Prezi logo
Log in
Loading…

7.ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ И МАНИПУЛЯТОРЫ

Transcript

БЫСТРОДЕЙСТВИЕ И ТОЧНОСТЬ ПР

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ (МАНИПУЛЯТОРЫ)

Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства роботов. В робототехнике они являются главными.

Быстродействие манипулятора определяют максимальной скоростью линейных перемещений центра схвата манипулятора.

Быстродействие роботов общего применения можно разбить на три следующие группы:

– малое – при линейных скоростях по отдельным степеням подвижности до 0,5 м/с;

– среднее — при линейных скоростях свыше 0,5 до 1 м/с;

– высокое — при линейных скоростях свыше 1 м/с.

Точность манипулятора характеризуется результирующей погрешностью позиционирования (при дискретном движении) или отработки заданной траектории (при непрерывном движении). Чаще всего точность роботов характеризуют абсолютной погрешностью.

Точность роботов общего применения подразделяют на три группы:

– малая — при линейной погрешности от 1 мм и выше;

– средняя — при линейной погрешности от 0,1 до 1 мм;

– высокая — при линейной погрешности менее 0,1 мм.

УПРАВЛЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫМ РОБОТОМ

ТИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ РОБОТОМ

1. Программное управление используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.

2. Адаптивное управление роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.

3. Основанное на методах искусственного интеллекта.

4. Управление человеком (например, дистанционное управление).

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПР

ПРИНЦИПЫ УПРАВЛЕНИЯ ПР

  • Функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.
  • Иерархия системы управления подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.
  • Подчинённое управление служит для построения системы управления приводом. Если необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора), то cистема управления замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.
  • Точность захвата. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.
  • Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций

  • достаточно быстрая окупаемость
  • исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
  • повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
  • возможность использования технологического оборудования в три смены, даже 365 дней в году;
  • рациональность использования производственных помещений;
  • исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью;

1. По виду производства

  • Специальные ПР выполняют определенную технологическую операцию или вспомогательную модель оборудования;
  • Специализированные ПР выполняют операции одного вида, например сварку, сборку и обслуживают определенную группу моделей оборудования;
  • Универсальные ПР являются наиболее усовершенствованными представителями промышленных роботов, служат для выполнения разных операций и функционируют с оборудованием различного назначения.

2. По грузоподъемности различают

  • сверхлегкие (грузоподъемность не более 1 кг.),
  • легкие (грузоподъемность от 1 до 10 кг.),
  • средние (грузоподъемность от 10 до 200 кг.),
  • тяжелые (грузоподъемность от 200 до 1000 кг.)
  • сверхтяжелые (где грузоподъемность свыше 1000 кг.).

3. По возможности передвижения

  • Стационарные имеют ориентирующие и транспортирующие движения;
  • Транспортирующие ПР дополнительно к этим двум движениям (ориентирующие и транспортирующие) и координатные перемещения.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

4. По числу степеней подвижности, выпускают роботы с 2-мя, 3-мя, 4-мя и более степеней подвижности.

5. По способу установки

  • встроенные
  • подвесные
  • напольные

6. По виду привода подразделяют на роботы с электрическим, гидравлическим, пневматическим и комбинированным приводам.

7. По виду управления:

  • Роботы с программным управлением (цикловым, числовым, позиционным и контурным);
  • Роботы с адаптивным управлением

8. По способу программирования различают программируемые обучением ( по методу обучения оператор, управляя промышленным роботом приводит его захватное устройство или ЗУ из одного конечного положения в другое через серию точек, которые фиксируются в запоминающем устройстве промышленного робота и при обработке следующих деталей захватное устройство будет двигаться по этим точкам) и аналитические (путем расчета программ).

ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА

СТРУКТУРА КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ МАНИПУЛЯТОРА(2)

СТРУКТУРА МАНИПУЛЯТОРА (ПРИВОДЫ)

  • Структура манипулятора определяется местом размещения приводов.
  • Если приводы размещаются непосредственно в кинематических парах, то к массам подвижных звеньев манипулятора добавляются массы приводов.
  • Суммарная нагрузка на приводы и их мощность увеличиваются, а отношение массы манипулятора к полезной нагрузке (максимальной массе объекта манипулирования) уменьшается.
  • Поэтому при проектировании роботов приводы звеньев руки, как наиболее мощные и обладающие большей массой, стремятся разместить ближе к основанию робота. Для передачи движения от привода к звену используются дополнительные кинематические цепи.

  • структура кинематической цепи манипулятора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта в пространстве с заданной ориентацией.
  • Для этого необходимо, чтобы схват манипулятора имел возможность выполнять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым.

При структурном синтезе механизма манипулятора необходимо учитывать следующее:

  • кинематические пары манипуляторов снабжаются приводами, включающими двигатели и тормозные устройства, поэтому в схемах манипуляторов обычно используются одноподвижные кинематические пары: вращательные или поступательные;
  • необходимо обеспечить не только заданную подвижность свата манипулятора, но и такую ориентацию осей кинематических пар, которая обеспечивала необходимую форму зоны обслуживания, а также простоту и удобство программирования его движений;
  • при выборе ориентации кинематических пар необходимо учитывать расположение приводов (на основании или на подвижных звеньях), а также способ уравновешивания сил веса звеньев.

ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА

структурная и функциональная схема ПР с трехподвижным манипулятором

ВИДЫ СИСТЕМ КООРДИНАТ ДЛЯ РУКИ МАНИПУЛЯТОРА

структурные схемы механизмов соответствующие системам координат

  • Основной механизм руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1, 2 и 3
  • Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат.

  • Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематических пар по осям одной из осей координат.
  • При этом выбор системы координат определяет тип руки манипулятора и вид его зоны обслуживания.
  • Частью манипуляторов являются захватные устройства.
  • Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека - захват осуществляется с помощью механических «пальцев».
  • Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской.
  • Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.
  • Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочные клещи, отвёртка и т. д.

  • В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение j10), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S21) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S32). На конце звена 3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования при работе манипулятора.
  • Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления его ориентацией.

ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ

МАНИПУЛЯТОР

  • автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах.

  • является важным компонентом автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.

  • в составе есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части.

  • механическая часть делится на манипуляционную систему и систему передвижения

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ЧИСЛО СТЕПЕНЕЙ ПОДВИЖНОСТИ ПР

  • Каждый ПР включает большую группу механизмов, связанных в общую кинематическую цепь. Как правило, каждый такой механизм имеет свой собственный привод и обеспечивает движение одной степени подвижности.

  • Число степеней подвижности (W) ПР определяет число степеней свободы его полной кинематической цепи относительно звена, принятого за неподвижное, например, относительно неподвижной стойки или основания. Другими словами это сумма возможных координатных перемещений объекта манипулирования относительно неподвижного звена. Причем, при определении числа степеней подвижности принято не учитывать движение захватного устройства (УЗ) при захвате объекта манипулирования.

  • В общем виде для пространственной кинематической цепи число степеней подвижности ПР определяется по формуле Сомова-Малышева

W=6n-5p5-4p4-3p3-2p2-p1

  • где n – общее число подвижности звеньев
  • p1 – p5 – число кинематических пар соответственно I и V классов.
  • Для плоской кинематической цепи число степеней подвижности определяется по формуле П.Л. Чебышева:

W=3n-2p5-p4

1. «Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов» Михайлов О.П., Орлова Р.Т., Пальцев А.В., 2001г.

2. «Роботизированные технологические комплексы в ГПС» Н. М. Довбня, А. Н. Кондратьев, Е. И. Юревич, 2000г.

3. «Робототехнические комплексы» Под редакцией Б.И. Черпакова, 2002г.

4. «Роботизированные сборочные комплексы» А. А. Иванов, В. В. Сафронов, 2001г.

5. «Технология и оборудование производства электрических машин» А.А. Осьмаков, 2003г.

6.Силовой расчет, уравновешивание, проектирование механизмов и механика манипуляторов: Учебное пособие для студентов смешанной формы обучения / И.Н.Чернышева, А.К.Мусатов,Н.А.Глухов и др.; Под ред. А.К.Мусатова. - М.: Изд-во МГТУ, 1990. - 80с., ил.

7.Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для втузов: В 3-х кн. / под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробьева. - М.: Высш.шк., 1988.

8.Р.Пол "Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота - манипулятора" - М.: Наука, 1976.

ГЕОМЕТРО-КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АНТРОПОМОРФНОГО МАНИПУЛЯТОРА

Этот механизм состоит из трех подвижных звеньев и трех кинематических пар: двух трехподвижных сферических А3сф и С3сф и одной одноподвижной вращательной В1в.

ДВИЖЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ

Кинематические пары манипулятора характеризуются:

  • именем или обозначением КП - заглавная буква латинского алфавита (A,B,C и т.д.);
  • звеньями, которые образуют пару (0/1,1/2 и т.п.); относительным движением звеньев в паре ( для одноподвижных пар - вращательное, поступательное и винтовое);
  • подвижностью КП (для низших пар от 1 до 3, для высших пар от 4 до 5);
  • осью ориентации оси КП относительно осей базовой или локальной системы координат.

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МАНИПУЛЯТОРОВ

  • это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

  • манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:

- звенья, обеспечивающие поступательные движения

- звенья, обеспечивающие угловые перемещения

  • сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

  • для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.

Формула строения - математическая запись структурной схемы манипулятора, содержащая информацию о числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системы координат (системы, связанной с неподвижным звеном).

Движения, которые обеспечиваются манипулятором делятся на:

  • глобальные (для роботов с подвижным основанием) - движения стойки манипулятора, которые существенно превышают размеры механизма;
  • региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его "рукой", величина которых сопоставима с размерами механизма;
  • локальные (ориентирующие) - движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуют его "кисть", величина которых значительно меньше размеров механизма.

В манипуляторе существуют два участка кинематической цепи с различными функциями:

  • механизм руки Под "рукой" понимают ту часть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра схвата - точки М (региональные движения схвата);
  • механизм кисти, под "кистью" - те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения схвата).

  • Важная особенность манипуляторов - изменение структуры механизма в процессе работы.
  • В соответствии с циклограммой или программой работы робота, в некоторых кинематических парах включаются тормозные устройства.
  • При этом два звена механизма жестко соединяются с друг другом, образуя одно звено.
  • Из структурной схемы механизма исключается одна кинематическая пара и одно звено, число подвижностей схвата механизма уменьшается (обычно на единицу). Изменяется структура механизма и в тех случаях, когда в процессе выполнения рабочих операций (на пример, при сборке или сварке) схват с объектом манипулирования соприкасается с окружающими предметами, образуя с ними кинематические пары.
  • Кинематическая цепь механизма замыкается, а число подвижностей уменьшается. В этом случае в цепи могут возникать избыточные связи. Эти структурные особенности манипуляторов необходимо учитывать при программировании работы промышленного робота.

1. Транспортирующие - в направлениях XY, xy, zx

Транспортирующие движения служат для перемещения ЗУ в различные точки рабочего транспорта;

2. Ориентирующие - в направлениях yz и Q

Ориентирующие движения передают захватному устройству (ЗУ) необходимое положение в заданной точке рабочей зоны;

3. Координатное - Y, X

Координатные движения обеспечивают перемещения ПР между отдельными производственными позициями. Рабочие движения промышленных роботов направлены на удержание объекта и перемещения его в заданных направлениях. Система координат ПР определяют компоновочную схему ПР и форму рабочей зоны: прямоугольная плоская, прямоугольная пространственная, полярная, цилиндрическая, сферическая.

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПР

  • Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связии.
  • Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства сохраняющие и задающие программу движения.
  • Преобразование заданной программы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления. Эта система включает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия ui. При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам Dxi, которые поступают в нее с датчиков обратной связи.

1.Грузоподъемность ПР определяется наибольшей массой изделия (например, детали, инструмента или приспособления);

2.Число степеней подвижности ПР определяется общим числом поступательных и вращательных движений манипулятора, без учета движений зажима-разжима его схвата.;

3.Рабочая зона определяет пространство, в котором может перемещаться схват манипулятора.

4.Мобильность ПР определяется его способностью совершать разные по характеру движения: перестановочные (транспортные) перемещения между рабочими позициями, находящимися на расстоянии, большем, чем размеры рабочей зоны манипулятора; установочные перемещения в пределах рабочей зоны, определяемой конструкцией и размерами манипулятора; ориентирующие перемещения схвата, определяемые конструкцией и размерами кисти - конечного звена манипулятора.

РОБОТОТЕХНИКА

Электронное учебно-методическое пособие "Робототехника для учащихся ВУЗов"