ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

 

Промышленный робот как машина состоит из двух основных частей: механической части - манипулятора и системы управления, соединенных кабелями связи [2].

 

Все промышленные роботы можно разделить на три типа: универсальные, предназначенные для выполнения различных операций, специализированные, предназначенные для определенной технологической операции и специальные,

 

предназначенные для конкретного технологического процесса и конкретного основного оборудования.

 

Промышленные роботы могут выполнять как основные, так и вспомогательные технологические операции. Системы, автоматизированные с помощью роботов, называются роботизированными. Системы, в которых роботы выполняют основные операции, называются робототехническими.

 

Основными эксплуатационными характеристиками роботов являются:

 

- тип привода,

 

- грузоподъемность,

 

- количество манипуляторов,

 

- тип и параметры рабочей зоны,

 

- подвижность и тип размещения робота,

 

- тип системы автоматического управления,

 

- быстродействие,

 

- точность позиционирования,

 

- степень подвижности звеньев манипулятора.

 

Основными технологическими параметрами, определяющими возможность применения данной модели робота для конкретной технологической операции, являются быстродействие и точность позиционирования. Эти параметры связаны и характеризуют динамические свойства роботов.

 

38

Точность позиционирования характеризуется результирующей погрешностью выхода схвата робота в заданную точку при позиционной или цикловой системе управления или погрешностью отработки заданной траектории при контурной системе управления.

 

Связанные между собой параметры быстродействие и точность позиционирования определяются типом привода, структурой манипулятора и его жесткостью и качеством системы управления. Для цикловых роботов точность позиционирования в основном определяется качеством манипулятора, а для программируемых - качеством системы управления.

 

Программные роботы - роботы второго поколения, могут управляться либо системой позиционного, либо системой контурного управления.

 

Точность позиционирования для системы позиционного управления представляет собой поле рассеяния положения центра схвата робота при его многократном выходе на заданную позицию. Измерение положения центра схвата производится относительно точки отсчета, расположенной вне манипулятора.

 

С увеличением скорости перемещения и массы переносимого груза точность позиционирования снижается и поле рассеяния положения центра схвата возрастает.

По известным данным точности позиционирования в зависимости от быстродействия (скорости перемещения) к грузоподъемности можно судить о степени пригодности данной конструкции системы управления промышленного робота для использования в технологическом процессе.

 

Определение погрешности позиционирования промышленных роботов производится методом экспериментальных исследований натурной конструкции промышленных роботов с применением методов математической статистики.

 

При статистическом исследовании какой-либо закономерномерности или явления необходимо определить необходимое количество наблюдений, которые с заданной точностью полностью описывали бы объект исследований.

 

39

Группа измерений для наблюдений, объединенных каким-либо свойством качественного или количественного характера и имеющих одинаковую принадлежность к объекту, составляет генеральную совокупность статистики. Выборкой называется часть членов совокупности,отобранных для получениясведений о всей совокупности.

 

Число членов выборки представляет ее объем, который определяется из условия достаточной точности описания генеральной совокупности.

 

Составляя выборку из генеральной совокупности и вычисляя ее статистические характеристики C,s, можно сделать вывод, что они будут близки к соответствующим характеристикам C₀,s₀ генеральной совокупности тем точнее, чем больше будет объем выборки.

 

Объем выборки nmin можно	определить на основе распределения
Стьюдента и достаточной точности равенства s и s0:
	æ	m ö		2
nmin	= nç		÷	,

è m^' ø

 

где n - число экспериментов для проверки однородности экспериментов;

 

m -средняя ошибка среднего значения эксперимента для проверкиоднородности;

 

m ¢ -средняя ошибка среднего значения,исходя из необходимой точностиэксперимента.

m = ^s_n ,

 

s - среднее квадратичное отношение эксперимента, т.е., разброс показаний относительно среднего значения.

 

m¢ = ^x₁₀₀^×ta ,

 

 

x - среднее арифметическая величина результатов эксперимента ;

 

t_a - коэффициент Стьюдента в зависимости от a - величины допустимой ошибки эксперимента.

 

40

n

å^xi

s =	t=1	,
	n

 

где    X_i - текущее значение результата эксперимента.

 

n

å(x_i - x)²

s =	t=1		,
		n -1

 

Величина показателя точности r в эксперименте;

 

r = ^m_x 100 % .

 

 

Чем меньше показатель точности, тем надежнее результаты эксперимента. Для экспериментальных исследований принято считать достаточной надежность эксперимента при показателе точности не превышающем r¢ = 5%.

 

При r¢ = 5% - a = 0,95; т.е. a = (1- r/ 100); каждому значению a соответствует коэффициент Стьюдента (см. табл. 5.1).

 

								Таблица 5.1
a	ta		a		ta	a		ta
0,901	1,65		0,940		1,88	0,965		2,11
0,911	1,70		0,950		1,96	0,970		2,17
0,920	1,75		0,955		2,00	0,980		2,33
0,930	1,81		0,960		2,0	0,990		2,58
Рассчитанное по		формуле		число эксперимента nmin			обеспечивает

 

установленные показатели точности.

 

5.1. Цель работы

 

Определение погрешности позиционирования промышленного робота с программным управлением в зависимости от быстродействия и грузоподъемности.

 

 

5.2. Задачи, решаемые при выполнении работы

 

1. Изучить методику определения точности позиционирования;

 

 

41

2. определить количество необходимых измерений для проведения экспериментов;

 

3. определить экспериментальным путем погрешность позиционирования в зависимости от быстродействия робота;

 

4. определить экспериментальным путем погрешность позиционирования в зависимости от грузоподъемности робота.

 

 

5.3.Порядок выполнения работы

 

В качестве объекта исследования используется промышленный робот с программным управлением. В памяти робота находится "кольцевая" программа для повторяющегося выхода в одну заданную точку рабочей зоны. В момент выхода в эту точку осуществляется выдержка времени 15 с для гашения вибраций

 

и снятия показаний измерительных приборов.

 

Установленные задачи решаются экспериментальным путем при построении графиков измерения координат средних величин и результатов экспериментов по определению погрешности позиционирования в зависимости от скорости перемещения (быстродействия) и веса переносимого груза (грузоподъемности).

 

Величина систематической погрешности позиционирования представляет собой расстояние от заданной точки траектории до средней величины результатов экспериментов при одинаковых исходных условиях.

 

Для проведения экспериментов используется индикаторная головка с ценой деления либо 0,01, либо 0,001 мм, установленная в подпружиненный схват робота, и упор, задающий собой точку траектории. В работе определяется погрешность позиционирования по одной оси робота. Для нагружения робота используются тарированные грузы.

 

Для решения поставленных задач необходимо выполнить следующее:

 

а) изучить устройство и принцип управления промышленного робота;

 

б) установить в захват робота индикаторную головку (вec головки указан на ее

 

торце);

 

в) выпустить промышленный робот и вывести его на режим повторения по

 

указанной преподавателем программе;

 

42

г) установить величину коррекции скорости - 3;

 

д) при выполнении последнего движения робота по выходу в заданную точку траекторий определить по индикаторам пульта обучения номер заданной скорости

 

в кадре программы и ее абсолютную величину (см. инструкцию по эксплуатации другой модели робота); е) при первом проходе робота в заданную точку траектории и выдержке в этой

 

точке времени, остановить робот нажатием кнопки "Стоп программа" на пульте оператора, перевести переключатель "Работа робота" в режим работы обслуживающего персонала, установить индикатор головки на ноль; ж) провести серию из 10 экспериментов и определить необходимое число экспериментов по заданной преподавателем точности, результаты занести в табл.5.2;

 

з) перевести робот в "Авторежим" в запустить программу, установить величину коррекции скорости - последовательно 3, 5, 7 и произвести измерения в заданной точке траектории отклонения положения робота от заданного; количество экспериментов для каждого значения определено в предыдущем пункте; занести полученные результаты в табл. 5.3; и) остановить робот кнопкой "Стоп программа" на пульте обучения или пульте

 

оператора, перевести робот в режим ручного управления установить во второй схват первый груз (вес груза указан на торце), повторить пункт "3" методического указания для данного веса в схвате робота, результаты измерений занести в табл.5.3;

 

к) повторить пункт "4" методического указания установив во второй схват второй груз, остановить и выключить робот;

л) рассчитать для каждого из условий эксперимента х и s, занести в табл.5.3;

 

м) построить графики зависимости w = f (p) и w = f (V), для этого для каждого из графиков отложить соответствующие значения х и s, для всех условий проведенных экспериментов (рис. 5.2, 5.3); н) оформить отчет.

 

43

dx =

× dq1 +

× dq 2 +

× dq3 ï

¶q2

¶q3

¶q1

ï

dy =

¶y

× dq1 +

¶y

× dq2 +

¶y

× dq3

ï

ý

¶q2

¶q3

¶q1

ï

dz =

¶z

× dq1 +

¶z

× dq 2 +

¶z

× dq3

ï

ï

¶q2

¶q3

¶q1

þ

 

Замена дифференциалов конечных приращениями дает искомые зависимости:

 

¶x

¶x

¶x

ü

Dx =

× dq1 +

× dq2 +

× dq3 ï

¶q2

¶q3

¶q1

ï

Dy =

¶y

× dq1 +

¶y

× dq2 +

¶y

× dq3

ï

ý

¶q 2

¶q3

¶q1

ï

Dz =

¶z

× dq1 +

¶z

× dq2 +

¶z

× dq3

ï

ï

¶q2

¶q3

¶q1

þ

 

 

В этих зависимостях конечные приращения обобщенных координат D q _1, D

 

q 2 , D q 3	принимаем равными кинематическим погрешностям
соответствующих кинематических пар. Для поступательной пары		D L =
0,05×10-3 м, для вращательной пары Dj = 10'.

 

 

6.1.Цель работы

 

Целью работы является определение кинематической точности манипулятора ПР и установление ее зависимости от кинематической схемы манипулятора, погрешностей привода, выражаемых через погрешности кинематических пар, и от положения полюса схвата в рабочей зоне.

 

 

6.2.Задачи, решаемые при выполнении работы

 

1. Для заданной схемы манипулятора ПР определить зависимость координат полюса схвата от геометрических параметров и обобщенных координат;

 

2. вывести формулы для определения линейной ошибки позиционирования по заданным погрешностям кинематических пар в точках позиционирования.

 

46

6.3.Порядок выполнения работы

 

1. Используя данные лабораторной работа № 4 , начертить, кинематическую схему манипулятора ПР с указанием геометрических параметров и обобщенных координат;

2. получить формулы для определения координат полюса схвата по значениям обобщенных координат;

 

3. путем дифференцирования найти зависимости, связывающие конечные приращения координат полюса схвата с конечными приращениями обобщенных координат;

 

4. принимая конечные приращения обобщенных координат равными кинематическим погрешностям кинематических пар, получить формулу для определения линейной погрешности позиционирования;

 

5. используя данные лабораторной работы № 4, определять пределы изменения обобщенных координат и найти погрешность позиционирования при различных комбинациях предельных значений обобщенных координат;

 

5. найти погрешность позиционирования при полюсе схвата, находящемся внутри рабочей зоны. Число точек позиционирования внутри этой зоны назначается преподавателем.

 

 

6.4. Содержание отчета

 

1. Наименование работы и ее цель.

 

2. Кинематическая схема манипулятора IIP с указанием обобщенных координат и пределов их изменения.

 

3. Вывод формул, определяющих зависимость линейной погрешности позиционирования для каждого положения полюса захвата, от погрешностей кинематических нар.

4. Таблица значений кинематической погрешности позиционирования ПР в заданных точках.

 

47

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

Условные обозначения элементов структурных кинематических схем

промышленных роботов и манипуляторов

 

Элемент