Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связи.

Рис. 40.

Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства сохраняющие и задающие программу движения, которые назовем программоносителями.

При управлении от ЭВМ такими устройствами могут быть дискеты, диски CD, магнитные ленты и др. Преобразование заданной программы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления.

Эта система включает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия u_i.

При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам x_i, которые поступают в нее с датчиков обратной связи. Функциональная схема промышленного робота приведена на рис.41.

Рис. 41.

Использование промышленных роботов и управляющих ЭВМ позволяет перейти от автоматизации отдельных линий к автоматизации цехов – от автоматизации по линии к автоматизации по площади.

Для обеспечения работы робота необходим комплекс средств общения человека с роботом, необходимых для ввода команд, контроля функционирования и т.п.

С этой целью они оснащаются пневматическими системами различного назначения, а приводы робота выполняют гидравлическим.

Рис.43. Общий вид современных промышленных роботов фирмы «Kuka»

Вопросы для самоподготовки:

• Перечислите режимы работы профилей ведущих устройств.

• Назначение и характеристика ведущих устройств числового интерфейса?

• Назначение и характеристика ведомых устройств числового интерфейса?

• Назначение и область применения промышленных роботов?

• Классификация промышленных роботов?

• Принцип работы промышленных роботов?

Лекция №8 системы управления роботами

8.1. Классификация систем управления роботами

По методам управления промышленные роботы можно разделить на:

- управляемые от систем числового программного управления;

- с цикловыми системами управления;

- управляемые от ЭВМ.

Системы управления промышленных роботов могут быть разделены на две основные группы:

- работающие по жесткой программе;

- работающие по гибкой программе.

В свою очередь системы управления, работающие по жесткой программе могут быть разделены на:

цикловые и позиционные.

Цикловые нашли применение в промышленных роботах с ограниченным числом точек позиционирования, в которых перемещения подвижных элементов ограничиваются либо конечными выключателями, либо жесткими переналаживаемыми упорами. На рис.44 показана блок-схема цикловой системы управления промышленного робота.

К настоящему времени известны множество схем для реализации цикловых систем управления промышленными роботами, которые содержат следующие электрические аппараты:

- элементы И;

- коммутатор;

- программоносители;

- датчики положения;

- дешифраторы.

Рис. 44. Схема цикловой системы управления промышленными роботами

Для примера рассмотрим из функциональных схем, показанную на рис. 45. Система содержит первый элемент И – 1, коммутатор кадров – 2, программоносителя - 3, дешифратора 4, элемент ИЛИ – 5, третьи элементы И – 6; приводы 7; датчики положения – 8; вторые элементы И – 9 и инверторы 10.

Рассматриваемая система работает следующим образом. Считывание двоично-кодированного номера положения схвата робота, записанного в кадре коммутатором 2 по сигналу, сформированному в первом элементе И 1. Код считанного номера положения схвата робота поступает на входы дешифратора 4, с соответствующего входа которого сигнал попадает через элементы ИЛИ 5 на входы соответствующих вторых элементов И 9 и через третьи элементы И на приводы 7, устанавливающие сват робота в требуемое положение.

Рис. 45.Функциональная схема рассматриваемой системы

По приходе схвата робота в требуемое положение по каждой из регулируемых координат разрешающие уровни с датчиков 8 положения поступают через инвертор 10 на вход третьего элемента И 6, закрывая доступ сигналу с элемента ИЛИ 5 на привод 7 и на второй элемент И 9 и с его выхода далее на первый элемент И 1, на выходе которого после прихода разрешающих уровней с датчиков положения 8 всех регулируемых координат вырабатывается сигнал перехода к обработке следующего кадра программы.

Роботы с позиционной системой управления отличаются высокой универсальностью, а также большим, по сравнению с цикловыми системами, объемом памяти. Позиционные системы способны обеспечить более высокую точность отработки роботом заданной программы, не зависящую от ошибок установки жестких упоров, характерных для цикловых систем;

Выходные сигналы позиционных систем используются для управления следящими приводами робота и, как правило, составляют с ним единое целое, так как через них осуществляется замыкание следящих приводов по цепям обратной связи;

• контурные. Применяются в промышленных роботах, предназначенных для нанесения различных покрытий на корпуса деталей, дуговой сварки, газовой резки по контуру и других работ.

Контурные системы могут строиться на цифровом и аналоговом принципах управления. Блок-схема фазовой контурной системы управления показана на рис. 46.

- контурно-позиционные.

Приведенная классификация является укрупненной и отражает лишь главную особенность систем управления, связанную с их назначением.

Рис. 46. Схема фазовой контурной системы управления

В качестве основы системы управления современными промышленными роботами выбирают микроконтроллер, при выборе которого ориентируются на следующие факторы:

- доступность;

- низкая стоимость;

- высокая надежность;

- наличие встроенной многократно пере- программируемой Flash-памяти;

- последовательного синхронно-асинхронного приемопередатчика USART;

- высокая производительность;

- простая, но при этом функциональная система программирования;

- наличие документации и бесплатно распространяемого лицензионного программного обеспечения.

Структурная схема системы управления на основе контроллера может выглядеть следующим образом (рис.47).

Рис. 47. Структурная схема системы управления на основе контроллера

Современные роботы управляются от персональных ЭВМ, на которых устанавливается программное обеспечение следующих классов и назначения. Применяемая в системе управления ПЭВМ оснащается следующим программным обеспечением (табл. 2).

Таблица 2

Классификация программного обеспечения

8.2 Состав систем управления

Современные системы управления состоят из следующих основных модулей:

1. пульта программного управления,

2. модуля отработки программ,

3. пульта ручного управления.

Пульт программного управления построен на основе микроконтроллера и включает в себя устройство ввода, редактирования управляющей программы (клавиатура), устройство вывода информации (символьный или графический дисплей). Долговременное хранение программ осуществляется в энергонезависимой памяти контроллера.

Модуль отработки программ так же построен на основе контроллера и выполняет следующие функции: хранение и исполнение управляющей программы, декодирование управляющей программы в управляющие сигналы электроавтоматики пневмоклапанов, контроль исполнения команд программы по сигналам датчиков положения робота.

Блок питания предназначен для преобразования сетевого напряжения 220В в напряжения питания электроклапанов и контроллеров – 30В и 5В.

Пульт ручного управления предназначен для непосредственного управления электроклапанами робота.

Стрелками показаны каналы связи между различными модулями: стрелки выходящие из блока питания – подача питающего напряжения к различным модулям системы управления; стрелка входящая в блок питания – подача сетевого напряжения 220 В; двунаправленные стрелки – канал связи USART предназначенный для обмена информацией между контроллерами пульта, модуля отработки программ и внешней ПЭВМ; стрелка выходящая из ПР – канал информации о состоянии датчиков; стрелка входящая в ПР – сигналы управления электроклапанами.

Построение системы управления по модульному принципу позволяет в дальнейшем развивать каждый из элементов системы независимо друг от друга, а также допускает эксплуатацию робота и системы управления в следующих основных конфигурациях:

1) использование робота совместно с блоком питания и пультом ручного управления – используется для демонстрации элементарных перемещений исполнительных органов робота, а также для работы в условиях неисправности системы управления.

2) использование робота совместно с блоком питания и модулем отработки программ – отработка программ в автоматическом режиме.

3) использование робота совместно с блоком питания, модулем отработки программ и пультом программного управления – создание, редактирование и исполнения управляющих программ, как в автоматическом, так и пошаговом режиме.

4) использование робота совместно с блоком питания, модулем отработки программ и ПЭВМ – используется также как и в третьем варианте, предоставляя более широкие возможности по созданию, хранению управляющих программ, наблюдению за функционированием ПР. В такой конфигурации возможно объединение нескольких ПР и одной или нескольких ПЭВМ в локальную сеть.

5) работа только с пультом программного управления – просмотр, создание и редактирование управляющих программ.

6) использование пульта программного управления совместно с ПЭВМ – обмен программами, сохранение программ на жестком диске ПЭВМ.

Вопросы для самоподготовки:

• Виды систем управления промышленных роботов?

• Нарисуйте блок-схему цикловой системы управления промышленным роботом?

• Нарисуйте блок-схему фазовой контурной системы управления промышленным роботом?

• Как классифицируется программное обеспечение промышленным роботом?