Для промышленных роботов с пневматическим приводом в основном используются системы управления

4.3. Текущий контроль Тренировочные тесты Тест №1 (по разделу 1)

1. интеллектными;
2. адаптивными;
3. программными;
4. цикловыми.

2. Движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его «рукой», величина которых сопоставима с размерами механизма, называются

1. региональными;
2. глобальными;
3. локальными;
4. местными.

3. Зоной обслуживания манипулятора называется

1. подвижность манипулятора при зафиксированном (неподвижном) схвате;
2. число независимых обобщенных координат, однозначно определяю­щее положение схвата в пространстве;
3. часть пространства, ограниченная поверхностями, огибающими к множеству возможных положений его звеньев;
4. часть пространства, соответствующая множеству возможных положе­ний центра схвата манипулятора.

4. На схеме представлена система координат руки:

1. декартова;
2. цилиндрическая;
3. сферическая;
4. угловая.

5. ПР с абсолютной линейной погрешностью позиционирования центра схвата в диапазоне 0,2 мм < D r_M< 1 мм относятся к группе

1. особовысокоточных;
2. высокой точности;
3. средней точности;
4. малой точности.

Тест №2 (по разделу 2)

1. Матрица вида соответствует a) повороту вокруг оси x_i на угол -q_i ; b) переносу вдоль оси x_i на -a_i; c) переносу вдоль оси z_i-1 на -s_i; d) повороту вокруг оси z_i-1 на угол —_i. 2. Недостатком метода уравновешивания манипуляторов выбором кинемати­ческой схемы, в которой силы веса звеньев воспринимаются подшипниками кинематических пар, является:

1. значительное увеличение массы манипулятора и моментов инерции его звеньев;
2. усложнение конструкции манипулятора;
3. большие осевые нагрузки в подшипниках;
4. увеличение мощности привода и моментов тормозных устройств.

3. Разомкнутый привод перемещения ПР со ступенчатым регулированием скорости используется при

1. высоких требованиях к точности позиционирования;
2. средних требованиях к точности позиционирования;
3. низких требованиях к точности позиционирования;
4. использовании подвесных систем перемещения.

4. Для приведения в действие схватов чаще всего используются

1. гидроприводы
2. пневмоприводы
3. электроприводы
4. комбинированные приводы

5. Использование многоместных захватных устройств последовательного действия

1. повышает точность позиционирования;
2. позволяет манипулирова­ть различными по форме объектами;
3. позволяет манипулирова­ть различными по размерам объектами;
4. сокращает время загрузки.

Тест №3 (по разделу 3)

1. малой грузоподъемности;
2. средней грузоподъемности;
3. высокой грузоподъемности;
4. во всем диапазоне грузоподъемности.

1. простота и надежность конструкции;
2. высокая скорость выходного звена привода: при линейном перемещении до 1000 мм/с, при вращении – до 60 об/мин;
3. высокая стабильность скорости выходного звена
4. высокий коэффициент полезного действия (до 0,8);

1. цикловые;
2. позиционные;
3. контурные;
4. комбинированные.

1. первый;
2. второй;
3. третий;
4. четвертый.

1. датчики прикосновения, проскальзывания, ультразвуковые и свето­локационные датчики расстояния;
2. силомоментные датчики, датчики обеспечения перемещений испол­нительных органов робота;
3. ультразвуковые и светолокационные датчики расстояния, температур­ные датчики, датчики уровня;
4. датчики скорости и положения исполнительных органов робота.

Какие бывают приводы промышленных роботов, их достоинства и недостатки

Промышленные роботы используются во всех видах производства. Использование машины вместо использования человеческого труда позволяет значительно ускорить и оптимизировать заданный производственный процесс. Подвижность рабочих органов данного робота обеспечивается его приводным узлом. Для каждой степени свободы робота назначается отдельный привод для изменения координат его положения.

В зависимости от вида энергии, используемой для приведения в действие отдельных механизмов, можно выделить три основных привода, применяемых в промышленных роботах:

• электроприводы,
• электрогидравлические приводы,
• пневматические приводы.

Тип используемого привода в основном обусловлен конструкцией и назначением робота. При выборе следует обращать внимание на характер и величину приводной нагрузки, кинематические параметры робота (например, скорость, точность позиционирования, ускорение), физические особенности объекта манипуляции и условия работы робота (например, взрывоопасная зона, высокая рабочая температура).

Энергетические, точные и динамические характеристики роботов во многом зависят от используемого привода, к которому предъявляются определенные требования:

• высокая точность позиционирования рабочего органа робота,
• хорошее качество динамических процессов,
• работа с большими нагрузками,
• длительная работа в стационарном состоянии рабочего органа.

Электроприводы

Электроприводы являются наиболее распространенными приводами роботов. Это касается как стационарных, так и мобильных роботов.

Электроприводы характеризуются высокой общей эффективностью преобразования энергии, что обуславливает их широкое применение в робототехнике.

Среди используемых в настоящее время решений по электроприводам промышленных роботов следует отметить следующие:

• приводы постоянного тока с коллекторными двигателями постоянного тока,
• приводы постоянного тока с двигателями постоянного тока с высоким крутящим моментом,
• приводы постоянного тока с бесщеточными двигателями постоянного тока,
• приводы переменного тока с асинхронными и синхронными двигателями,
• приводы с шаговыми двигателями.

Преимущества электроприводов:

• низкая стоимость получаемой энергии и простота подачи энергии на двигатели,
• неизменность рабочих параметров,
• компактная конструкция двигателей и малые габариты органов управления,
• тихая работа (низкий уровень шума и вибрации),
• отсутствие загрязнения окружающей среды,
• безопасность труда,
• высокая скорость работы и высокая точность перемещений.

Недостатки электроприводов:

• ограниченная долговечность щеток в коллекторах двигателей постоянного тока,
• высокая стоимость покупки,
• ограниченное использование во взрывоопасной среде,
• наличие дополнительных передач между электродвигателем и исполнительным механизмом робота.

Электрогидравлические приводы

Электрогидравлические приводы промышленных роботов в большинстве случаев работают как сервоприводы. В состав приводов входят: источник рабочей жидкости со стабилизированным давлением, система сервоклапанов и гидроприводов.

Преимущества электрогидравлических приводов:

• высокая скорость действия,
• использование в качестве рабочей среды практически несжимаемой жидкости, обеспечивающей высокую стабильность скорости при значительных изменениях нагрузки, высокую точность позиционирования,
• бесступенчатое регулирование скорости выходного элемента привода,
• очень хорошие динамические свойства,
• малая масса на единицу мощности,
• простота управления,
• возможность получения малых скоростей движения привода без необходимости использования редуктора,
• плавное движение,
• низкая чувствительность к изменениям нагрузки и перегрузкам,
• высокий коэффициент усиления мощности (более 1000),
• высокая производительность при различных методах управления,
• высокая износостойкость (элементы привода смазываются рабочей средой),
• большой опыт в конструировании и эксплуатации электрогидравлических приводов во многих областях техники,
• большой выбор типовых промышленных гидравлических компонентов.

Недостатки электрогидравлических приводов:

• необходимость использования специальных энергосистем (гидравлических силовых агрегатов),
• более высокая стоимость энергии, чем в случае с электроприводами,
• шумная работа, особенно при высоких скоростях вращения и давлениях,
• чувствительность к загрязнению рабочей среды,
• возможность утечек рабочей жидкости, ограничивающих их использование в некоторых производственных процессах,
• невозможность использования роботов в условиях пожаро- или взрывоопасной среды, ограниченный срок службы рабочей жидкости (периодически необходима замена рабочей жидкости),
• ограниченный диапазон рабочих температур рабочей жидкости (не более 150 о C),
• высокая стоимость комплектующих привода по сравнению с электрическим и пневматическим приводом.

Пневматические приводы

Промышленные роботы с пневматическим приводом характеризуются относительно небольшой грузоподъемностью.

Основным рабочим фактором является сжатый воздух, который отвечает, например, за для передачи энергии и сигналов управления. Исполнительным элементом обычно является пневмопривод, крайние положения рычага которого задаются отбойниками и ограничителями.

Система пневмопривода разделена на несколько блоков:

• блок подготовки рабочей среды (сжатый воздух),
• блок управления потоком сжатого воздуха (клапаны, разделяющие электромагнитное управление),
• блок исполнительных механизмов (пневмоприводы)

Преимущества пневматических приводов:

• простая и надежная конструкция,
• высокая скорость выходного звена привода (при линейных перемещениях до 1 м/с, частоте вращения до 60 об/мин),
• возможность использования сжатого воздуха от пневматической сети предприятия,
• простое управление последовательностью (позиционирование осуществляется с помощью упоров),
• возможность работы в агрессивной и пожароопасной среде,
• высокий КПД (до 0,8),
• низкое отношение веса привода к получаемой мощности,
• низкая стоимость привода и эксплуатации,
• устойчивость к перегрузкам и вибрации.

Недостатки пневматических приводов:

• нестабильность скорости выходного узла привода при изменении нагрузки, вызванная сжимаемостью рабочей среды,
• ограниченное количество точек позиционирования (обычно две точки) в приводах с циклическим управлением (увеличение количества точек позиционирования требует использования дополнительных устройств позиционирования),
• необходимость торможения выходного узла привода на конечной фазе его движения,
• громкая работа привода.

В настоящее время большинство роботов оснащены электроприводами и лишь некоторые роботы используют только пневматический или гидравлический привод.

Наиболее распространена комбинация двух типов дисков. Примером может служить использование электроприводов для основных движений манипуляторов робота и одновременно пневмопривода для выполнения задач захвата.

В зависимости от назначения и места работы робота выбирают его приводные агрегаты.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Ранее на эту тему: Электропривод

Система управления промышленными роботами

За последние 20 лет роботы получили промышленное значение. В течение следующего десятилетия ожидается многократный рост их роли в производственных процессах. Основная задача промышленных роботов заключается в освобождении рабочих рук путем самостоятельного выполнения действий с инструментом, заготовками и материалом. Такая машина оснащается специальным программным обеспечением, которое позволяет ей манипулировать по нескольким осям, пользоваться рабочими схватами для применения инструментов.

За последние 20 лет роботы получили промышленное значение. В течение следующего десятилетия ожидается многократный рост их роли в производственных процессах. Основная задача промышленных роботов заключается в освобождении рабочих рук путем самостоятельного выполнения действий с инструментом, заготовками и материалом. Такая машина оснащается специальным программным обеспечением, которое позволяет ей манипулировать по нескольким осям, пользоваться рабочими схватами для применения инструментов.

По количеству объема получаемой информации и возможностям ее обработки промышленные роботы делятся на поколения:

• Первое — работают по заданной функциональной программе, расположенной в блоке памяти, откуда многократно поступают команды на исполнение конкретного действия. Такие роботы неспособны к накапливанию и обработке информации.
• Второе — оснащены сенсорными системами (тактильные, визуальные), работающими по принципу «глаз-рука» — в рамках заданной программы они приспосабливаются к конкретным условиям протекания процесса.
• Третье — имеют способность к автоматической обработке данных, могут моделировать процессы и рабочие позиции (адаптивная система). Способны к самообучению и повторению показанных действий, взаимодействию с человеком.

Существует более десятка самых заметных производителей промышленных роботов. Некоторые из них:

• FANUC (Япония) —лидер мирового рынка промышленной автоматизации, производит обширную линейку сверхточных, высокоинтеллектуальных и многофункциональных роботов;
• Yaskawa (Япония)— крупный производитель робототехники, которую можно использовать для самых разнообразных задач, в т.ч. специфических;
• (Япония)— предприятие с более чем столетней историей, занимающееся выпуском промышленных машин, способных выполнять различные производственные задачи;
• OTC-DAIHEN (Япония) — лидирует в производстве высокотехнологического сварочного оборудования, средств роботизации, первое поколение роботов для дуговой сварки эта компания выпустила в 70-х гг. прошлого века;
• Seiko Epson Corporation (Япония) — лидер в отрасли роботизации для сборки мелких деталей;
• Epson (Япония) — занимается разработкой и выпуском многофункциональных роботов;
• NACHI-Fujikosh (Япония) — крупный мировой производитель промышленных роботов, представленных двумя линейками (стандартные и специальные);
• KUKA (Германия) — располагает широкой линейкой роботов, которые используют во всем мире для выполнения различных операций;
• АВВ (Швеция-Швейцария) — специализируется на производстве манипуляторов, промышленных роботов, модульных производственных систем;
• Universal Robots (Дания) — известный производитель коллаборативных роботов, который ставит перед собой цель сделать робототехнику более доступной для мелких и средних предприятий.

Проблемы системы управления промышленными роботами

Системой управления называют комплекс средств, от которых поступают сигналы приводам исполнительного механизма. Система программного управления может быть:

• Цикловой — выдается ряд команд в цикловой последовательности, при этом не регламентируется перемещение по каждой из осей. Роботы с такой программой часто оснащены пневмоприводом.
• Позиционной — определяет последовательность команд и положение каждого звена робота. Подходит в случае проведения сложных манипуляций, имеющих большое количество позиционных точек.
• Однопозиционной — инструмент останавливается в конце каждого перемещения, популярен среди промышленных роботов, которые занимаются сборочными или транспортными операциями.

Также существуют многопозиционная (движение в промежуточной точке проходит без остановки) и контурная (задает движение в виде непрерывной траектории) системы.

Проблемой всех выделенных классов роботов является отсутствие устройств, которые позволяли бы воспринимать информацию об окружающей среде и объектах манипулирования. Такие машины действуют по четко заданной, жесткой программе. Это означает, что их можно применять при максимально четко организованной внешней среде. Важно, чтобы объекты манипулирования оказывались на загрузочной позиции вовремя, имея при этом точную и заданную ориентацию. При этом каждое действие робота синхронизируется с обслуживаемым оборудованием.

Перечисленные требования могут соблюдаться только при наличии сопутствующих средств автоматизации, что является серьезным осложняющим фактором на пути к переналадке производства на новый вид продукции. Дополнительной проблемой является наличие у каждого робота собственного языка программирования, что означает необходимость глубокого обучения операторов.

Особенности программирования коллаборативных роботов

С целью устранения недостатков обычных промышленных роботов были созданы коллаборативные машины, имеющие разветвленную систему датчиков. С ее помощью они могут собирать информацию об окружающей среде, обрабатывать ее и выполнять на основе полученных данных конкретные действия. Реализовать такие способности удается за счет разработки и использования рациональных алгоритмов, которые отвечают за осуществление двигательных задач в реальных масштабах.

Особенностью коботов является простое, интуитивное программирование, благодаря которому манипулятор при необходимости можно с легкостью перепрограммировать. При этом отсутствует необходимость приглашать сторонних программистов, когда необходимо сменить задачу.

Примечательно, что пользоваться роботом при этом может даже самый неподготовленный оператор. К примеру, манипуляторы UR обладают интуитивным интерфейсом, что способствует легкому усвоению азов программирования и установке точек на маршруте движения — робота просто перемещают в нужные позиции. В случае повторяющихся операций программа все сохраняет в памяти манипулятора, и в дальнейшем снова использует данную информацию.

Современные коботы, к примеру, производства Universal Robots отличаются многозадачностью и гибкостью. Одного и того же робота можно запрограммировать практически на выполнение любой операции: он способен одинаково эффективно заниматься как сваркой, так и загрузкой станков. Таким образом, на производстве можно установить одного робота, который просто меняет инструмент: переставил, сварил, отшлифовал и т.д.

Применение коллаборативных роботов способствует экономии времени и средств. В отличие от традиционных промышленных машин, ограниченных в своих возможностях, коботы многозадачные, гибкие, а также простые в применении.

Другие записи

Ростех совместно с Technored подготовили лекцию на тему: «Роботизация — это будущее, которое уже наступило»

Каждый руководитель стремится повысить производительность и сократить расходы на своем предприятии. Очевидно, что от этого в конечном итоге зависит прибыль.

Принцип работы

В стандартной конфигурации промышленного робота обязательно присутствуют механическая часть (рука) и система управления этой механической частью (контроллер), которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему с захватным устройством или технологическим инструментом (запястье) и систему перемещения (плечо и суставы руки).

Манипулятор включает в себя подвижные звенья двух типов:

• звенья, обеспечивающие поступательные движения
• звенья, обеспечивающие вращательные перемещения

Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлические или пневматические приводы.

Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется при помощи механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматическими присосками. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции с множеством захватных приспособлений.

Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть сварочная горелка или клещи, лазерная головка, пульверизатор и т. д.

Система управления манипулятором, как правило, включает в себя несколько уровней:

• Программное управление — управление роботом осуществляется при помощи предварительно написанной управляющей программы, аналогично станкам с ЧПУ.
• Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются, и в зависимости от результатов измерений принимается решение о дальнейших действиях.
• Управление, основанное на методах искусственного интеллекта – может включать в себя алгоритмы технического зрения, алгоритмы поиска и т.п.
• Управление человеком (например, дистанционное управление при помощи специального пульта).

Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом. Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.

В процессе работы робот также может взаимодействовать и обмениваться сигналами с другим оборудованием и средствами автоматизации: сенсорными системами, системами технического зрения, программируемыми контроллерами, транспортными системами, оборудованием для сварки и резки и др.