ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПР

САНК-ПЕТРБУРГСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО

ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ, МАШИНОСТРОЕНИЯ И ТРАНСПОРТА

Кафедра "Автоматы"

Никитин А.В.

Часть 1. Мехатронные и робототехнические устройства

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

опорный конспект лекций для самостоятельной работы студентов

очной и заочной форм обучения направления 15.03.02, 15.03.04, 15.03.05 и др.

 

 

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018

 

СОДЕРЖАНИЕ                                                        стр

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ Виды промышленных роботов (ПР) Составные части ПР Управление исполнительным устройством ПР Основные характеристики ПР КЛАССИФИКАЦИЯ ПР ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПР Основные термины и определения относящиеся построения ПР Классификация конструкций ПР Унификация и стандартизация основных параметров и узлов ПР Классификация исполнительных модулей ПР признакам Основные технические параметры ПР и возможность их унификации Конструкция стыковых элементов и их присоединенные размеры. ПРИВОДЫ ПР Сравнительная оценка приводов. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ ПР Точность координатных систем. Принципы построения и выбора механических систем ПР ДЕТАЛИ И МЕХАНИЗМЫ ПР ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РТК СТРУКТУРА РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ В МЕХАНИЧ. ЦЕХАХ Типовые структуры РТК на участках станков с ЧПУ – ЭВМ Литература

 

 

ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

 

Робот (чеш. Robot) – термин (употребленный впервые К.Чапеком в 1920г.), которым обозначают машины с антропоморфным (человекоподобным) действием.

Промышленный робот – автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки.

 

Существуют следующие виды промышленных роботов (ПР):

1. Универсальный ПР – ПР для выполнения технологических операций различных видов и вспомогательных переходов при функционировании с различными группами технологического оборудования.

2. Специализированный ПР – ПР для выполнения технологических операций одного вида или точно вспомогательных переходов при функционировании с определенной группой технологического оборудования.

Примерами технологических операций одного вида являются операции сварки, окрашивания, сборки и т.д.

Определенной группой технологического оборудования является, например, группа станков с горизонтальной осью шпинделя.

3. Специальный ПР – ПР для выполнения определенных технологических операций или вспомогательных переходов при функционировании с конкретной моделью технологического оборудования.

 

ПР состоит из следующих составных частей:

1. Исполнительного устройства – устройства, выполняющего все его двигательные функции.

В состав исполнительного устройства ПР входят манипулятор и, в общем случае, устройство передвижения.

2. Устройства управления – устройство для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству в соответствии с управляющей программой.

Управляющая программа ПР – совокупность команд, определяющая заданное функционирование ПР и, в общем случае, его взаимодействие с обслуживаемым технологическим оборудованием.

3. Рабочего органа – составной части манипулятора ПР для непосредственного выполнения технологических операций или вспомогательных переходов. Примерами рабочего органа служат – сварочные клещи, окрасочный пистолет, сборный инструмент, захватное устройство.

 

Управление исполнительным устройством ПР может быть:

1. Программным – по заранее введенной управляющей программе.

2. Адаптивным – управление в функции от контролируемых параметров состояния внешней среды и работа с автоматическим изменением управляющей программы.

3. Контурным – управление, при котором движение его рабочего органа происходит по заданной траектории с установленным распределением в времени значений скорости.

4. Позиционным – управление, при котором движение его рабочего органа происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними.

Связанное управление несколькими ПР, осуществляемое путем координации их управляющих программ называется групповым управлением.

Программирование ПР (процесс составления, ввода и отладки управляющих программ ПР), при котором составление и ввод управляющей программы осуществляется оператором или при помощи предварительного движения рабочего органа с занесением в устройство управления значений параметров этого движения в виде управляющей программы.

 

Основными характеристиками ПР являются:

 

1. Номинальная грузоподъемность – наибольшее значение массы предмета производства или оснастки, при которой гарантируется их захватывание, удержание и обеспечение установленных значений эксплуатации характеристик ПР.

2. Рабочее пространство – пространство, в котором может находиться исполнительное устройство ПР при его функционировании.

3. Рабочая зона – пространство, в котором может находиться рабочий орган ПР при его функционировании.

4. Зона обслуживания – пространство, в котором рабочий орган (РО) выполняет свои функции в соответствии с назначением робота и установленного значения его характеристик.

5. Число степеней подвижности – число степеней свободы звеньев кинематической цепи манипулятора ПР относительно опорной системы (стойки, основания) и числа степеней свободы устройства передвижения.

Эта характеристика определяет возможности ПР выполнять сложные движения при работе.

Число степеней подвижности пространства механизма определяют по структурной формуле Малышева:

W = G_n – (5· p₅ + 4· p₄ + 3· p₃ + 2· p₂ + p₁),

где n – число подвижных звеньев механизмов

p₅, p₄, p₃, p₂, p₁ – число кинематических пар I – IV классов.

Число степеней подвижности для плоского механизма определяют по формуле Чебышева:

W = 3· n – 2· p₅ – p₄

Число степеней подвижности механизма определяет число его ведущих звеньев, т.е. число звеньев, которым необходимо задать движение, чтобы все остальные звенья двигались по вполне определенным законам.

В большинстве конструкций ПР применяются простейшие кинематические пары V класса – вращательные или поступательные, что обеспечивает одну степень подвижности для каждого звена, входящего в пару.

Пример:

2

       Определим число степеней подвижности манипулятора ПР «Юнимепт», состоящего из каретки 0 (стойка), трех подвижных звеньев (1, 2, 3) и трех кинематических пар V класса.

3

α

0

1

φ

х

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

W = G_n – 5· p₅ = 6·3 – 5·3 = 18 – 15 = 3

6. Скорости перемещения по степени подвижности.

7. и 8. Погрешности позиционирования и отработки траектории РО ПР – отклонение положения и траектории РО от заданных программой.

Примечание.

Условное обозначение кинематических пар ГОСТ 2.770-68.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ПР

По грузоподъемности

Сверхлегкие – роботы номинальной грузоподъемностью до 1 кг;

Легкие – роботы номинальной грузоподъемностью свыше 1 до 10 кг;

Средние – роботы номинальной грузоподъемностью свыше 10 до 200 кг;

Тяжелые – роботы номинальной грузоподъемностью свыше 200 до 1000 кг;

Сверхтяжелые - роботы номинальной грузоподъемностью свыше 1000 кг.

2. По числу степеней свободы.

Роботы с двумя степенями свободы;

Роботы с тремя степенями свободы;

Роботы с четырьмя степенями свободы;

Роботы со степенями свободы более четырех.

Малая подвижность (до 3-х степеней свободы) встречается в основном у специальных и, реже, у специализированных ПР. Средняя подвижность (до 6-ти степеней) характерна для специализированных и универсальных ПР. Редко применяются ПР с высокой подвижностью (свыше шести степеней), т.к. это приводит к усложнению работы и системы программирования.

3. По возможности передвижения ПР подразделяются на стационарные и подвижные.

4. По способу установки на рабочем месте ПР подразделяются на напольные, подвесные и встроенные.

5. По виду систем координат ПР подразделяются на группы указанные в таблице.

 

 

ГРУППА	Пример структурной кинематической схемы
Роботы, работающие в прямоугольной декартовой системе координат.
Роботы, работающие в цилиндрической системе координат.
Роботы, работающие в сферической системе координат.
Роботы, работающие в угловой системе координат.
Роботы, работающие в другой системе координат.

 

6. По виду привода ПР подразделяются на

Роботы с электрическим приводом;

Роботы с гидравлическим приводом;

Роботы с пневматическим приводом;

Роботы с комбинированным приводом.

 

Системы приводов существенно влияют на технологические возможности ПР. Наиболее распространенны пневмоприводы, для которых характерна простота и дешевизна. Грузоподъемность ПР с пневмоприводом обычно не превышает 10 кг. ПР с гидроприводом отличаются широкими техническими возможностями, имеют большую грузоподъемность но небольшую быстроходность. Электропривод удобен при эксплуатации, надежен, обладает большими технологическими возможностями, но пока ограничивает создание ПР с высокой грузоподъемностью (свыше 100 кг).

7. По виду управления. ПР подразделяют на группы и подгруппы, указанные в таблице.

Группа	Подгруппа
Роботы с ПУ	§ С цикловым управлением § С позиционным управлением, кроме циклового управления § С контурным управлением
Роботы с адаптивным управлением	§ С позиционным управлением § С контурным управлением

 

8. По способу программирования ПР подразделяют на

§ роботы, программируемые обучением;

§ роботы, программируемые аналитически.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОСТРОЕНИЯ ПР

 

При создании ПР имеют место два основных направления, связанные с попытками нахождения наиболее рационального метода их построения с точки зрения сокращения стоимости ПР и повышения их надежности. Одно из этих направление – создание универсальных машин, обладающих широкими возможностями, другое – создание специализированных машин более простых по конструкции.

Недостатком первого метода является относительно высокая стоимость ПР вследствие его сложности. При этом возможности ПР во многих случаях недоиспользуются. Второе направление приводит к увеличению номенклатуры ПР, что отрицательно сказывается на серийности их производства и, следовательно, на стоимости ПР.

Одним из путей, позволяющим избежать указанные недостатки, является построение ПР на агрегатно-модульной основе.

Агрегатно-модульный метод построение ПР это создание конструкций ПР на базе ограниченной группы нормализованных узлов.

Под модулем понимается унифицированный агрегатный узел, служащий единицей в конструкции ПР. Модули должны обеспечивать прочность и жесткость, взаимную стыковку в различных сочетаниях и положениях, простоту и надежность монтажа и, конечно, быть конструктивно законченными узлами.

Преимущества А-М ПР: возможность сборки специализированных ПР; сокращение времени создания ПР за счет использования отработанных конструкций; улучшение технического обслуживания и ремонта; возможность повторного использования модулей; удешевление производства ПР за счет серийного выпуска; сокращение сроков обучения обслуживающего персонала.

Недостатки: снижение жесткости конструкции; увеличение массы; ухудшение динамических характеристик и точности; снижение в ряде случаев технологических возможностей вследствие ограниченной номенклатуры модулей.