книги / Расчёт потребного количества технологического и транспортного обрудования в курсовом и дипломном проектах

с максимальной скоростью. Время разгона и торможения пнев­ мопривода весьма мало, в связи с чем для предотвращения уда­ ра в момент резкой остановки в их конструкции обязательно предусматриваются демпферы, которые могут быть как внут­ ренними (изменение направления подачи сжатого воздуха), так и наружными (переставляемые демпфирующие упоры).

Эксплуатационный недостаток пневмоприводов состоит

вих зависимости от давления воздуха в пневмосети, которое,

всвою очередь, может зависеть от того, сколько потребителей работает одновременно и возможностей рессивера.

Немаловажным достоинством пневмоприводов, кроме от­ меченных ранее, является их пожаробезопасность.

Гидравлические приводы применяют для ПР со средней и большой грузоподъемностью (от десятков до сотен килограм­ мов). Используют в основном два класса гидроприводов: дрос­ сельного управления и объемного управления, причем дрос­ сельное различается на управление с гидронасосом постоянной подачи и переменной подачи. Во всех случаях может происхо­ дить управление либо гидроцилиндром, либо гидромотором. Гидронасос постоянной подачи значительно дешевле, чем пере­ менной, однако энергетические характеристики его привода хуже из-за больших непроизводительных потерь, именно вслед­ ствие постоянного нагнетания насосом жидкости высокого дав­ ления даже при уменьшениях нужды потребителей (гидропри­ водов) в ней. Происходит обратный слив части жидкости и пре­ вращение части потенциальной энергии в тепловую, следова­ тельно, требуется охлаждение. Этих недостатков нет у привода дроссельного управления с гидронасосом переменной подачи.

Учитывая вышесказанное, гидроприводы дроссельного управления с гидронасосом постоянной подачи применяются в роботах меньшей грузоподъемности (десятки килограммов), а с гидронасосом переменной подачи - в основном для робо­ тов большой и сверхбольшой грузоподъемности (сотни кило­ граммов).

К перечисленным особенностям гидроприводов относятся сложности сопряжения гидросистем отдельных звеньев, воз­ можности протечек и, соответственно, возникающая травмо- и пожароопасность.

Электрические приводы. Как уже говорилось в начале раз­ дела, наиболее удобны в эксплуатации электрические приводы. Они регулируются в широких пределах, легко стабилизируются, имеют хорошие характеристики.

В исполнительном устройстве привода применяются раз­ личные типы электродвигателей.

Электродвигатели постоянного тока делятся на двигатели с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от посто­ янных магнитов. Электромагнитное возбуждение может быть независимым, последовательным или смешанным. В роботах требуется регулирование скорости вращения в широком диапа­ зоне, и производится оно по-разному. Наиболее перспективны в робототехнике двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. Они отличаются меньшей инерцион­ ностью и более высоким КПД. Также электродвигатели могут быть коллекторными и бесконтактными. Последние обладают большей надежностью ввиду отсутствия трущихся о коллек­ тор щеток.

Перспективно применение в робототехнике электродвига­ телей переменного тока асинхронных, двух- и трехфазных. Асинхронные двигатели переменного тока, особенно трехфаз­ ные, имеют меньшую массу и габаритные размеры по сравне­ нию с двигателями постоянного тока (при той же мощности) и обладают значительно большим ресурсом, однако до сих пор они редко применялись в робототехнике из-за трудностей по­ строения схем управления в широком диапазоне, особенно при малых мощностях.

В настоящее время этот барьер также преодолевается. Ино­ гда используются и синхронные двигатели переменного тока с регулированием скорости вращения путем изменения частоты питающего напряжения.

Кроме перечисленных, получили распространение И шаго­ вые электродвигатели, которые по принципу своего действия не требуют обратной связи. При периодических переключениях их обмоток магнитодвижущая сила статора поворачивается на определенный угол, в результате чего происходит и поворот ро­ тора движения на точно такой же угол, а всех элементов, приво­ димых им в движение, - на определенный шаг.

Системы циклового управления. Простейшими система­ ми управления промышленных роботов являются цикловые сис­ темы. Они, как правило, обеспечивают движение звеньев мани­ пулятора от упора до упора по каждой степени подвижности. Система осуществляет запрограммированную последователь­ ность движений, выдержки времени при остановках на упоре, выдачу технологических команд, открытие и закрытие схвата.

В цикловых системах роботы снабжаются быстродейст­ вующими пневматическими приводами. Управление ими осу­ ществляется либо с использованием электроники, релейно­ контактной аппаратуры, либо пневмоники (струйной техники). Последняя применяется преимущественно во взрывоопасных ситуациях, где нежелательна электрическая аппаратура, а также в высокотемпературных и других особых условиях, неблагопри­ ятно действующих на электронику.

Таким образом, система циклового управления является существенно дискретной с достаточно простой логикой функ­ ционирования. Поэтому она отличается сравнительно неболь­ шой емкостью программоносителя, простыми алгоритмами управления (реализация заданной циклограммы движения ма­ нипулятора), надежностью и небольшими габаритными разме­ рами и стоимостью.

Системы позиционного управления. Осуществление не только простейших элементов перемещения и взятия предметов, но и более сложных операций возможно при многоточечной по­ зиционной системе управления промышленного робота. Фик­ сирование в программе действий робота большого числа точек позволяет производить движение от точки к точке с малой дис­ кретностью. При этом применяются как замкнутые системы управления с датчиками обратной связи по положению, так и разомкнутые.

Автоматический режим действий робота по выполнению технологического процесса осуществляется в соответствии с ал­ горитмами, реализованными в программном обеспечении. Это относится к исполнению сигналов управления приводами и схватом манипулятора, к последовательности движений с оп­ ределенными скоростями, к достаточно точному позициониро­ ванию схвата в заданных положениях, синхронизации действий

робота с работой оборудования, обслуживаемого роботом в со­ ответствии с технологическими переходами, а также к сигнали­ зации аварийных ситуаций, автоматической смене схватов и ин­ струментов и другим технологическим командам.

Позиционная система управления робота может содержать библиотеку заранее подготовленных подпрограмм для отдель­ ных частей функционирования робота. Тогда упрощается и со­ кращается время обучения робота при переналадке его на вы­ полнение другого технологического процесса на том же участке. Кроме того, такие подпрограммы могут дополнительно подклю­ чаться для контрольных операций, сортировки изделий, обес­ печения работы участка при появлении отдельных неис­ правностей и др.

Особенности систем контурного управления. Для осуще­ ствления движения захватного устройства по непрерывной тра­ ектории необходимо обеспечить синхронную и согласованную отработку заданных траекторий всеми степенями подвижности манипулятора. Равномерное и непрерывное движение захватно­ го устройства или специального инструмента робота необходи­ мо, например, при автоматизации таких операций, как дуговая сварка, окраска, абразивная зачистка облоя, а также для слож­ ных сборочных операций.

Существует два основных способа построения устройств контурного управления роботами. Первый из них основан на за­ писи в память системы информации об изменении положения каждой степени подвижности во времени, т.е. в виде, готовом для отработки приводом непрерывной траектории. Второй спо­ соб заключается в записи конечного числа координат точек, принадлежащих желаемой траектории движения захватного устройства или рабочего инструмента робота, с последующей генерацией непрерывной траектории, соединяющей эти точки, путем выполнения интерполяции по заданному закону.

Если в первом случае в управляющем устройстве отсутст­ вуют вычислительные блоки, но требуется запоминающее уст­ ройство с огромным объемом памяти, то во втором - объем па­ мяти невелик, но в устройство управления приходится включать блок интерполяции.

Характерной особенностью ПР с контурной системой управления является, как правило, наличие следящего по поло­ жению привода в каждой степени подвижности манипулятора.

В некоторых электромеханических роботах с контурной сис­ темой управления, когда привод по каждой степени подвижности строится по принципу следящей системы, ставятся аналоговые датчики обратной связи (например потенциометр и тахогенератор). Вследствие этого приходится вводить в систему аналогоцифровые преобразователи. Значительно большая эффективность системы по быстродействию, точности и плавности движений манипулятора достигается при установке импульсных или кодо­ вых датчиков обратной связи. Тогда с управлением от ЭВМ полу­ чается чисто цифровая система управления приводами.

Следует заметить, системы контурного управления могут функционировать также и в режимах позиционного управления, что широко используется на практике.

Существуют системы управления ПР, совмещающие, на­ пример, контурные и позиционные системы, которые позволяют включить робот в состав гибкого производственного модуля.

Система адаптивного управления роботами многократно сложнее в исполнении по сравнению со всеми предыдущими системами. По сути она означает способность ПР к самоперенастройке, адекватной изменившимся внешним условиям. Это уже напоминает реакцию живого организма на внешние изменения. Использование адаптивных ПР при внешней привлекательности имеет два весьма существенных недостатка, а именно: самую высокую из перечисленных стоимость и самое большое число отказов на единицу использования. Считается, что стоимость ПР с цикловым, позиционным, контурным и адаптивным управ­ лением соотносится как 1:10:100:1000.

Захватные устройства (ЗУ) предназначены для удержания в определенном положении и перемещения изделий, в данном случае пластмассовых, при манипулировании. Из этого опреде­ ления следует, что конструкция ЗУ, способ приведения его в действие, параметры удержания изделия определяются конфи­ гурацией изделия, свойствами материала и особенностями тех­ нологического процесса производства. Таким образом, ЗУ по сути являются разновидностью оснастки и подобно формам для

Усилие прижатия Рподной присоски

где Aq - создаваемое разряжение, МПа; d - диаметр присоски, м. Сила трения, создаваемая одной присоской,

Обычно число присосок на ЗУ определяется конструктивно с учетом формы изделия и бывает не меньше двух, а может со­ ставлять 4, 6 и более. Приведенный расчет в этом случае выпол­ няется в качестве проверочного.

Вакуумные ЗУ практически не повреждают изделия, не ос­ тавляют на них рисок, углублений и т.п. Они позволяют извле­ кать изделия из формы при более высокой температуре, т.е. со­ кращать длительность рабочего цикла. Недостатки вакуумного ЗУ: медленное срабатывание, так как создание вакуума требует времени, невысокая точность позиционирования изделия отно­ сительно ЗУ и необходимость использования в одном ЗУ не­ скольких присосок, что увеличивает габариты схвата.

Из всех промышленных роботов, применяемых в перера­ ботке пластмасс, 65 % используют вакуумные (пневматические) захватные устройства.

Механические ЗУ (на их долю приходится около 30 % всех схватов) удерживают изделие также за счет силы трения, но создаваемой усилием сжатия губок схвата. Кинематика механи­ ческих ЗУ весьма разнообразна и приспособлена к взаимодейст­

вию с цилиндрическими, плоскими, полыми и прочими изде­ лиями. В табл. 14.1 приведены схемы схватов, так сказать, «на все случаи жизни». Эта таблица с иллюстрациями полезна еще тем, что содержит уравнения для расчета условного усилия Р, необходимого для оценки работоспособности ЗУ

Таблица 14.1

Кинематические схемы ЗУ и значения