Анализ и обобщение опыта и тенденций создания промышлен­ных роботов в отечественной и зарубежной робототехнике показы­вает, что все большее распространение получает электромеханиче­ский привод промышленных роботов. Впоследние год

Вид материала

Документы

Содержание Устройства управления промышленными*роботами 4.2. Цикловые устройства управления 4.3. Устройство управления УЦМ-663

Подобный материал:

• Дипломная работа студента, 601.76kb.
• Исать собственные приложения для управления роботами на примере Lego nxt, а также использовать, 76.9kb.
• С применением grid-технологий, 81.79kb.
• История роботов, написанная роботом, 101.24kb.
• Sdfield> Самостоятельная подготовка, 455.42kb.
• Вдокладе описывается технология обучения распределенной системы автономных мобильных, 45.47kb.
• Внушающих уверенность жилищ люди живут в обличии роботов-суррогатов сексуальных, физически, 367.79kb.
• Возможное участие родителей, 108.84kb.
• Анализ работы шмо учителей физики, химии, биологии за 2010-2011 учебный год, 113.58kb.
• Лега В. П. Наука и вера, 152.3kb.

Глава 4

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ*РОБОТАМИ

4.1. Классификация устройств управления

В настоящее время создано много разнообразных устройств уп­равления промышленными роботами, начиная от простейших элек­тромеханических и кончая очень сложными в функциональном отно­шении с использованием интегральных схем. Чтобы внести ясность в широкий спектр устройств управления (УУ), выделим наиболее важные признаки и приведем классификацию этих устройств (рис. 4.1).



Рис. 4.1. Классификация устройств управления промышленными роботами

Следует отметить, что при разработке, создании и применении устройств управления ПР возникают все традиционные требова­ния, предъявляемые к устройствам управления другими произ­водственными процессами и оборудованием, как, например, к уст­ройствам управления металлорежущими станками с числовым про­граммным управлением. В частности, это касается надежности, быстродействия, объема памяти, элементно-конструктивной базы и стоимости. Подробное рассмотрение всех параметров не входит в задачу данного учебного пособия, так как обстоятельно изложено в соответствующих курсах. Здесь приведены в основном отличи­тельные особенности устройств управления ПР.

Помимо приведенных признаков классификации (см. рис. 4.1) существуют признаки, отличающие устройства управления про­мышленными роботами от других, известных в настоящее время. Один из таких признаков — уровень управления (рис. 4.2).

I уровень (рис. 4.2, а). Каждую единицу технологического обо­рудования дополняют соответствующим промышленным роботом, выполняющим простые циклические операции — установку в обо­рудование заготовок, снятие деталей и т. д.

II уровень (рис. 4.2, б). Технологически объединенную группу оборудования оснащают стационарным или подвижным промышлен­ным роботом, который осуществляет установку и съем деталей, вы­полняя другие вспомогательные операции (измерение, контроль и т. д.); при этом поведение ПР определяется запросами от единицы оборудования и условиями выполнения программы обслуживания.



Рис. 4.2. Уровни управления промышлен­ными роботами: «— I; в — II: в — III

III уровень (рис. 4.2, в). Высокая степень автоматизации на ос­нове группового управления оборудованием и роботами от распре­деленной системы управления оборудованием или центральной ЭВМ, решающей также задачи диспетчеризации, управления скла­дом, транспортными средствами и т. д.

С некоторым приближением можно сказать, что I уровень — это управление отдельным роботом или простейшим роботизированным технологическим комплексом, II — управление роботизированным технологическим комплексом средней и высокой сложности, III — управление гибкой производственной системой.

Наконец, различные устройства управления могут классифи­цироваться по степени сложности решаемых задач. Эта классифика­ция в известной степени связана с методами обучения и дистанцион­ным управлением роботами (рис. 4.3). На рисунке представлены четыре уровня взаимодействия человека-оператора с устройством управления роботом: интеллектуальный, стратегический, тактиче­ский и исполнительный (штриховкой показано качественное соот­ношение объемов информации).

Все три приведенные классификации не только не противоре­чат друг другу, но в известной степени и дополняют.

Можно сказать, что первая классификация отражает элементно-конструктивную базу, структуру и внутренние связи в устройствах управления, вторая — степень сложности в зависимости от количе­ства единиц технологического и вспомогательного оборудования, третья — показывает уровень интеллектуальности устройств уп­равления. Заметим, что III и IV уровни относятся к адаптивным ро­ботам и роботам с искусственным интеллектом.

Стремление создать единую, всеобъемлющую классификацию устройств управления неизбежно приводит к неоправданному уве­личению ее сложности, что значительно затрудняет восприятие и понимание такой классификации, поэтому автор приводит три классификации, отличающиеся в методическом плане.

Существующие в настоящее время устройства управления промышленными роботами (кроме цикловых) относятся к классу си­стем числового программного управления (ЧПУ).

В зарубежной и отечественной литературе системы числового программного управления принято делить на следующие типы:

— NC (Numerical control) — числовое программное управление обработкой на станке по программе, заданной в алфавитно-цифро­вом коде. Эти устройства работают по «жесткой логике», программа вводится, как правило, на перфоленте или магнитной ленте;

— HNC (Hand NC) — разновидность устройств ЧПУ с ручным заданием программы с пульта управления (на клавишах, переклю­чателях и т. д.). В последнее время эти системы получили дальней­шее распространение и теперь выпускаются следующие их типы: TNC (Total NC) и VNC (Voice NC). Устройства типа TNC имеют в своем составе внешнюю память на гибких дисках (для хранения уп­равляющих программ) и дисплеи для организации общения опера­тора с устройством ЧПУ. В устройствах ЧПУ типа VNC управля­ющая программа вводится непосредственно с голоса. Принятая ин­формация затем отображается на дисплее, что обеспечивает визу­альный контроль правильности ввода;



Рис. 4.3. Уровни взаимодействия человека-оператора в устройствами управления



Рис. 4.4. Обобщенная структурная схема устройства управления промышлен­ным роботом:

I — управляющий модуль; II — информационный; III —исполни ельный; IV — программозадающий; -основные сигналы программного управления: -сигналы адаптив­ного управления

— SNC (Speicher NC) и (или) MNC (Memory NC) — разновид­ность устройств ЧПУ, имеющих память для хранения всей управ­ляющей программы;

— CNC (Computer NC) — автономное устройство ЧПУ, содер­жащее ЭВМ или процессор;

— DNC (Direct NC) — устройство для управления группой обо­рудования от ЭВМ, осуществляющее хранение программ и распре­деление их по запросам от локальных устройств управления обо­рудованием (на оборудовании могут быть установлены устройства типа NC, SNC, CNC). Устройства ЧПУ типа NC и HNC имеют по­стоянную структуру, а устройства типа SNC и CNC — переменную.

Несмотря на то, что эта классификация была создана для уст­ройств числового программного управления металлорежущими станками, сейчас она применяется и для устройств управления про­мышленными роботами.

Описывая устройства числового программного управления про­мышленными роботами, следует хотя бы кратко остановиться на их структурной (функциональной) схеме.

В ряде опубликованных статей, монографий и учебных пособий встречаются разнообразные структурные схемы устройств управ­ления роботами, но при внимательном рассмотрении оказывается, что между ними нет принципиальных различий. Как правило, они отличаются лишь степенью детализации модулей, связей и графиче­ской компоновкой.

На рис. 4.4 приведена обобщенная структурная схема устройст­ва управления промышленным роботом.

Далее мы переходим к рассмотрению устройств управления ПР различного типа.

4.2. Цикловые устройства управления

В большинстве случаев перемещения манипулятора промышлен­ного робота представляют собой определенную последовательность операций, направленных на выполнение заданной производствен­ной, технологической задачи. Конечную последовательность дви­жений рабочего органа манипулятора, после выполнения которой он занимает начальное положение, называют циклом, а устройства, обеспечивающие циклическую работу исполнительных, рабочих органов,— цикловыми.

Большое количество промышленных роботов предназначено для выполнения относительно простых операций, сводящихся к процес­су «взять — перенести — положить», и поэтому цикловые устрой­ства управления различного типа широко применяются в промыш­ленной робототехнике.

Работа цикловых устройств управления имеет дискретный ха­рактер. Рабочий цикл можно разбить на несколько интервалов — тактов, представляющих собой интервалы времени, в течение ко­торых выполняется определенное перемещение по ранее заданно­му закону. Цикловые устройства многотактны и имеют обычно жест­кую последовательность тактов. Применение в управляющей части специальных программных задающих устройств позволяет при не­обходимости изменять рабочий цикл, дает основание называть цикловые устройства устройствами программного управления. Цикловые устройства программного управления часто монтируют вме­сте с приводами и подчас трудно отделить собственно управляющую часть от исполнительной.



Рис. 4.5. Цикловые (программ­ные) устройства управления: а — штекерная панель; 6 — вращающийся барабан; в — линейные направляющие о конечными вклю­чателями

По виду используемой энергии в приводной части устройства циклового программного управления могут быть пневматические, гидравлические, электрические и комбинированные.

Основное назначение задающего программного устройства — обеспечить последовательность выполнения технологических опе­раций в соответствии с заданной программой, которая может перио­дически изменяться. В относительно простых случаях в качестве программного устройства используют штекерную панель (рис. 4.5, а). Рабочий цикл изменяют, переставляя штекеры. Таким образом, перекоммутируют линии связи между логическими элементами в соответствии с новым циклом. В более сложных случаях программное устройство может иметь вращающийся барабан (рис. 4.5, б) в виде кулачкового вала, воздействующего при вращении на командные элементы, или многоканальное золотниковое устройство. В качестве носителей программы могут использоваться также перфокарты или перфолента. Команды, заданные программным устройством, поступают на привод соответствующей координаты. Линейное пере­мещение рабочего органа определяется положением конечного вы­ключателя (рис. 4.5, в).

В большинстве случаев программные задающие устройства — это оригинальные узлы в цикловых устройствах программного уп­равления, хотя иногда их можно построить и на нормализованных элементах гидро- и пневмоаппаратуры.

4.3. Устройство управления УЦМ-663

В последние годы, по предложению нескольких организации принято обозначать тип устройства числового программного управ­ления соответствующим образом. Например, УЦМ-663 расшифровы­вается так: У — унифицированное; Ц — цикловое; М — модульное, б — шестикоординатное; 6 — в том числе управляющее всеми шестью координатами одновременно; 3 — цифра, поясняющая выход на привод циклового устройства. УЦМ-663 предназначено для управ­ления манипуляторами промышленных роботов с позиционирова­нием по упорам и соответствующим технологическим оборудова­нием.

Техническая характеристика УЦМ-663

Тип устройства цикловое

Число управляемых координат 6

Число одновременно управляемых координат 6

Число точек позиционирования:

по двум координатам 8

по четырем координатам 4

Число координат с режимом торможения 6

Число управляемых захватных устройств 6

Число выдаваемых технологических команд о возможностью подтверждения исполнения 12

Число одновременно выдаваемых технологических команд 2

Число воспринимаемых устройством внешних блокировочных сигналов

В том числе:

от манипулятора 12

от технологического оборудования 6

от ограждения манипулятора 1

от датчика давления гидропневмосети 1

Объем запоминающего устройства (количество единичных команд) 224

Количество программ, одновременно размещаемых в памяти

в пределах объема запоминающего устройства) 4

Число разветвлений в программе 8

Число условных обращений к подпрограммам 4

Число циклов в программе 2

Число повторений цикла 10

Число каналов управления золотниками манипулятора 28

Число каналов управления внешним оборудованием 12

Число каналов управления золотниками привода захватных устройств 4

Напряжение питания датчиков манипулятора и технологиче­ского оборудования, В 24±2

Питание устройства осуществляется от сети переменного тока: 38

напряжение, В 380±57

частота, Гц 50

Масса устройства, кг 113

Габаритные размеры устройства, мм:

высота 1221

ширина 480

глубина 475


При сохранении технических характеристик устройство До­пускает непрерывную работу в течение 16 ч.

Работает устройство УЦМ-663 по принципу синхронного авто­мата с жестким циклом управления. Состоит УЦМ-663 из следующих основных функциональных блоков (рис. 4.6), которые осущест­вляют:

— блок управления — обработку информации по заданной программе и выдачу управляющих воздействий на манипулятор и технологическое оборудование;

— запоминающее устройство — хранение требуемой програм­мы работы робота;

— встроенный пульт оператора — задание режимов работы устройства, выполнение операций включения — выключения питания, запуск в работу, а также ручное управление звеньями мани­пулятора;



Рис. 4.6 - Структурная схема устройства управления УЦМ-663

— выносной пульт ручного управления — ручное управление звеньями манипулятора в наладочном режиме;

— блок усилителей — выдачу управляющих команд необхо­димой мощности на золотники манипулятора и технологическое обо­рудование;

— блок питания — питание электронного оборудования, дат­чиков обратной связи манипулятора и технологического оборудо­вания;

— блок трансформаторов — включение и преобразование на­пряжения сети 380 В, подавление индустриальных помех, прони­кающих по каналу питания в устройство.

Основные режимы работы устройства УЦМ-663 следующие: «Ручной», «Наладка», «Кадр», «Команда», «Цикл», «Автомат», «За­дание программы».

В ручном режиме команды управления звеньями манипулятора задают с пульта оператора или с ручного пульта. При этом блок управления выдает управляющую информацию на блок усилителей, включающих требуемые комбинации золотников манипулятора. Отрабатываются команды по получении сигналов от соответствую­щих датчиков манипулятора.

В режиме «Наладка» команды на манипулятор задают с пультов оператора или ручного управления. В отличие от ручного режима, выдача команд управления звеньями манипулятора прекращается после отпускания соответствующих кнопок на пульте оператора и ручного управления.

В режиме «Команда» устройство отрабатывает текущую коман­ду кадра, хранящуюся в запоминающем устройстве. После отра­ботки команды устройство останавливается.

Таблица 4.1. Система команд устройства УЦМ-663

Команда	Обозначение на кнопках	7	6	5	4	3	2	1
Движение		0	Направле-ние дви-жения	Номер координаты			Номер точки
Схват 1 открыть	Схв. 1 Откр.	1	1	10	0	0	0	0
Схват 1 закрыть	Схв. 1 Закр.	1	1	0	0	1	1	1
Схват 2 открыть	Схв. 2 Откр.	1	1	0	1	0	0	0
Схват 2 закрыть	Схв. 2 Закр.	1	1	0	1	1	1	1
Внешнее оборудование 1	ВО 1	1	1	0	0	Номер техкоманды
Внешнее оборудование 2	ВО 2	1	1	0	1	Номер техкоманды
Выдержка времени	ВВ	1	0	1	Выдержка времени
Совместная обработка	СО	1	1	1	1	Число команд в кадре
Условный переход	УП	1	0	0	1	Номер внешнего условия
Конец программы	КП	1	0	0	0	0	Номер программы
Обращение к подпрограмме	ОПП	1	0	0	0	1	Номер подпрограммы
Конец подпрограммы	КПП	1	1	1	0	1	1	0
Начало цикла	НЦ	1	1	1	0	0	1	№СЧЦ
Конец цикла	КЦ	1	1	1	0	0	0	№ СЧЦ
Модификация	МОД	1	1	1	0	1	0	№ СЧЦ
Останов	ОСТ	1	1	1	0	1	1	1

В режиме «Кадр» отрабатывается один кадр программы, храня­щейся в запоминающем устройстве. После отработки кадра прог­раммы (т. е. отработки всех команд в кадре) устройство останавли­вается.



Рис. 4.7 – Вид пульта оператора УЦМ-663

В режиме «Цикл» однократно отрабаты­ваются все кадры программы.

В режиме «Автомат» многократно отра­батывается рабочий цикл робота.

В режиме «Задание программы» осуще­ствляются занесение в память команд про­граммы и контроль информации, записан­ной в памяти.

В устройстве используется кадр пере­менной длины, состоящий из одной или нескольких команд. Система команд при­ведена в табл. 4.1.



Рис. 4.8 – Вид пульта ручного управления УЦМ-663

Конструктивно устройство выполнено в виде напольного шкафа. Внутри шкафа раз­мещены блоки трансформаторов, вентилято­ров, питания и контейнер с платами блока управления, блока входных усилителей и запоминающего устройства. В верхней ча­сти шкафа расположен пульт оператора (рис. 4.7), предназначенный для набора программы работы устройства, ее контроля, индикации состояния устройства и ручного управления звеньями манипулятора.

Пульт ручного управления (рис. 4.8), предназначенный для уп­равления звеньями манипулятора в наладочном режиме, кон­структивно размещен в отдельном переносном корпусе и соединен со стойкой кабелем длиной 10 м.

Устройство УЦМ-663 выпускается серийно и является достаточ­но совершенным устройством этого класса.