Юрий Почанин - Робототехника в промышленности

Рис.3.12. Функциональная схема управления электромеханического робота модели HdS05/06.

Данный ПР обладает шестью степенями подвижности, обозначенными на схеме как θ1…θ6. Все шесть электроприводов (ЭП1…ЭП6) управляются от общего центрального вычислительного устройства (ЦВчУ) системы программного управления (СПУ) ПР. Центральное вычислительное устройство выдает сигналы на цифровые регуляторы положения (ЦРП1-ЦРП6) отдельных приводов. Цифровые регуляторы положения управляют сервоприводами (СП1-СП6) в соответствии с сигналами ЦВчУ и датчиков угла (ДУ), например, кодовых датчиков угла с фотоэлектрическим преобразованием.

Одним из наиболее сложных и ответственных элементов в электроприводном ПР является сервопривод (СП). Схема сервопривода ПР приведена на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Схема сервопривода ПР.

Данная схема представляет собой аналогово-цифровую систему автоматического управления, в которой сочетаются преимущества комбинированной аналоговой системы, работающей по принципу трехконтурной системы подчиненного регулирования, с достоинствами цифровой системы (высокая точность и удобство программирования).

Первый контур образован двигателем (М) с преобразователем (ПР) и регулятором тока (РТ). Во второй контур входят датчик скорости (ДС) и регулятор скорости (РС). В состав третьего контура дополнительно входят датчик угла (ДУ) и цифровой регулятор положения (ЦРП).

В качестве регуляторов скорости и тока в ПР чаще всего используются аналоговые, а в последнее время – и цифровые, операционные усилители с помощью которых легко реализуется практически любой требуемый закон управления. Датчик скорости также может быть как аналоговым, так и цифровым.

В ряде случаев применение датчика скорости не требуется, т.к. сигнал об изменении скорости может быть вычислен в цифровом регуляторе положения (ЦРП) путем дифференцирования сигнала с датчика угла (ДУ)

Современные тенденции развития робототехники таковы, что позволяют выпускать сервоприводы, которые конструктивно объединяют двигатель, преобразователь, датчики и регуляторы скорости и тока.

Для электроприводов используют специальные двигатели с электромагнитным тормозом и управлением от ЧПУ, обеспечивающие многопозиционное или контурное управление. В малых и средних роботах применяются высоко моментные шаговые приводы. Электроприводы комплектуют шаговыми и линейными двигателями.

Структура устройства программного управления приводом показана на рис.3.14.

Рис. 3.14. Структура устройства программного управления:

УП—управляющая программа; УВ—устройство ввода; УО—устройство обработки; УУП—устройство управления приводом; УТК—устройство технических команд; УОС—устройство обратной связи; ИЭТК—исполнительные элементы технологических команд; П—привод; ДОС—датчик обратной связи; ТК—технологическая команда; ИОС—информация обратной связи.

В общем случае, структура привода образована устройством управления, состоящим из информационной и силовой частей, двигателя, передаточного устройства, выполняющего передачу механического движения от двигателя к исполнительному органу и согласование видов их движений и их параметров.

Структура электропривода роботов, в общем случае, образована электродвигателем с датчиками обратной связи по положению и скорости, передаточным устройством (механической передачей), тормозом, муфтами (например, для защиты двигателя от перегрузки) и устройством управления.

По функциональному признаку приводы ПР делятся на регулируемые и следящие. Регулируемые приводы работают, в основном, с ЦПУ (цикловым программным управлением). Следящие приводы – с ЧПУ и применяются тогда, когда необходима фиксация движения в любой точке.

Рабочий орган или захватное устройство – это узел механической системы ПР, обеспечивающий захватывание и удержание в определенном положении объекта манипулирования. Объекты могут иметь различные размеры, форму и массу, поэтому захваты относят к числу сменных элементов ПР и манипуляторов. Как правило, ПР комплектуют набором типовых (для данной модели) захватных устройств, которые можно менять в зависимости от требований конкретной технологической задачи.

Манипуляторы промышленных роботов оснащают двумя классами рабочих органов, к которым относятся:

–захватные устройства (ЗУ), предназначенные для захватывания и удержания предметов производства (ПП) или технологической оснастки;

–инструменты и технологические головки —приспособления и устройства, выполняющие основные технологические операции.

Захватные устройства могут удерживать детали, оснастку, инструменты и технологические головки. В качестве инструментов и технологических головок роботы оснащают ковшами для разливки расплавленного металла; клещами для точечной сварки; горелками для дуговой сварки, пламенной резки и зачистки; сверлильными, фрезерными, шлифовальными головками и др. В качестве рабочего органа используют сборочные инструменты (винта- и гайковерты, запрессовщики и т.п.), краскопульты и измерительные головки. Ограничений на тип и устройство рабочих органов нет, их выбирают из существующих конструкций или проектируют в соответствии с требованиями конкретного технологического процесса.

Рабочий орган связывает манипулятор с удерживаемой или обрабатываемой деталью. Это важная часть робота, поскольку он является последним звеном, через которое робот взаимодействует с предметом производства. Успешное применение робота во многом зависит от конструкции и изготовления его рабочего органа, конструкция которого должна соответствовать требованиям конкретного технологического процесса и быть увязанной с конструктивно-технологическими особенностями примененного робота, а также с системой управления и информационного обеспечения всего технологического оборудования, входящего в состав роботизированного комплекса. Очевидна и зависимость рабочего органа от принятой организации рабочей среды.

Свойства рабочего органа ПР. Вне зависимости от назначения рабочий орган промышленного робота обладает следующими свойствами:

–является многоэлементной механической системой, имеющей конкретное технологическое назначение;