Дисциплина «Электронные промышленные устройства»

Дисциплина «Электронные промышленные
устройства»
Тема: Промышленные роботы
Сулимов Юрий Иванович
к.т.н., доцент кафедры «Промышленная электроника»
Три закона робототехники Айзека
Азимова
Писатель фантаст Айзек Азимов сформулировал три
закона робототехники:
1.Робот не может причинить вред человеку или
своим бездействием допустить, чтобы человеку был
причинен вред.
2. Робот должен повиноваться всем приказам,
которые дает человек, кроме тех случаев, когда эти
приказы противоречат Первому Закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в
той мере, в которой это не противоречит Первому
или Второму Законам.
Темы предыдущих занятий
На предыдущих занятиях мы рассмотрели темы:
1. проектирование систем;
2. стандарт и пример технического задания;
3. управляющие автоматы.
Все эти вопросы используются при изучении
дисциплины «Робототехника». Есть такое определение,
касающееся дисциплины «Робототехника»:
• робототехника – это мехатроника, электроника и
программирование.
Вопросы, рассматриваемые в выше приведенных
темах, такие как, электроника, программирование
представлены в учебном и методическом пособиях при
изучении дисциплины «Робототехника». Однако
вопросы касающиеся мехатроники не были раскрыты.
Остановимся на понятии , мехатроника (следующий
слайд).
Мехатроника (определение)
• Мехатроника – это область науки и техники,
основанная на объединении узлов точной механики с
электронными, электротехническими и компьютерными
компонентами, обеспечивающими проектирование и
производство качественно новых модулей, систем, машин и
систем с интеллектуальным управлением их функциональными
движениями. Для мехатроники характерно стремление к полной
интеграции механики, электрических машин, силовой
электроники, программируемых контроллеров,
микропроцессорной техники и программного обеспечения.
Структура мехатроники
Традиционно мехатронику
представляют как единство трех
частей – привода (1),
исполнительных и передаточных
механизмов (2) и управления (3).
Здесь
• 4 -электромеханика,
• 5 – автоматика,
• 6 – область регулируемого
привода,
• 7 –собственно мехатроника
Вопрос 1
Используя определение мехатроники
попытайтесь ответить на следующие
вопросы:
• Является ли тормозная авто
блокировочная система (АБС)
автомобиля мехатронной системой?
(да/нет).
Вопрос 2
• Является ли персональный компьютер
мехатронной системой? (да/нет).
Промышленные роботы
• Промышленные роботы – составляющая
дисциплины «Электронные промышленные
устройства». Современные роботы применяются во
всех сферах человеческой деятельности. Люди
получили верного помощника, способного не только
выполнять опасные для жизни человека работы, но и
освободить человечество от однообразных рутинных
операций.
• Робот – это автоматическое устройство, созданное
по принципу живого организма, действуя по ранее
заложенной программе и получая информацию о
внешнем мире от датчиков, робот самостоятельно
осуществляет производственные и другие операции.
Преимущества промышленного
робота
1. производительность;
2. улучшение экономических показателей;
3. качество обработки;
4. безопасность;
5. минимизация рабочего пространства;
6. минимальное обслуживание;
7. улучшение условий труда;
8. гибкость организации производственных
процессов;
9. работа в экстремальных условиях.
Характеристики роботов
Технические характеристики роботов :
• модель;
• число степеней подвижности;
• нагрузка схвата (усилие);
• длина руки;
• зона действия;
• тип привода;
• скорости движения (град./с, мм/с);
• питание привода (постоянный ток, переменный ток и т.д.)
• точность позиционирования;
• состав внешней периферии;
• язык программирования;
• объем памяти оперативного запоминающего устройства;
• число каналов связи (на вход, на выход);
• метод программирования (аналитический, обучения);
• число точек обучения;
• максимальное число программ;
• максимальная грузоподъемность;
• масса робота.
Функциональная схема робота
Робот «Кука»
• В пособии достаточно подробно представлена
информация о промышленных роботах. Поэтому
остановимся на разработке системы управления роботом
германской фирмы «KUKA Robot». Робот этой фирмы
выпускается серийно в России и используется на
комплексе сварки кузовов автомобилей ВАЗ 2123 «НИВЫ ШЕВРОЛЕ».
• Робототехническая система представляет собой комплекс,
состоящий из манипулятора, системы управления, в
которую входит шкаф управления, пульт управления и
комплект соединительных кабелей.
• Общий вид робота показан на слайде.
Промышленный робот ПР 125/150
Робот подразделяется на следующие исполнения:
-по грузоподъемности (125-150)кг;
-по способу установки манипулятора на рабочем
месте (напольный, потолочный);
- по конструкции руки манипулятора:
- а) без удлинителя;
- б) с удлинителем 200 мм;
- в) с удлинителем 400 мм;
-по способу укрепления манипулятора на рабочем
месте.
- РЕЖИМЫ:
- автоматический с внешними устройствами (от
контроллера)
- автоматический;
- тестовый Т1;
- тестовый Т2. Шесть степеней подвижности
обеспечивают высокую подвижность
манипулятора в пределах рабочей зоны.
Шкаф управления
Аппаратная часть
Аппаратную часть системы управления образуют
следующие узлы:
• Стандартная аппаратная часть персонального
компьютера PC с процессором Pentium;
• Многофункциональная плата (MFC);
• Цифровая серво-электроника (DSEAT);
• Цифровой преобразователь (RDW) (на
роботе).
• KUKA Плата VGA (K-VGA);
• Силовая часть (PM6-600).
Шкаф управления
•
PC – процессорный модуль (Pentium) вычисляет для
каждого двигателя (оси) новые координаты, с
циклическим повторением 12мс, согласно программе
и передает эти данные второму процессору DSEAT.
• DSEAT расположен на многофункциональной (MFC)
плате РС. На DSEAT поступают фактические
значения координат осей на RDW (цифровой
преобразователь). DSEAT вычисляет значения
координат, регулирует число оборотов и фазовый
сдвиг для шести осей. Используя при этом
специальное программное обеспечение.
Таким образом осуществляется цифровое управление.
Стандартная плата РС
•
Стандартная аппаратная часть PC с ее
высокопроизводительным процессором Pentium и главной
памятью является базой вычислительного блока. Кроме того, к
стандартному РС относится жесткий диск для хранения всего
программного обеспечения системы управления, включая
документацию “Online-Help” и “Online-Dokumentation”.,
дисковод для флопи-дисков для задач архивирования и
дисковод CD-ROM для считывания диска CD-ROM,
прилагаемого к шкафу.
•
CD-ROM содержит операционную систему Windows,
программное обеспечение системы управления с
соответствующей технологией, оперативную помощь “OnlineHilfe” и всю документацию на шкаф управления и робот.
Алгоритм управления работой робота
Пульт управления
Пульт управления сконструирован с
учетом требований эргономики, служит
для обучения системы управления и
является интерфейсом между
машиной и человеком.
Микроконтроллер клавиатуры
передаёт клавиатурные данные на и
данные состояний по стандартной
шине CAN Bus на PC и таким образом
параметрируется с системой
управления. Дисплейная информация
передаётся через высокоскоростной
интерфейс (High-Speed-Interfase).
Пульт имеет 8-и дюймовый
полнографический цветной дисплей
(разрешение 640х480), пленочную
клавиатуру, мышь 6D (шесть степеней
свободы) и другие элементы
управления.
Программное обеспечение
Система координат точек
Траектория движения роботов
Расположение на плоскости роботов и точек сварки на детали.
Система координат инструмента
Программирование робота
В робототехнике используются три метода
программирования:
- ручное обучение;
- языки программирования;
- обучение ведением, или сопровождением (оператор
сам ведет робота в нужное положение).
• Обучение с помощью первого метода происходит с
помощью пульта и клавиатуры, с помощью которых
оператор перемещает робот из одной позиции в
другую с последующей записью координат в
управляющую программу.
• Некоторые робототехнические системы оснащены
языками программирования, позволяющие иметь
доступ к информации от датчиков, контроллеров и т.д.
• Третий метод упомянут выше и результатом ведения
робота в нужное положение является записанные
точки, которые проходит робот в этом режиме.
Предисловие
С тех пор как в производстве технологического
оборудования ВАЗа "родились" первые роботы, прошло
много времени. Их семейство за это время очень сильно
разрослось. Каждое новое поколение оказывается все
более смышленым, способным, сильным и расторопным.
Эти "вундеркинды" приносят большую пользу
производству. Их будущее весьма оптимистично. Первые
роботы модели ПР 601/60 изготавливались по лицензии
фирмы "Кука". Они могли выполнять позиционирование в
пространстве и переносить груз массой 60 кг с точностью
повторяемости 1,2 мм. Роботы моделей ПР 30/125/150, к
сборке которых ПТО приступило в 1997 году, уже переносят
вес до 150 кг с точностью повторяемости в пространстве до
0,1 мм. Данная модель является в настоящий момент
мировым лидером среди роботов. Робот ПР 125 имеет
систему управления на базе компьютера Pentium, поэтому
доступен для пользователя. Легкий манипулятор из
алюминиевого литья приводится в движение двигателями
переменного тока, что на порядок увеличивает его
надежность.
Рассмотрим примеры использования промышленных роботов
Удаление шлака роботом
Лазерная резка
Роботизация гибки
Фрезерование
Шлифование
Оркестр
Асимо
Танцующие роботы
Роботы разрушающие бетон
Кафедральный робот
Ответы на контрольные вопросы из
пособия
• Что является объектом управления в приводах,
применяемых в исполнительных системах?
• Объектом управления является положение звеньев
манипулятора.
Ответы на контрольные вопросы из
пособия
• Что является чувствительным
элементом при измерении крутящего
момента на валу двигателя?
• При измерении крутящего момента
применяется тензометрический датчик.
Ответы на контрольные вопросы из
пособия
• Для каких работ применяются роботы с
контурным управлением?
• Дуговая сварка, абразивная зачистка
облоя, окраска, сложные сборочные
работы.
Спасибо за внимание !
• Если есть вопросы, пожалуйста,
задавайте!
• Возникшие вопросы и пожелания
присылайте через диспетчерский
отдел ФДО.