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 4.4. Устройство управления ИЭС-690 4.5. Устройство числового программного управления УПМ-772 4.6. Устройство числового программного управлення УКМ-772

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.

4.4. Устройство управления ИЭС-690

Устройство управления ИЭС-690 — первое в СССР устройство для сварочного робота (1975 г.). Оно относится к типу универсаль­ных разомкнутых устройств, имеет выход на шаговые двигатели ШД-5Д1, обладает широкими возможностями и достаточно простое.

Рассмотрение этого устройства позволит читателю уяснить принцип работы всех устройств управления с записью программы на магнитной ленте.

Структурная схема ИЭС-690 по одной из координат представлена на рис. 4.9.



Рис. 4.9. Структурная схема устрой­ства управления ИЭС-690 по одной из координат

В режиме автоматической работы управляющие импуль­сы поступают непосредственно от запоминающего устройства ЗУ на шаговый привод ШП, переме­щающий исполнительный ор­ган ИО. Значение перемещения, определяемое количеством импульсов, и скорость движения, зависящая от частоты их следова­ния, полностью заданы расположением импульсов на магнитной ленте. Это устройство пригодно для позиционного способа управ­ления, позиционного с регламентацией скорости и для контурного. Различие заключается лишь в процессе обучения.

Чтобы обучить промышленный робот позиционному движению, достаточно подавать управляющие импульсы от генератора импуль­сов ГИ с помощью ключа на ШП и ЗУ одновременно. Недостатком та­кого способа является сложность ручного управления роботом при обучении и то, что все ошибки, совершаемые при обучении, повто­ряются в каждом рабочем цикле. Поэтому обучение приходится вы­полнять в очень замедленном темпе, и все же одновременное дви­жение по всем координатам программировать трудно.

Задать требуемый закон изменения скорости в принципе можно, применив ручное пропорциональное управление частотой генератора импульсов. Однако точно выдержать желаемый закон движения практически невозможно. Выйти из положения удается, если ввести специальное устройство обучения УО, состоящее из промежуточ­ной памяти небольшой емкости и управляемого генератора импуль­сов с задающими блоками. При обучении импульсы от генератора ГИ, управляемого вручную, подают на шаговый привод ШП, кото­рый перемещает исполнительный орган ИО, и одновременно — на реверсивный счетчик РСч, где они алгебраически суммируются. За­метим, что информация о скорости движения при этом теряется, так как кодовое число, образующееся в реверсивном счетчике, говорит лишь о значении перемещения. После выхода в заданную позицию это число следует перевести в ЗУ, но в унитарном коде, введя добавочно информацию о желаемом законе изменения скоро­сти. Для этого после отключения шагового привода переключателем 5 по команде «Запись» включают лентопротяжный механизм ЗУ и блок формирования сигнала скорости БФС. Последний выдает тре­буемый сигнал на вход множительного устройства « х», в то время как на его втором входе установлен уровень, пропорциональный перемещению, который получен в цифровом аналоговом преобразо­вателе ЦАП преобразованием кодового числа от РСч. Выходной сиг­нал перемножителя задает искомое изменение частоты следования импульсов генератора ГИ. Теперь импульсы от генератора ГИ по­ступают в ЗУ на запись и в РСч на вычитание. Опустошение счет­чика РСч послужит сигналом остановки генератора ГИ и лентопро­тяжного механизма, после чего устройство готово к программиро­ванию следующей позиции.

Оператор может перемещать рабочий орган по каждой из коор­динат раздельно и в любом порядке. Перезапись из реверсивных счетчиков в основное ЗУ произойдет одновременно, и при воспроиз­ведении перемещения робота произойдут одновременно по всем ко­ординатам по закону, заложенному в БФС.



Рис. 4.10. Конструктивное исполнение ИЭС-690

Блоки УО используются только при обучении. Их случайный выход из строя никак не отразится на надежности работы робота в его основном автоматическом режиме. Более того, УО целесообразно не вводить в конструкцию робота, а выполнять автономным и подключать к устройству управления лишь на время обучения. Это значительно упростит и удешевит электронную часть промышлен­ного робота без снижения качества его работы. Автономное же УО способно обслужить большую группу роботов.

Конструктивно ИЭС-690 оформлено в консольном шкафу (рис. 4.10), устанавливаемом на общем основании робота. Устрой­ство состоит из пяти блоков: запоминающего устройства 1\ блока управления 5; блока усилителей мощности 2; блока стабилизиро­ванного питания 4 и панели управления 6. Предусмотрены штеп­сельные разъемы 3 для подключения выносного пульта управле­ния, дублирующего органы управления роботом, устройства обу­чения и связи с аппаратурой управления клещами.

Все органы управления, за исключением кнопки предваритель­ного включения сети, находящейся на дверце распределительного шкафа, сосредоточены на панели управления, размещенной в верх­ней части шкафа управления под откидывающейся крышкой. Для вспомогательных операций с лентопротяжным механизмом преду­смотрена панель управления ЗУ.

Устройство управления позволяет осуществить автоматическое и ручное управление, обучение при замедленном движении и программирование с помощью устройства обучения. ИЭС-690 обеспе­чивает одновременное движение рабочего органа ПР по пяти коор­динатам и выдачу технологической команды на включение свароч­ных клещей.

Запоминающее устройство (рис. 4.11) выполнено на базе серийно выпускавшегося магнитного считывающего устройства УСМ-1.



Рис. 4.11. Запоминающее устройство ИЭС-690



Рис. 4.12. Схема лентопротяжного ме­ханизма запоминающего устройства ИЭС-690

Устройство УСМ-1 предназначено для воспроизведения програм­мы, записанной на магнитную ленту в виде однополярных импуль­сов, и широко применялось в системах числового программного управления станками. Носитель информации в устройстве — маг­нитная лента шириной 35 мм.

Предусмотрена работа устройства в трех режимах: воспроизве­дение программы, обратная перемотка магнитной ленты, ускорен­ная перемотка магнитной ленты вперед. Номинальная рабочая ско­рость движения ленты при воспроизведении равна 0,2 м/с, скорость обратной и ускоренной перемотки ленты вперед — 5,6 м/с, что при емкости бобины 1000 м позволяет осуществить полную перемотку в течение 3 мин.

Конструктивно устройство выполнено в виде двух блоков: уни­фицированного лентопротяжного механизма и комбинированного блока.

Лентопротяжный механизм (рис. 4.12) необходим для переме­щения магнитной ленты. Все узлы механизма смонтированы на го­ризонтальной плите. На верхней стороне плиты размещены: съем­ные бобины 1 для магнитной ленты; направляющие ролики 6; обрезиненный прижимной ролик 7; рычаг 2 прижима магнитной ленты к головке и отвода ее при перемотке; магнитная головка 9 в пермаллоевом экране; стирающая магнитная головка 10 и фотодатчик, закрытый кожухом, состоящий из фотодиода 4, осветительной лам­почки 3 и зеркала 8. На нижней стороне плиты смонтированы элек­тродвигатели, узел ведущего вала 5 с маховиком, электромагниты с рычажной системой и каркас, в котором размещены вспомога­тельные элементы устройства и комбинированный блок.


4.5. Устройство числового программного управления УПМ-772

Обозначение устройства числового программного управления УПМ-772 расшифровывается так: У — универсальное; П — пози­ционное; М — модульное; 7 — предназначенное для управления 7-координатным манипулятором; 7 — в том числе всеми семью координатами одновременно; 2 — о выходом на замкнутую систему привода с двигателями постоянного тока. Если в конце поставлена цифра 1, это значит, что устройство предназначено для управления разомкнутым шаговым приводом, например, с двигателями ШД-5Д1. Если вторая буква будет «К», например УКМ-772, это значит, что данное устройство контурного типа.

Устройство числового программного управления УПМ-772 пред­назначено для управления манипулятором ПР при автоматизации различных технологических процессов производства, которые тре­буют позиционного управления. Основная область применения уст­ройств такого типа — управление манипуляторами ПР-35 и «Уни­версал-15» при автоматизации транспортных и вспомогательных, " загрузочно-разгрузочных операций, связанных с обслуживанием группы металлорежущих станков (до четырех), прессов, штам­пов, установок для контактной точечной сварки и др.

Устройство УПМ-772 позиционное, с отсчетом в абсолютных ве­личинах, имеющее 15 двоичных разрядов; программоноситель - кассетный накопитель на магнитной ленте с объемом хранимой ин-'' формации примерно 600 тыс. бит (до 3000 кадров).

Устройство УПМ-772 предназначено для программирования ме­тодом обучения; выбор требуемой программы можно осуществить по сигналу от объекта или с пульта управления. На пульте управле­ния предусмотрены цифровая индикация номера зоны и кадра и сиг­нализация служебной информации.

Обмен технологической информацией с манипулятором и внеш­ним оборудованием осуществляется: выдачей команд по 19 каналам (15 команд с четырьмя сопровождающими признаками объектов); приемом ответных технологических сигналов — по 15 каналам; приемом сигналов условий выполнения программы — по 32 кана­лам; приемом запросов выбора программы от объекта управления — но 4 каналам.

Устройство рассчитано на следящий привод (цифра 2 в конце обозначения); выходной сигнал на привод представляет собой сиг­нал постоянного напряжения +10...—10 В при токе нагрузки 5 мА. Для организации обратной связи от манипулятора можно ис­пользовать 15-разрядные кодовые датчики ДПК-1М или ФЭП-15. В некоторых вариантах устройств в качестве датчиков обратной связи используют двухсчетные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы СК.ТД-6465Д Элементно-конструктивная база уст­ройства — интегральные микросхемы серии К-155; габаритные раз­' меры шкафа 470 х 650 х 1700 мм.

Устройство числового программного управления построено по принципу синхронного микропрограммного автомата управления в конечным числом состояний и жестким циклом управления. Оно содержит (рис. 4.13): кассетный накопитель на магнитной ленте (КНМЛ), блок управления кассетного накопителя; блок разметки магнитной ленты; полупроводниковое оперативное запоминающее устройство; блок ввода-вывода технологической информации; пульт управления; пульт обучения; операционно-логический блок; микропрограммный автомат управления; блок синхронизации; измери­тельную схему; блок управления приводом. Устройство оперирует с информационными словами в 1 байт.



Рис. 4.13. Упрощенная структурная схема устройства управления УПМ-772

Кассетный накопитель на магнитной ленте — основной про­граммоноситель. Совместно со своим блоком управления он осущест­вляет прием, хранение и выдачу программы по запросу из микро­программного автомата. На магнитной ленте по зонам могут быть записаны одна или несколько программ: если для размещения про­граммы объема одной зоны недостаточно, программу записывают поочередно в нескольких зонах с обеспечением связи частей програм­мы с помощью команд условного или безусловного переходов. Для обеспечения надежных записи и считывания информации предва­рительно с помощью блока разметки проверяется качество ленты и «разметка» ее на зоны, т. е. расстановка маркеров зон на участках ленты, пригодных для хранения информации. Эту операцию про­водят один раз с каждой новой лентой, после чего блок разметки от­ключается и не участвует далее в работе устройства.

Полупроводниковое запоминающее устройство предназначено для оперативного хранения рабочей программы, размещаемой в од­ной зоне и используемой непосредственно для автоматического уп­равления или для записи программы на магнитную ленту в режиме обучения. Информационная связь полупроводникового запомина­ющего устройства, построенного на интегральных микросхемах, с другими блоками осуществляется по шинам А (чтение) и С (запись). Управляющие сигналы формируются в микропрограммном автома­те; адресная информация поступает из счетчика адресов памяти операционно-логического блока.

Операционно-логический блок совместно с микропрограммным автоматом управления является по существу управляющим вычис­лительным устройством, обеспечивающим взаимодействие всех функ­циональных блоков и выполняющим функции центрального управ­ления и логической обработки информации. В состав операционно-логического блока входят следующие основные функциональные узлы: узел памяти; операционные регистры; арифметико-логический узел; счетчик адресов памяти; узел индикации.

Микропрограммный автомат управления физически реализует алгоритм работы манипулятора и формирует команды управления для блоков устройств. Автомат работает по жестким, «машинным» циклам-состояниям; для хранения текущего состояния использу­ется рабочий регистр состояния, новое состояние подготавливается в буферном регистре. Регистры состояний контролируются узлом контроля и снабжены узлом индикации.

Блок синхронизации формирует временные сигналы управле­ния, необходимые для синхронизации работы блоков устройства, а также для формирования опорных напряжений питания датчи­ков (/ = 400 Гц), измерения временных интервалов (/ = 100 кГц) и т. п. Состоит блок из задающего кварцевого генератора частотой б МГц, делителя частоты, узлов формирования синхроимпульсов и сигналов проверки работы устройства в режиме «Проверка».

Измерительная схема, используемая в устройстве,— двухотсчетная с применением датчиков обратной связи. Схема состоит из блока питания датчиков, формирователей фаз датчиков, преобразо­вателей фазы в цифру. Блок питания датчиков обеспечивает форми­рование и выдачу синусоидального напряжения амплитудой 18 В и частотой 400 Гц. В качестве входного сигнала используется «кван­тованное» напряжение частотой 400 Гц из блока синхронизации. Формирователи фаз устанавливаются непосредственно вблизи дат­чиков на манипуляторе и формируют сигналы обратной связи.

Блок ввода-вывода технологической информации предназначен для выдачи на исполнение технологических и вспомогательных команд, приема ответных сигналов, запросов на выбор программы и условий ее выполнения от объектов управления и манипулятора.

С пульта управления можно задать режимы работы устройства, набрать технологические команды, значения временных выдержек, откорректировать некоторые виды работ, задать цифровую инди­кацию зоны и кадра, получить световую сигнализацию состояния устройства и т. д. Пульт обеспечивает работу устройства в одном из следующих режимов: «Программа» — автоматическая обработка программы в цикле или по кадрам; «Поиск кадра» — нахождение требуемого кадра программы в данной зоне; «Ручное управление» — управление движением манипулятора от органов ручного управ­ления пульта; «Обучение» —- ручное управление манипулятором с последующей записью набранного на переключателях кадра про­граммы в полупроводниковое запоминающее устройство, а затем перепись массива информации на магнитную ленту; «Разметка ленты» — контроль качества магнитной ленты и расстановка сиг­налов зон на рабочих участках ленты.

Пульт обучения (см. п. 4.7) предназначен для управления пере­мещением манипулятора в режиме «Обучение». Это выносной при­бор, содержащий кнопки управления движением манипулятора и технологических команд.


4.6. Устройство числового программного управлення УКМ-772

Устройство числового программного управления (УЧПУ) УКМ-772 предназначено для управления манипулятором и сварочным оборудованием при автоматизации технологического процесса ду­говой сварки в различных отраслях промышленности; может быть использовано для автоматизации окрасочных работ. Это устройство весьма совершенно, серийно выпускается с 1982 г., может успешно конкурировать с аналогичными зарубежными образцами.

Устройство управления УКМ-772 — контурное, с системой от­счета в абсолютных размерах, имеет 15 двоичных разрядов и зна­ковый разряд для обработки информации, с линейной интерполя­цией. Метод программирования —- обучение; программоноситель — кассета МК-60 с магнитной лентой по ГОСТ 20492—87.

УКМ-772 обеспечивает:

1) управление, в том числе одновременное, семью следящими электрогидравлическими приводами координатных перемещений;

2) выдачу на привод управляющего сигнала постоянного на­пряжения (+10 ± 0,5) ... (—10 ± 0,5) В при токе нагрузки не бо­лее 5 мА;

3) выдачу ряда рабочих скоростей 2,8...31,5 мм/с с коэффици­ентом ряда 1,12;

4) точность поддержания контурной скорости ±5 %;

5) выдачу на оборудование шести восьмиразрядных групп тех­нологических команд в виде сигналов постоянного тока не более 0,1 А напряжением ±24 В;

6) прием ответов о выполнении технологических команд в виде сигналов постоянного тока не более 0,03 А напряжением ±24 В;

7) прием сигналов от оборудования на выбор одной из четырех программ управления в виде сигналов постоянного тока не более 0,03 А напряжением ±24 В;

8) задание десяти режимов работы;

9) формирование выдержек времени с точностью ±5 % в диа­пазоне 0...9,9 с дискретностью 0,1 с;

10) алфавитно-цифровую и знаковую информацию о режимах работы, номерах программы, номерах кадров и данных, характе­ризующих работу комплекса «манипулятора — УЧПУ;

11) дискретную световую индикацию работы и сбоя устройства. Смонтировано УЧПУ УКМ-772 в отдельном шкафу размерами 620 X 725 X 1665 мм (рис. 4.14).

В состав устройства входят (рис. 4.15): микроЭВМ «Электроника-60 М», кассетный накопитель КНМЛ «Искра 005-33»; пульт опера­тора; пульт обучения (выносной); блок логический; аппаратура электропитания и вентиляции. УКМ-722 построено на базе мик­роЭВМ, задача которой — обработать информацию, принятую с пульта оператора или кассетного накопителя, выдать сигналы уп­равления на следящие приводы манипулятора и в шкаф электро­автоматики оборудования в режиме обработки программы.



Рис. 4.14. Устройство управле­ния УКМ-772

Математическое обеспечение УКМ-772 вво­дится с помощью перфоленты.

Управляющие программы форми­руют в режиме «Обучение» по кадрам, текущую технологическую и вспомо­гательную информацию кадра задают на переключателях пульта обучения (подробнее процесс обучения и описа­ние пульта обучения см. в п. 4.7).

По окончании перемещения испол­нительного органа информация о зна­чении координат точек считывается с датчиков обратной связи (ДОС) и за­носится в оперативное запоминающее устройство. Распределение сформиро­ванной информации и управление ее перезаписью в кассетный накопитель осуществляет микроЭВМ.

При отработке управляющей про­граммы информация о траектории дви­жения, скоростях исполнительных органов манипуляторов, подготови­тельных и технологических функци­ях, представляющая собой последова­тельность кадров, считывается с лен­ты кассетного накопителя, с помощью микроЭВМ обрабатывается в блоке логики и передается на исполнительные органы манипулятора и оборудование. Обмен информацией между центральным процессором, периферийными узлами устрой­ства и внешними объектами осуществляется через канал ЭВМ и внутреннюю магистраль устройства. Последние связаны между собой шинным согласователем и адаптером, который согласует со­ответствующие шины, дешифрует адреса периферийных узлов, трансформирует передаваемую информацию и формирует сигналы прерывания работы центрального процессора.



Рис. 4.15. Структур­ная схема устройства управления УКМ-772

Связь внутренней магистрали с пультом оператор*, аудитов обучения и датчиками обратной связи осуществляется через соот­ветствующие интерфейсные платы. Передача информации на при­вод происходит через цифроаналоговый преобразователь, где циф­ровая информация от центрального процессора преобразуется в уп­равляющее напряжение. Гальваническая развязка и согласование по уровням сигналов устройства и внешних объектов обеспечивают­ся модулями ввода и вывода.

Устройство УКМ-772 обеспечивает работу в следующих режи­мах: «Разметка МЛ» — автоматическая разметка магнитной ленты на зоны определенной длины; «Вывод» — вывод информации из оперативного запоминающего устройства на магнитную ленту; «Ввод» — ввод информации с магнитной ленты в оперативное запоминающее устройство; «Выбор программы» — задание с пульта оператора номера программы для обучения или отра­ботки; «Обучение» — управление с пульта обучения перемещением исполнительных органов и задание на нем технологической информации с записью точек траектории перемещения и заданной технологической информации в оперативное запоминающее устройство; «Автоматическая работа» — многократная автома­тическая отработка программ; «Автоматическая работа однократ­ная» _ однократная отработка программ; «Покадровая отработ­ка» — отработка программы последовательно по кадрам с останов­кой после отработки каждого кадра программы; «Поиск кадра» — задание номера кадра с пульта оператора с выводом содержания кадра на индикационное табло пульта оператора; «Контроль» — тестовое диагностирование устройства.

На пульте оператора имеются специальное индикационное таб­ло и большое количество кнопок (переключателей) с хорошо отра­ботанными символами, что позволяет осуществить диалог «чело­век _ робот» на высоком уровне. На табло выводятся такие, например, тексты, как «Ошибка», «Нет», «Про», «НА», «МЛ», «Нару­шено ОЗУ», «Разметка МЛ», «Разметка Зона», «Поиск М Ошибка», «Мало своб. Зон» и др. На пульте оператора установлены переклю­чатели с достаточно понятными символами. Все это обеспечивает хорошие эксплуатационные показатели устройства УКМ-772.

В конце 80-х годов были созданы несколько устройств управ­ления промышленными роботами, построенных по иерархическому принципу с языками управления более высокого уровня. К ним от­носятся устройства управления «Сфера-36», «Прогресс 1-8» и др.