Подробно обяснение на структурата на системата за задвижване и управление на промишлени роботи

I. Общи кинематични конфигурации

1. Декартово работно рамо

Предимства: лесен за реализиране чрез компютърно управление, лесен за постигане на висока точност. Недостатъци: затруднява работата, и обхваща голяма площ, ниска скорост на движение, уплътнението не е добро.

①Заваряване, обработка, товарене и разтоварване, опаковане, палетизиране, депалетизиране, тестване, откриване на дефекти, сортиране, сглобяване, етикетиране, пръскане, маркиране, (мека имитация) пръскане, следване на целта, детонация и серия от работи.

② Особено подходящ за много-видове, тогава партидата от гъвкави операции, за стабилност, подобряване на качеството на продукта, подобряване на производителността на труда, подобряване на условията на труд и бързата подмяна на продукта има много важна роля.

​2. Шарнирно работно рамо (съчленено)

Всички стави на шарнирните роботи са въртящи се, подобно на човешката ръка, най-често срещаната структура в индустриалните роботи. Работният му диапазон е по-сложен.

① автомобилни части, форми, части от ламарина, пластмасови продукти, спортно оборудване, стъклени продукти, керамика, авиация и други бързо откриване и разработване на продукти.

② Сглобяване на тялото, общо сглобяване на машини и друг контрол на качеството на производството, като измерване на три-координати и откриване на грешки.

③ Бързо създаване на прототипи на антики, произведения на изкуството, скулптура, моделиране на анимационни герои, портретни продукти и др.

④ Измерване на -на място и проверка на целия автомобил.

⑤ Измерване на формата на човешкото тяло, производство на медицинско оборудване като скелет, производство на форма на човешко тяло и медицинска пластична хирургия.

3. Оперативно рамо SCARA

Роботите SCARA обикновено се използват в операции по сглобяване, като най-забележителната характеристика е, че тяхното движение в равнината x-y има голяма гъвкавост, докато по оста z- има силна твърдост, така че има селективна гъвкавост. Този тип роботи са намерили добри приложения в монтажните операции.

①Много използван при сглобяването на печатни платки и електронни компоненти.

② Преместване, вдигане и поставяне на предмети, като интегрални платки и др.

③Широко използван в пластмасовата промишленост, автомобилната промишленост, електронната промишленост, фармацевтичната промишленост и хранително-вкусовата промишленост.

④ Подвижни части и монтажни работи.

​

​4. Работно рамо със сферичен координатен тип

Характеристики: Работният диапазон близо до централната конзола е голям, двете въртящи се задвижвания са лесни за запечатване и покриват голямо работно пространство. Координатите обаче са сложни, трудни за контрол и има проблеми с уплътняването на линейното задвижване.

​

5. Работно рамо с координатен тип цилиндрична повърхност

 

Предимства: и просто изчисление; линейната част може да бъде хидравлично задвижвана, може да изведе голямо количество мощност; може да достигне вътре в машината от тип кухина. Недостатъци: ръката му може да достигне пространството е ограничено, не може да достигне пространството близо до колоната или близо до земята; линейната задвижваща част е трудна за запечатване, прахоустойчива; работата на задната ръка не може да достигне пространството близо до колоната или близо до земята.

Линейната задвижваща част е трудна за запечатване и защита от прах; когато задното рамо работи, задният край на рамото ще докосне други обекти в работния диапазон.

6. Излишни институции

Обикновено са необходими 6 степени на свобода за пространствено позициониране и използването на допълнителни съединения може да помогне на механизма да избегне странни форми на битове. Фигурата по-долу показва формата на позицията на ръката на манипулатора със 7-степен-свобода

​

7. Затворен-структурен цикъл

Структурата със затворен -контур може да подобри твърдостта на механизма, но ще намали обхвата на движение на ставата и работното пространство е донякъде намалено.

① Симулатор на движение;

② Паралелни машинни инструменти;

③ Микроманипулационен робот;

④ Сензори за сила;

⑤ Могат да се реализират роботи за клетъчна манипулация в биомедицинското инженерство, клетъчно инжектиране и делене;

⑥ Микрохирургични роботи;

⑦ Устройства за регулиране на ориентацията за големи радиоастрономически телескопи;

⑧ хибридно оборудване, като хибридния манипулатор Tricept на SMT, е успешен пример за модулен дизайн, базиран на паралелни механизми.

II. Основни технически параметри на робота

Техническите параметри на робота отразяват работата, която роботът може да извърши, с най-висока оперативна производителност и т.н., трябва да се вземат предвид дизайнът и приложението на робота. Основните технически параметри на робота са степен на свобода, разделителна способност, работно пространство, скорост на работа, работно натоварване и др.

1. Степен на свобода

Роботът има брой независими движения на координатната ос. Степента на свобода на робота е броят на независимите параметри на движение, необходими за определяне на позицията и отношението на ръката на робота в пространството. Отварянето и затварянето на пръстите и степените на свобода на ставите на пръстите обикновено не са включени.... Броят на степените на свобода на робота обикновено е равен на броя на ставите. Броят на степените на свобода, които обикновено се използват в роботите, обикновено е не повече от 5 до 6.

2. Стави (ставни)

Това е порокът за движение, който позволява на частите на ръката на робота да участват в относителното движение между институциите.
 

3. Работно пространство

Всички области на пространството, достъпни за ръката на робота или точките за монтиране на ръцете. Формата му зависи от броя на степените на свобода на робота и от вида и конфигурацията на всяка подвижна става. Работното пространство на робота обикновено се представя както с графични, така и с аналитични методи.

4. Скорост на работа

Робот в условията на работно натоварване, процес на движение с еднаква скорост, център на механичния интерфейс или център на инструмента в единица време на изминатото разстояние или ъгъла на въртене.

5.Работно натоварване

Отнася се за робота във всяка позиция в рамките на работния диапазон на максималното натоварване, което може да издържи, най-общо изразено като маса, момент, момент на инерция. Освен това скоростта на движение и размерът и посоката на ускорението, общите условия за високо-скоростна работа могат да разберат теглото на детайла като индикатор за носеща способност.

6. Резолюция

Може да реализира минималното разстояние на движение или минималния ъгъл на въртене.

7.Прецизност

Повторяемост или повтаряща се точност на позициониране: отнася се до степента на разлика между многократното достигане на робота до определена целева позиция. Или в същите инструкции за позиция, роботът продължава да повтаря няколко пъти дисперсията на своята позиция. Това е мярка за плътността на колона от стойности на грешката, тоест степента на повторяемост.

III. Робот често използвани материали

(1) въглеродна структурна стомана и легирана структурна стомана Тези материали имат добра якост, особено легираната структурна стомана, нейната якост се увеличава с 4 до 5 пъти, модулът на еластичност E е голям, силна устойчивост на деформация, е най-широко използваните материали.

(2) алуминий, алуминиеви сплави и други материали от леки сплави Общата характеристика на тези материали е лекото тегло, модулът на еластичност E не е голям, но плътността на материала е малка, така че съотношението E / ρ все още може да се сравни със стоманата. Някои редки алуминиеви сплави са имали по-значителни подобрения в качеството, като добавянето на 3,2% (тегловни проценти) литиево-алуминиева сплав, модулът на еластичност се увеличава с 14%, съотношението E / ρ се увеличава с 16%.

3) Подсилени-влакна сплави Тези сплави, като алуминиеви-подсилени с борни влакна и -усилени магнезиеви сплави с графитни влакна, имат съотношения E/ρ съответно 11,4 × 107 и 8,9 × 107. тези подсилени с влакна-метални материали имат много високи съотношения E/ρ, но са скъпи.

(4) Керамика Керамичните материали имат добри качества, но са крехки, не са лесни за обработка, Япония се опита да произведе образци на керамични ръце на роботи, използвани в малки високо-прецизни роботи.

(5) Подсилени с влакна-композити Тези материали имат отлични съотношения E/ρ и също така имат много важното предимство на голямото затихване. Конвенционалните метални материали не могат да имат толкова голямо затихване, така че има все повече и повече примери за използване на композитни материали във високо-роботи.

6) Вискоеластични материали с голямо затихване Увеличаването на затихването на свързващите елементи на робота е ефективен начин за подобряване на динамичните характеристики на роботите. Има много начини за увеличаване на амортизирането на структурните материали, един от най-подходящите за роботи е използването на вискоеластични големи амортизиращи материали за оригиналния елемент на обработката на амортизиране на ограничителния слой.
 

IV. Основна структура на робота
 

(i) Задвижване на робот

Концепция: за да накара робота да се издигне, необходимостта от всяка става, която е всяка степен на свобода на движение, за да постави предавателното устройство. Роля: да осигури всички части на робота, ставите на действието на основния двигател.

Задвижваща система: може да бъде хидравлично задвижване, пневматично задвижване, електрическо задвижване или комбинация от тях, приложена към интегрираната система; може да се задвижва директно или индиректно чрез синхронен ремък, верига, система на колелата, хармонични зъбни колела и други механизми за механична трансмисия.

1. Електрическо задвижване

Енергията на устройството за електрическо задвижване е проста, диапазонът на промяна на скоростта, високата ефективност, скоростта и точността на позициониране са много високи. Но те са по-свързани с устройството за забавяне, директното задвижване е по-трудно.

Електрическото задвижване може да бъде разделено на постоянен ток (DC), променлив ток (AC) серво задвижване и задвижване на стъпков двигател. Четките на DC серво мотора са предразположени към износване и образуване на искри. Безчетковите постояннотокови двигатели също се използват все по-широко. Задвижването на стъпковия двигател е предимно управление с отворен-контур, просто управление, но не много мощност, използвано най-вече за ниско{4}}точна роботна система с малка мощност.

Следните проверки трябва да бъдат направени преди пускането на електрическата енергия в експлоатация:

(1) дали захранващото напрежение е подходящо (пренапрежението има вероятност да причини повреда на задвижващия модул); за DC вход + / - полярността не трябва да бъде свързана към грешен, управлявайте типа мотор на контролера или текущата стойност на настройка е подходяща (не твърде голяма в началото);

(2) проводниците на контролния сигнал са свързани сигурно, индустриалният обект е най-добре да обмисли екраниране (като използването на кабел с усукана двойка);

(3) Не започвайте необходимостта да свържете всички кабели, свързани само с най-основната система, работеща добре и след това постепенно свързана.

4) Не забравяйте да разберете метода на заземяване или използвайте плаващ въздух без връзка.

(5) започнете да работите половин час, за да наблюдавате отблизо състоянието на двигателя, като например дали движението е нормално, звукът и повишаването на температурата, установено, че проблемът незабавно се изключва, за да се коригира.

2. Хидравлично задвижване

Чрез високо{0}}прецизния цилиндър и бутало за завършване, чрез относително движение на цилиндъра и буталния прът за постигане на линейно движение.

Предимства: висока мощност, може да елиминира устройството за забавяне, директно свързано към задвижвания прът, компактна структура, добра твърдост, бърза реакция, серво задвижване с висока точност.

Недостатъци: необходимостта от допълнителен хидравличен източник, лесен за генериране на изтичане на течност, не е подходящ за случаи на висока и ниска температура, така че хидравличното задвижване в момента се използва за свръх-мощна роботна система.

Изберете подходящата хидравлична течност. Предотвратете смесването на твърди примеси в хидравличната система, предотвратете нахлуването на въздух и вода в хидравличната система. Механичната работа трябва да бъде мека и плавна, механичната работа трябва да избягва груби, в противен случай неизбежно ще доведе до ударни натоварвания, така че чести механични повреди, значително скъсяване на експлоатационния живот. Да се ​​обърне внимание на шума от кавитация и преливане. Работата винаги трябва да обръща внимание на звука на хидравличната помпа и предпазния клапан, ако шумът от "кавитация" на хидравличната помпа не може да бъде елиминиран след изпускане, трябва да се идентифицира, за да се елиминира причината за повредата преди употреба. Поддържайте подходяща температура на маслото. Работната температура на хидравличната система обикновено се контролира между 30 ~ 80 градуса е подходящо.

3. Пневматично задвижване

Пневматичното задвижване проста структура, чисто, чувствително действие, с буферен ефект. . Въпреки това, в сравнение с хидравличното задвижване, мощността е по-малка, слаба твърдост, шум, скоростта не се контролира лесно, така че се използва най-вече за роботи за точково управление с ниска точност.

(1) има бърза скорост, проста структура на системата, лесна поддръжка, ниска цена и т.н. Подходящ за използване в роботи със среден и малък товар. Въпреки това, тъй като е трудно да се реализира серво управление, то се използва най-вече в програмно-управлявани роботи, като по-често използвани роботи за товарене, разтоварване и щамповане.

(2) В повечето случаи се използва при реализацията на дву-позиционно или ограничено точково управление на средни и малки роботи.

(3) Контролното устройство в момента е по-голямата част от избора на програмируем логически контролер (PLC контролер). Пневматичните логически компоненти могат да се използват за формиране на контролно устройство в запалими и експлозивни ситуации.

(ii) Линеен предавателен механизъм.

Предавателното устройство е ключова част от връзката между източника на енергия и връзката за движение, според формата на ставите, често използваните форми на предавателен механизъм са линейно предаване и ротационен предавателен механизъм.

Линейното предаване може да се използва за задвижване в посока X, Y, Z на робот с координати под прав-ъгъл, радиално задвижване и задвижване с вертикално повдигане на цилиндрична координатна структура и радиално телескопично задвижване на сферична координатна структура.

Линейното движение може да се преобразува от въртеливо в линейно чрез трансмисионни елементи като зъбна рейка и зъбно колело, винт и гайка и т.н., или може да има линейно задвижващо задвижване на двигателя, или може да се генерира директно от буталото на цилиндъра или хидравличния цилиндър.

2. Сферични винтове

Топките са вградени в спиралния жлеб на винта и гайката, а водещият жлеб в гайката позволява на топките да циркулират непрекъснато.

Предимства: ниско триене, висока ефективност на предаване, без пълзене, висока точност.

Недостатъци: висока производствена цена, сложна структура.

Проблем със само-заключване: теоретично менгемето със сачмен винт може също да се -самозаключва, но реалното приложение на това само-заключване не се използва, основната причина е: слаба надеждност или разходите за обработка са много високи; тъй като диаметърът на водача с много голямо съотношение обикновено се добавя към набор от червячни предавки и други само-заключващи се устройства.

(iii). Ротационен задвижващ механизъм

Целта на въртящия се задвижващ механизъм е да преобразува по-високата изходна скорост на задвижващия източник на двигателя в по-ниска скорост и да получи по-голям въртящ момент. По-широко използваният ротационен задвижващ механизъм в роботите са зъбните вериги, зъбните ремъци и хармоничните зъбни колела.

1. Скоростна верига

(1) Скоростна връзка

(2) Връзка на въртящия момент

2. Синхронен ремък

Синхронният ремък е ремък с множество зъби, който се зацепва със синхронната шайба със зъби от същия тип. Това е еквивалентно на гъвкава предавка при работа.

Предимства: без плъзгане, добра гъвкавост, евтина, висока повтаряща се точност на позициониране.

Недостатъци: известна степен на еластична деформация.

3.Хармонична предавка

Хармоничната предавка се състои от три основни части: твърда предавка, хармоничен генератор и гъвкава предавка, като цяло твърдата предавка е фиксирана, а хармоничният генератор задвижва гъвкавата предавка да се върти. Основни характеристики:

(1), предавателното отношение е голямо, едно-стъпало за 50-300.

(2), плавно предаване, висока товароносимост.

(3), висока ефективност на предаване, до 70% -90%.

(4), висока точност на предаване, 3-4 пъти по-висока от обикновената предавка.

(5), разликата във връщането е малка, може да бъде по-малка от 3'.

(6), не може да получи междинния изход, твърдостта на гъвкавото колело е ниска.

Хармоничното задвижване се използва широко в страни с по-напреднали роботизирани технологии. Само в Япония 60% от устройствата за задвижване на роботи се използват с хармонично задвижване.

Съединените щати изпратиха на Луната на робота, различните му ставни части се използват в хармонично задвижване, една от горната част на рамото с 30 хармоничен задвижващ механизъм.

Съветският съюз изпрати на Луната мобилен робот „лунно спускане“, чифтовете му от осем колела са монтирани със затворен хармоничен задвижващ механизъм, който се задвижва индивидуално. . Германският Volkswagen разработи ROHREN, роботът GEROT R30 и френската компания Renault разработиха роботи VERTICAL 80 и др., използвани в механизма за хармонично предаване.

(iv). Сензорна система за роботи

1. Сензорната система се състои от вътрешен сензорен модул и външен сензорен модул, които се използват за получаване на значима информация за състоянието на вътрешната и външната среда.

2. Използването на интелигентни сензори подобрява мобилността, адаптивността и нивото на интелигентност на робота.

3. Използването на смарт сензори подобрява мобилността, адаптивността и интелигентността на робота.

4. За някаква специална информация сензорите са по-ефективни от човешката сензорна система.

(v). Откриване на позицията на робота

Ротационният оптичен енкодер е най-често използваното устройство за обратна връзка за позицията. Оптичният детектор преобразува светлинните импулси в двоични вълни. Ъгълът на въртене на вала се получава чрез преброяване на броя импулси, а посоката на въртене се определя от относителната фаза на двата правоъгълни сигнала.

Индуктивният синхронизатор извежда два аналогови сигнала - синусоидален сигнал и косинусичен сигнал за ъгъла на вала. Ъгълът на вала се изчислява от относителните амплитуди на тези два сигнала. Индуктивният синхронизатор обикновено е по-надежден от енкодера, но има по-ниска разделителна способност.

Потенциометърът е най-директната форма за откриване на позиция. Той е свързан в мост и може да генерира сигнал за напрежение, пропорционален на ъгъла на вала. Въпреки това, поради ниска разделителна способност, лоша линейност и чувствителност към шум.

Тахометърът може да извежда аналогов сигнал, пропорционален на скоростта на въртене на вала. Ако такъв сензор за скорост не е наличен, може да се получи сигнал за обратна връзка за скоростта чрез разграничаване на установената позиция по отношение на времето.

(vi). Откриване на работна сила на машината

Сензорът за сила обикновено се монтира в следните три позиции на работното рамо:

1. Монтира се на съвместния задвижващ механизъм. Той може да измерва въртящия момент или изходната сила на самия задвижващ механизъм/редуктор. Той обаче не може да открие добре контактната сила между крайния-ефектор и околната среда.

2. Монтиран между крайния-ефектор и крайната става на работната ръка, той може да се нарече сензор за сила на китката. Обикновено могат да бъдат измерени три до шест компонента сила/въртящ момент, приложени към крайния-ефектор.

3. Монтира се на „върховете на пръстите“ на крайния-ефектор. Обикновено тези пръсти със сензори за сила имат вградени-датчици за напрежение, които могат да измерват от един до четири компонента на силата, приложена към върховете на пръстите.

(vii). Робот-система за взаимодействие със средата

1. Система за-взаимодействие със средата на робота е система, която реализира взаимовръзката и координацията между индустриален робот и оборудване във външната среда.

2. Индустриалните роботи и външното оборудване са интегрирани във функционална единица, като единица за обработка и производство, единица за заваряване, единица за сглобяване и т.н. Могат също да бъдат множество роботи, множество машинни инструменти или оборудване, устройства за съхранение на множество части и други интегрирани .

3. Могат също да бъдат множество роботи, множество машинни инструменти или оборудване, множество устройства за съхранение на части и т.н., интегрирани във функционална единица за изпълнение на сложни задачи.

(viii) Система за взаимодействие човек-компютър

Системата за взаимодействие човек{0}}робот позволява на оператора да участва в управлението на робота и контакта с устройството на робота. Системата е категоризирана в две основни групи: устройства-подаване на команди и устройства за показване на информация.

V. Система за управление на роботи

1. Система за управление на роботи

Целта на „контрола“ е да накара контролирания обект да се държи по начин, желан от контролера. . Основното условие за „контрол“ е да се разберат характеристиките на контролирания обект. "Същността" е контролът на изходния въртящ момент на водача.

Подробно обяснение на структурата на системата за задвижване и контрол на индустриалния робот

2, принцип на обучение на роботи

Структурата на системата за задвижване и управление на промишлени роботи

Основният принцип на работа на робота е възпроизвеждането на преподаване; обучение, известно още като насочване, т.е. потребителят насочва робота стъпка по стъпка, според действителната задача на операцията веднъж, роботът в процеса на насочване автоматично запаметява преподаването на позицията на всяко действие, отношение, параметри на движение / параметри на процеса и т.н., и автоматично генерира непрекъснато изпълнение на всички операции на програмата. След завършване на обучението, просто дайте на робота команда за стартиране, роботът ще следва точно действието на преподаване, стъпка по стъпка, за да завърши всички операции;

3, класификацията на контрола на робота:

(1) според наличието или липсата на обратна връзка се разделя на: управление с отворен-контур, управление с-затворен контур;

Условията на прецизно управление с отворен{0}}контур: точно познаване на модела на контролирания обект и този модел остава непроменен в процеса на управление.

(2) Според желаното количество контрол се разделя на: контрол на позицията, контрол на силата, хибриден контрол;

Управлението на позицията се разделя на: единичен контрол на позицията на ставите (обратна връзка на позицията, обратна връзка на скоростта на позицията, обратна връзка на ускорението на скоростта на позицията), много-контрол на позицията на ставите, много-контрол на позицията на ставите е разделен на разлагане на контрола на движението, централизирано управление; управлението на силата се разделя на: директно управление на силата, управление на импеданса, хибридно управление на силата-позиция;

(3) интелигентни методи за управление: размито управление, адаптивно управление, оптимално управление, управление на невронна мрежа, управление на размита невронна мрежа, експертно управление и други;

4, хардуерна конфигурация и структура на системата за управление:

Тъй като процесът на управление на робота включва голям брой координатни трансформации и интерполационни операции и по-ниско-ниво-управление в реално-време, така че текущата система за управление на робота в структурата на по-голямата част от йерархичната структура на микро-компютърната система за управление, обикновено използва дву-етапна компютърна система за серво управление.

Подробно обяснение на структурата на системата за задвижване и контрол на индустриалния робот

1) Специфичен процес:

След като главният контролен компютър получи инструкциите за работа, въведени от персонала, той първо анализира и интерпретира инструкциите, за да определи параметрите на движение на ръката.

След това извършва кинематика, динамика и интерполационни операции и накрая извлича координираните параметри на движение на всяка става на робота. Тези параметри се извеждат към степента на серво управление чрез комуникационна линия като даден сигнал за системата за серво управление на всяка връзка. Цифрово-аналоговият задвижващ механизъм на ставите преобразува този сигнал и задвижва всяка става, за да произведе координирано движение. Сензорите ще изпращат обратен сигнал за всяко съвместно движение обратно към компютъра на етапа на серво управление, за да формират локален затворен-контролен контур, така че да контролират по-точно движението на ръката на робота в пространството.

(2) PLC-базиран контрол на движение Два метода за управление:

1, използването на определени изходни портове на PLC за използване на инструкции за импулсен изход за генериране на импулси за задвижване на двигателя, като същевременно се използва I/O с общо-цел или компоненти за броене за постигане на управление на позицията на двигателя в затворен-контур.

2, използването на PLC външно разширение на модула за управление на позицията за реализиране на управлението на позицията в затворен-контур на двигателя е главно за изпращане на високо-скоростно импулсно управление, принадлежи към режима за управление на позицията, общият режим на управление на позицията от-до-точка е повече.