким образом устраняется вредное действие эдс самоиндукции катушек электромагнитов?

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №6

Изучение и анализ конструкции промышленного

робота ТУР-10К

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с устройством, принци­пом действия и эксплуатационными характеристиками промышленного робота ТУР-10К; научиться составлять кинематические схемы меха­низмов; приобрести навыки, необходимые для решения рас­четно-конструкторских за­дач при проектировании манипуляторов промышленных роботов.

Общие положения

Технические характеристики.

Грузоподъёмность, кг, не более номинальная включая массу захватного устройства Число степеней подвижности из них: транспортных (переносных) ориентирующих Вид привода Способ управления Система управления Тип интерполяции Способ программирования Объём памяти, точек, не более Максимальная абсолютная погрешность позиционирования, мм Погрешность обработки траектории, мм, не более Число одновременно управляемых движений по степеням подвижности Геометрические размеры рабочей зоны Максимальные перемещения, град поворот руки вокруг вертикальной оси q1 качание вертикального звена (плеча) относительно вертикали q2 качание горизонтального звена (предплечья) относительно горизонтали при вертикальном плече q3 сгиб руки q4 вращение (ротация) кисти q5 Минимальные и максимальные скорости перемещения звеньев,град/с поворот руки качание плеча качание предплечья сгиб кисти вращение кисти Время максимального перемещения, с поворот руки качание плеча качание предплечья сгиб кисти вращение кисти Погрешность поддержания заданной контурной скорости Максимальное ускорение рабочего органа, м/с2 Число каналов связи с внешним оборудованием: - на ввод - на вывод Электрическое питание: 3-фазная сеть переменного тока - напряжение, В - частота, Гц - потребляемая мощность, кВт Давление питания сжатого воздуха, Мпа Расход сжатого воздуха, л/ч Масса, кг, не более В том числе: - манипулятора - блока управления электроприводами - устройство числового программного управления

6,3 10 3 2 электромеханический контурный УКМ-772 линейный обучение 1000 0,25 2 5 340 45 +25 -45 90 180 0,5-90 0,5-90 0,5-90 0,5-90 1-180 5 2,5 2,5 3 3 10% 1,5 12 48 501 4 0,4-0,6 100 820 260 260 250

Рис. 12. Рабочая зона промышленного робота ТУР – 10К

Устройство робота

Принцип работы манипулятора ПР ТУР-10К сле­дующий (рис.13):

поворотная платформа 1 вращается относительно неподвижного основания 0 вокруг вертикальной оси, об­разуя вращательную кинематическую пару V класса. Этим вращением обеспечивается I степень подвижности ПР - поворот руки манипулятора (звенья 2, 3, 4, 5) вокруг вертикальной оси на угол q1=340^О со скоростью 90 град/с. Реализуется это вращение механизмом поворота вокруг вертикальной оси.

Вертикальное звено 2 - «плечо» руки манипулятора установлено шарнирно на поворотной платформе 1 и мо­жет поворачиваться вокруг горизонтальной оси относи­тельно вертикали на угол q2=45^О со скоростью 90 град/с. Этим обеспечивается II степень подвижности ПР - «отведение и приведение плеча». Реализуется II степень подвижности механизмом качания вертикального звена.

Горизонтальное звено 3 - «предплечье» руки манипу­лятора - установлено шарнирно на звене 2 и мо­жет поворачиваться относительно последнего вокруг го­ризонтальной оси относительно горизонтали (при верти­кальном положении звена 2) на угол q3=со скоростью 90 град/с. Этим обеспечивается III степень подвиж­ности ПР - «сгибание и разгибание локтя». Реализуется III степень подвижности механизмом качания горизон­тального звена.

Звенья 4 и 5 - это кисть руки манипулятора. Звено 4 установлено шарнирно на звене 3 и может поворачи­ваться относительно последнего вокруг горизонтальной оси на угол q4=90º со скоростью 90 град/с. Этим обес­печивается IV степень подвижности ПР - «сгиб кисти» манипулятора.

Звено 5, к которому крепится рабочий орган ро­бота, установлено шарнирно на звене 4 и может повора­чиваться вокруг продольной оси последнего на угол q5=180^О со скоростью 180 град/с. Этим обеспечивается V степень подвижности ПР - «вращение (ротация) кисти» манипулятора. Реализуются IV и V (ориентирующие) степени подвижности ПР механизмом ориентации схвата.

Рис. 13. Структурная схема манипулятора: 0,1,2,3,4,5 - звенья; I, II, III, IV, V - степени подвижности (вращательные кинематические пары V класса); q1, q2, q3, q4, q5 - обобщенные координаты по сте­пеням подвижности

Все механизмы приводятся в действие с помощью электрических двигателей 6 постоянного тока, конструк­тивно выполненных как одно целое с редукторами (мотор - редукторы). Для частичной статической разгрузки руки манипулятора от сил тяжести используется механизм уравновешивания 7 .

Механизм поворота вокруг вертикальной оси

Механизм обеспечивает поворот механической руки ПР вокруг вертикальной оси на 340º со скоростью 90 град/с. Механизм поворота содержит неподвижное ос­нование 3 и поворотную платформу, состоящую из ста­кана 1 и плиты 7.

На плите 7 установлена механическая рука. Плат­форма вращается на подшипниках 2, установленных в неподвижном основании. Электромеханический привод механизма поворота (мотор- редуктор) установлен на ос­новании 3. Он состоит из электродвигателя постоянного тока 14 типа ПЯ-250Ф (N=250 Вт, n=3000 об/мин) и же­стко связанного с ним волнового редуктора II (i=102,5; момент на выходном валу М=100 Нм). Несоосность мо­тор - редуктора и поворотной платформы компенсируется муфтой 10.

Мотор- редуктор через компенсационную муфту 10 и вал 8 вращает плиту 7 поворотной платформы и уста­новленную на ней механическую руку манипулятора. Угол поворота платформы контролируется датчиком по­ложения 9 типа ППК-15. Скорость вращения контролиру­ется датчиком скорости - тахогенератором 18 типа ТГП - 3.

Рис. 14. Механизм поворота робота

Тахогенератор 18 установлен на корпусе мотор- ре­дуктора соосно валу двигателя и соединен с двигателем муфтой.

Датчик положения 9 установлен на неподвижном ос­новании 3 (установка осуществлена через окно в ста­кане 1, закрываемое крышкой). Вращение на вал датчика 9 с выходного вала редуктора 11 передается через зубча­тую передачу 4-5 с передаточным отношением i=15,6. Для устранения зазоров в зацеплении зубчатое колесо 4 выполнено разрезным (плоскость разреза параллельна торцу колеса), между половинками которого размещена пружина кручения. Для создания первоначальной дефор­мации пружины и выборки бокового зазора в зацеплении при установке датчика положения 9 верхнюю часть зуб­чатого колеса 4 разворачивают относительно нижней части на 90^О.

Вращение поворотной платформы ограничено упо­рами. Неподвижный упор 15 закреплен на неподвижном основании 3, а подвижный упор - флажок 19 жестко свя­зан со стаканом 1 поворотной платформы.

На передней стенке стакана установлены пневморас­пределители 6 (2 шт.), которые предназначены для управления работой пневматических захватных уст­ройств манипулятора. Пневмораспределители подсоеди­нены к штуцеру 16 для подключения сжатого воздуха давлением 0,40,6 МПа от пневмопанели.

На задней стенке стакана установлены пружинные механизмы 12 и 13, предназначенные для уравновешива­ния статических моментов от веса звеньев механической руки.

Электромеханические приводы робота

Электромеханические приводы всех звеньев робота ТУР-10К унифицированы и выполнены в виде мотор-ре­дукторов М1, М2, М3, М4, М5 (рис. 15).

М1 - мотор-редуктор, являющийся приводом механизма поворота вокруг вертикальной оси;

М2, М3 - мотор-редукторы, являющиеся при­водами механизмов качания вертикального и горизон­тального звеньев руки манипулятора соответственно;

М4, М5 - мотор-редукторы, являющиеся при­водами сгиба и вращения кисти манипулятора в меха­низме ориентации соответственно.

Каждый привод (мотор-редуктор) содержит (рис. 15) электродвигатель 4, волновой редуктор 10, датчик поло­жения 8 и датчик угловой скорости 3. Масса каждого привода приблизительно 15 кг.

Электродвигатель 4 является электродвигателем по­стоянного тока типа ПЯ-250Ф с техническими харак­теристиками - N=250 Вт, n=3000 об/мин, Мном=0,8Нм. Возбуждение двигателя осуществляется от постоянных магнитов. Якорь двигателя выполнен с печатной обмот­кой диска, что допускает замену диска якоря без раз­борки двигателя через щель в корпусе. Кроме того, ис­пользование диска якоря с печатной обмоткой дает такие преимущества электродвигателя, как малый момент инер­ции ротора и высокое быстродействие. Крепится элек­тродвигатель к корпусу волнового редуктора 10 и связан с ним муфтой.

Датчик положения 8 предназначен для измерения угла поворота выходного вала 2 электродвигателя. В ка­честве датчика положения в приводе использован кодо­вый преобразователь перемещений ППК-15. Он пред­ставляет собой преобразователь механических переме­щений в 15 - разрядный двоичный код. При этом для повышения точности преобразований в нем объединены с помощью редуктора преобразователи точного (ТО) и грубого (ГО) отсчета, т. е. кодовый преобразователь пе­ремещений ППК-15 является двухотсчетным преобразо­вателем. Масса датчика - 0,85 кг, габариты 70 х 158.

Во всех приводах, кроме привода поворота вокруг вертикальной оси, вращение от вала 2 электродвигателя 4 к валу датчика положения 8 передается с помощью зуб­чато-ременной передачи. В механизме поворота враще­ние на вал датчика положения передается через зубчатую передачу (i=15,6).

Зубчато-ременная передача содержит шкив I (z1=28), установленный на валу 2 электродвигателя, шкив 7, установленный на валу датчика положения 8 (в мотор-редукторах М2, М3 z2=45, в мотор-редукторах М4, М5 z3=90), зубчатый ремень 6 (m=1). Отсюда передаточное отношение зубчато-ременной передачи в мотор-ре­дукторах М2, М3 i=1:1,6 , в мотор-редукторах М4, М5 i=1:3,2.

Датчик угловой скорости 3 предназначен для измерения скорости вращения ротора электродвигателя. В качестве датчика угловой скорости в приводе использован аналоговый датчик-тахогенератор ТГП-3. Он пред­ставляет собой тахогенератор постоянного тока, преобра­зующий механическое вращательное движение в элек­трический сигнал. Его основная характеристика (зависи­мость величины напряжения от числа оборотов Итг=f(n)) линейна и симметрична относительно нуля, крутизна ха­рактеристики U/n высокая. Масса тахогенератора ТПГ-3 = 0,8 кг. Установлен тахогенератор на крышке двигателя 4 и соединен с его ротором муфтой.

Волновой редуктор 10 (передаточное отношение i=102,5; номинальный момент Мном=100 Нм) выполнен следующим образом (рис. 15).

Выходной вал 2 двигателя соединен с входным (ве­дущим) валом - втулкой 5 редуктора с помощью шпоноч­ного соединения. Другим концом входной вал 5 опира­ется на подшипник 14, установленный в выходном (ве­домом) валу редуктора 12. На входном валу 5 волнового редуктора с радиальным зазором закреплен генератор волн редуктора, выполненный в виде кулачка 18 эллипти-

Рис. 15. Электромеханический привод

ческой формы (кулачковый генератор волн). Кулачок 18 соединен с валом 5 с помощью компенси­рующей муфты 16, обеспечивающей самоустановку гене­ратора волн в процессе работы редуктора. На кулачке 18 напрессован так называемый гибкий подшипник 17 (ГОСТ 23179-78). Внутреннее кольцо подшипника де­формируется по эллиптической форме кулачка. Наруж­ное кольцо подшипника также деформируется по эллип­тической форме шариками подшипника, которые разме­щены в сепараторе. Гибкий подшипник 17 вставлен во внутрь гибкого зубчатого колеса 15 (Z1=205, m=0,4) и в результате гибкое зубчатое колесо испытывает такие же деформации, как и наружное кольцо подшипника 17, т.е. принимает форму эллипса. Гибкое зубчатое колесо 15 по­стоянно находится во внутреннем зацеплении с жестким зубчатым колесом 9 (Z2=207), неподвижно закрепленным в корпусе волнового редуктора. Причем это зацепление происходит одновременно в двух зонах 1 и 2 по концам большой полуоси эллипса, форму которого приняло гиб­кое зубчатое колесо. Одновременно находится в зацепле­нии до 30% пар зубьев, т. е. имеется многопарность за­цепления. В процессе работы редуктора при вращении генератора волн положение зон зацепления 1 и 2 меня­ется.

Рис.16. Кинематическая схема робота ТУР – 10К

ческой формы (кулачковый генератор волн). Кулачок 18 соединен с валом 5 с помощью компенси­рующей муфты 16, обеспечивающей самоустановку гене­ратора волн в процессе работы редуктора. На кулачке 18 напрессован так называемый гибкий подшипник 17 (ГОСТ 23179-78). Внутреннее кольцо подшипника де­формируется по эллиптической форме кулачка. Наруж­ное кольцо подшипника также деформируется по эллип­тической форме шариками подшипника, которые разме­щены в сепараторе. Гибкий подшипник 17 вставлен во внутрь гибкого зубчатого колеса 15 (Z1=205, m=0,4) и в результате гибкое зубчатое колесо испытывает такие же деформации, как и наружное кольцо подшипника 17, т.е. принимает форму эллипса. Гибкое зубчатое колесо 15 по­стоянно находится во внутреннем зацеплении с жестким зубчатым колесом 9 (Z2=207), неподвижно закрепленным в корпусе волнового редуктора. Причем это зацепление происходит одновременно в двух зонах 1 и 2 по концам большой полуоси эллипса, форму которого приняло гиб­кое зубчатое колесо. Одновременно находится в зацепле­нии до 30% пар зубьев, т. е. имеется многопарность за­цепления. В процессе работы редуктора при вращении генератора волн положение зон зацепления 1 и 2 меня­ется.

Правый конец гибкого колеса 15 (рис. 15 ) с помощью тонкого донышка жестко соединен с выходным (ведо­мым) валом 12 редуктора. Вал 12 установлен в корпусе редуктора на подшипниках 13. Для регулирования осе­вого натяга подшипников предусмотрен регулировочный винт 11.

В процессе работы волнового редуктора вращение выходного вала 2 электродвигателя 4 через шпоночное соединение передаётся входному (ведущему) валу-втулке 5 волнового редуктора, от которого - кулачковому гене­ратору волн 18. Вращающийся генератор волн гонит по периметру гибкого зубчатого колеса волну деформаций. Причем в зонах зацепления 1 и 2 (по концам большой по­луоси кулачкового генератора волн) образуются вершины волн деформации, в зонах между ними (по концам малой полуоси генератора волн) - впадины волн деформации. За один оборот генератора волн гибкое колесо испытывает две волны деформации.

Порядок выполнения работы

В процессе выполнения работы необходимо:

1. Изучить конструкцию промышленного робота ТУР – 10К;

2. Изучить конструкцию механизмов каждой степени подвижности;

3. Изучить конструкцию уравновешивающих механизмов.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Технические характеристики робота.

3. Структурная схема робота.

4. Кинематическая схема робота.

5. Эскиз электромеханического привода.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Назовите значения технических характеристик промышленного робота ТУР –10К.

2. Какие виды приводов применяются в конструкции робота?

3. Чем контролируются перемещения звеньев ПР ТУР –10К?

4. Чем контролируется скорость перемещения звеньев?

5. Какие редукторы применены в механизмах робота?

6. Какие двигатели применены в приводах и в чем их особенность?

7. Объясните работу механизмов уравновешивания.