close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Грибанов А. А. Роботы и манипуляторы в лесном комплексе

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
РОБОТЫ И МАНИПУЛЯТОРЫ В ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ
Методические указания к лабораторным работам для студентов
специальности 150405.65 – Машины и оборудование
лесного комплекса
Воронеж 2012
2
УДК
Грибанов, А. А. Роботы и манипуляторы в лесном комплексе [Текст]:
методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 150405.65 – Машины и оборудование лесного комплекса / А. А.
Грибанов; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2012. – 39 с.
Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»
Рецензент д-р техн. наук, проф. кафедры информационных и управляющих
систем ВГУИТ И. А. Авцинов
Научный редактор д-р техн. наук, проф. В.С. Петровский
3
Лабораторная работа № 1
Промышленные роботы и манипуляторы. Построение структурнокинематических схем
Цель работы: ознакомление с устройством, типами и способами построения структурно-кинематических схем промышленных роботов.
Промышленный робот – стационарная или передвижная автоматическая
машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора,
имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе
двигательных и управляющих функций.
Манипулятор – управляемое устройство или машина дли выполнения
двигательных функций, аналогичных функциям руки человека, при перемещении объектов в пространстве.
1. Назначение и область применения
Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача – освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с
тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не
требующих высокой квалификации. Гибкие автоматизированные производства,
создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые
человеком-оператором, необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах. Таким образом, промышленные роботы и копирующие манипуляторы являются важными
составными частями современного промышленного производства.
Классификация промышленных роботов
Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:
·
·
по характеру выполняемых технологических операций
o основные;
o вспомогательные;
o универсальные;
по виду производства
o литейные;
o сварочные;
4
кузнечно-прессовые;
o для механической обработки;
o сборочные;
o окрасочные;
o транспортно-складские;
по системе координат руки манипулятора
o прямоугольная;
o цилиндрическая;
o сферическая;
o сферическая угловая (ангулярная);
o другие;
по числу подвижностей манипулятора;
по грузоподъемности
o сверхлегкие (до 10 Н);
o легкие (до 100 Н);
o средние (до 2000 Н);
o тяжелые (до 10000 Н);
o сверхтяжелые (свыше 10000 Н);
по типу силового привода
o электромеханический;
o пневматический;
o гидравлический;
o комбинированный;
по подвижности основания
o мобильные;
o стационарные;
по виду программы
o с жесткой программой;
o перепрограммируемые;
o адаптивные;
o с элементами искусственного интеллекта;
по характеру программирования
o позиционное;
o контурное;
o комбинированное.
o
·
·
·
·
·
·
·
2. Принципиальное устройство промышленного робота
Манипулятор промышленного робота по своему функциональному назначению должен обеспечивать движение выходного звена и закрепленного в нем
объекта манипулирования в пространстве по заданной траектории и с заданной
ориентацией. Для полного выполнения этого требования основной рычажный
механизм манипулятора должен иметь не менее шести подвижностей, причем
движение по каждой из них должно быть управляемым. Промышленный робот
5
с шестью подвижностями является сложной автоматической системой. Эта система сложна как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому в реальных
конструкциях промышленных роботов часто используются механизмы с числом подвижностей менее шести. Наиболее простые манипуляторы имеют три,
реже две, подвижности. Такие манипуляторы значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации, но предъявляют специфические требования к организации рабочей среды. Эти требования связаны с заданной ориентацией объектов
манипулирования относительно механизма робота. Поэтому оборудование
должно располагаться относительно такого робота с требуемой ориентацией.
Рассмотрим для примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижным манипулятором. Основной механизм руки
манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1, 2
и 3 (рис. 1).
Рис. 1. Пример структурной и функциональной схемы промышленного робота с
трехподвижным манипулятором
Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение j10), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S21) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S32). На конце звена 3 укреплено захватное устройство или
схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования
при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну
6
вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение
объекта в пространстве без управления его ориентацией. Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят из двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связи. 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 ui. При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам Dxi, которые поступают в нее с датчиков обратной связи.
Функциональная схема промышленного робота приведена на рис. 2.
Рис. 2. Функциональная схема промышленного робота
3. Основные понятия и определения. Структура манипуляторов.
Геометро-кинематические характеристики
Формула строения – математическая запись структурной схемы манипулятора, содержащая информацию о числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системы координат (системы, связанной с неподвижным звеном).
7
Движения, которые обеспечиваются манипулятором, делятся на:
·
·
·
глобальные (для роботов с подвижным основанием) – движения стойки
манипулятора, которые существенно превышают размеры механизма;
региональные (транспортные) – движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его «рукой», величина которых сопоставима с размерами механизма;
локальные (ориентирующие) – движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуют его «кисть», величина которых значительно меньше размеров механизма.
В соответствии с этой классификацией движений, в манипуляторе можно
выделить два участка кинематической цепи с различными функциями: механизм руки и механизм кисти. Под «рукой» понимают ту часть манипулятора,
которая обеспечивает перемещение центра схвата точки М (региональные движения схвата); под «кистью» – те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения схвата).
Рассмотрим структурную схему антропоморфного манипулятора, то есть
схему, которая в первом приближении соответствует механизму руки человека
(рис. 3).
Рис. 3. Схема антропоморфного манипулятора
Этот механизм состоит из трех подвижных звеньев и трех кинематических пар: двух трехподвижных сферических А3сф и С3сф и одной одноподвижной вращательной В1в.
Рабочий орган – составная часть исполнительного устройства (например,
манипулятора) для непосредственного выполнения технологических операций
и (или) вспомогательных переходов. Рабочий орган ПP выполняется в виде за-
8
хватного устройства, технологического инструмента и различных приспособлений.
Захватное устройство – рабочий орган для непосредственного захватывания и удержания предмета производства или технологической оснастки.
Механический интерфейс – узел крепления захватного устройства к руке манипулятора.
Кинематические пары структурно-кинематичеких (структурных) схем
ПP – это подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев, имеющих несколько соединительных элементов и обеспечивающих перемещение манипулятора в пространстве относительно произвольно выбранных осей координат.
Кинематические пары манипулятора характеризуются: именем или обозначением КП – заглавная буква латинского алфавита (A, B, C и т.д.) либо обозначением по степени подвижности символами: П (поступательная), В (вращательная); звеньями, которые образуют пару (0/1,1/2 и т.п.); относительным
движением звеньев в паре (для одноподвижных пар – вращательное, поступательное и винтовое); подвижностью КП (для низших пар от 1 до 3, для высших
пар от 4 до 5); осью ориентации оси КП относительно осей базовой или локальной системы координат.
Соединительные элементы кинематических пар – составная часть подвижного соединения структурных схем, за счет которых кинематические пары
крепятся между собой. Количество соединительных элементов не превышает
трех и имеет первостепенное значение при построении структурнокинематических схем, как правило, только для переносных степеней подвижности.
Степень подвижности ПР – это его возможность совершать в пространстве перемещения вдоль или вокруг произвольно выбранных осей координат.
Рис. 4
9
Структура кинематической цепи манипулятора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта в пространстве с заданной ориентацией. Для этого
необходимо, чтобы схват манипулятора имел возможность выполнять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. Рассмотрим на объекте манипулирования точку М, которая совпадает с центром схвата.
Положение объекта в неподвижной (базовой) системе координат 0x0y0z0 определяется радиусом-вектором точки М и ориентацией единичного вектора
с
началом в этой точке. В математике положение точки в пространстве задается в
одной из трех систем координат:
- прямоугольной декартовой с координатами xM, yM, zM;
- цилиндрической с координатами rsM, j M, zM;
- сферической с координатами rM, j M, q M.
Перемещение схвата в пространстве можно обеспечить, если ориентировать оси первых трех кинематических пар по осям одной из осей координат.
При этом выбор системы координат определяет тип руки манипулятора и вид
его зоны обслуживания. По ГОСТ 25685-83 определены виды систем координат
для руки манипулятора, которые приведены в табл. 1. Здесь даны примеры
структурных схем механизмов, соответствующие системам координат. Структурные схемы механизмов кисти, применяемые в манипуляторах, даны в табл.
2. Присоединяя к выходному звену руки тот или иной механизм кисти, можно
получить большинство известных структурных схем манипуляторов, которые
применяются в реальных промышленных роботах.
Таблица 1
Системы координат «руки» манипулятора
Прямоугольная (декартова)
Цилиндрическая
10
Окончание табл. 1
Сферическая
Угловая (ангулярная)
Таблица 2
Наиболее распространена ориентация степеней подвижности представлена на рис. 5.
11
Рис. 5. Ориентация кинематических пар и рабочего органа относительно осей
координат
В большинстве случаев конструктивно манипулятор ПР выполняется по
одной из базовых компоновок, изображенных на рис. 6 – 10. На них под буквой
«б» показаны структурно-кинематические схемы, элементы которых приведены
в табл. 3 и 4. Кроме структурно-кинематической схемы, каждый ПР имеет символическое обозначение (формулу), состоящее из переносных и ориентирующих степеней подвижности манипулятора. На рис. 6 ПР обладает тремя поступательными и одной вращательной (ориентирующей) степенями подвижности,
поэтому его символическое обозначение (формула) 1В3П. Для робота на рис. 7
символическое обозначение 2В2П, так как имеются переносные степени подвижности – одна вращательная две поступательные, ориентирующие степени
подвижности – одна вращательная. Формула роботов на рис. 8 и 9 – 2В1П. Для
пятого ПР на рис. 10 символическое обозначение 4В1П.
12
Рис. 6. Конструкция ПР, работающего в прямоугольной системе координат, с
рабочей зоной (а) и его структурно-кинематическая схема (б)
1
Рис. 7. Конструкция ПР, работающего в цилиндрической системе кооринат, с
рабочей зоной (а) и его структурно-кинематическая схема (б)
13
Рис. 8. Конструкция ПР, работающего в сферической системе координат,
с рабочей зоной (а) и его структурно-кинематическая схема (б)
Рис. 9. Конструкция ПР, работающего в ангулярной системе координат,
с рабочей зоной (а) и его структурно-кинематическая схема (б)
14
2
Рис. 10. Конструкция ПР, работающего в ангулярной системе координат,
с рабочей зоной (а) и его структурно-кинематическая схема (б)
Таблица 3
Обозначения структурно-кинематических схем ПР
Элементы
структурнокинематических
и функциональных схем ПР
1
1. Звено (стержень)
2. Неподвижное
крепление звена
Условные обозначения элементов
Принятые в России
Согласно
стандарту JI5
0138 (Япония)
2
3
Количество
степеней
подвижности
ПР
4
Примечание
5
15
Продолжение табл. 3
3. Жесткое (неподвижное) соединение:
а) звеньев
С целью упрощения иногда элемент
жесткого соединения не
показывают,
при этом не
должен меняться физический смысл
кинематической пары и в
целом структурной схемы
б) кинематической пары и
звена
в) двух кинематических пар
4. Подвижное
соединение возвратнопоступательного движения
5. Винтовое соединение поступательного и
вращательного
движения
1
6. Цилиндрическое соединение поступательного и вращательного
движения
7. Плоское
шарнирное соединение вращательного
движения вокруг поперечной (а) и продольной (б)
осей
1
2
2
3
4
Обозначаются
обычно переносные степени подвижности
Поступательное и вращательное движения взаимосвязаны
5
2
Поступательное и вращательное движения независимы
1
Обозначаются
как правило,
переносные
степени подвижности
1
16
Окончание табл. 3
8. Соединение
поступательного и вращательного движения
2
,,
9. Соединения с
двумя вращательными перемещениями:
шаровой шарнир с пальцем
(а), шарнирные
соединения (б)
2
,,
10. Соединения
с тремя вращательными перемещениями
3
11. Кинематическая пара с
одной степенью
подвижности
1
Обозначение
ориентирующих степени
подвижности
12. Кинематическая пара с
двумя степенями подвижности
13. Кинематическая пара с
тремя степенями подвижности
14. Рабочий орган:
а) захватное
устройство;
б) технологический инструмент
2
,,
3
,,
2
3
а) карданный
шарнир, шарнир Гука
б) зубчатая
диф. передача
17
Таблица 4
Типы крепления ПР с элементами установок и условными обозначениями
Способ установки (крепления) ПР
1
1. Установка
на основании,
на полу
2. Установка
на колонне на
полу
Эскиз
Условное обозначения
Символ
2
3
4
ОП
КП (ПК)
ПТ
3. Подвесной
крепление к
потолку
18
Окончание табл. 4
СК
4. Крепление к стене
на кронштейне
ПРТ
5. Портальный
Этапы и основные способы построения структурно-кинематических схем
ПР приведены в табл. 5., при этом их правильность проверяется по трем условиям:
1. Структура ПР должна быть замкнутой, т.е. начинаем построение со способа крепления и установки (табл. 4), а заканчиваем рабочим органом.
2. У кинематической пары должен оставаться свободный соединительный
элемент. Исключением является кинематическая пара портального крепления ПР, позволяющая последнему двигаться от одной стойки крепления к другой, а также различные виды шарнирных соединений (табл. 3).
3. Рабочий орган должен совершать все перемещения (степени подвижности), представленные на схеме.
Принцип построения структурно-кинематических схем ПР – последующую кинематическую пару необходимо подсоединять к подвижному звену
предыдущей.
19
Таблица 5
Этапы и способы построения структурно-кинематических схем ПР
Bz
1- крепление ПР- ОП
2- символическое (буквенное) обозначение ПР- 2В3П:
а) переносные степени подвижности – Пх, Вz, Пу,Пz;
б) ориентирующие степени подвижности- Вх
3- ориентация рабочего органа (ЗУ)
ПР –z
Пy
Пx
Пz
Bx
Передвижение манипулятора по степеням подвижности
Си
мв
ол
1
2
Вz
1.
Способы построения структурно-кинематических схем
ПР
первый
второй
третий
3
4
а)
б)
2.
Пу
3.
Пх
5
–
20
Окончание табл. 5
4.
Пz
5.
Вх
4. Задание по работе
4.1. Ознакомиться с назначением и классификацией ПР.
4.2. Рассмотреть структуру робота с трехподвижным манипулятором.
4.3. Изучить основные понятия и определения робототехники.
4.4. Изучить используемые системы координат руки манипулятора.
4.5. Рассмотреть базовые компоновки ПР.
4.6. Научиться составлять структурно-кинематические схемы ПР.
5. Содержание отчета
5.1. Название и цель работы.
5.2. Таблица классификации роботов.
5.3. Робот с трехподвижным манипулятором.
5.4. Схемы систем координат руки манипулятора.
5.5. Схема ориентации кинематических пар и рабочего органа относительно осей координат.
5.6. Схемы ПР, работающих в прямоугольной, цилиндрической, сферической, ангулярной системах координат.
5.7. Обозначения структурно-кинематических схем ПР.
5.8. Таблица с типами крепления ПР с элементами установок и условными обозначениями.
21
5.9. Пример этапов и способов построения структурно-кинематических
схем ПР.
5.10. Разработать структурно-кинематическую схему ПР согласно варианту задания:
Вариант
1
2
3
1В2П/ПРТ/-Z
1В2П/ПРТ/-Z
1В1П/ПРТ/-Z
Формула
1В3П/КП/+Y
1В3П/ПТ/-Y
1В2П/ПТ/+Y
Формула
1В1П/СК/+Y
1В1П/СК/-Y
1В2П/СК/+Х
Формула
A1вzB2пzС3вyD4вх/КП/–Z ВzВyПyПxВyПy/КП/–X
Формула ВхВzПyПzВyПx/ОП/+X
Вариант
4
5
6
2В1П/ПРТ/-Z
2В2П/ПРТ/-Z
2В3П/ПРТ/-Z
Формула
1В1П/ПТ/+Z
2В2П/ПТ/-Х
2В2П/ПТ/+Х
Формула
2В/СК/-Z
2П/СК/+Х
2В1П/СК/+Y
Формула
Формула
ПyПyВzПzПxВz/СК/–Z
ВyПyВzПxВyПz/КП/–Z ВzПyПxВzПyВy/СК/–Z
Вариант
7
8
9
2В1П/ПРТ/-Х
1В2П/ПРТ/+X
1П/СК/+Y
Формула
2В2П/СК/-Y
3В1П/КП/+Y
3В2П/ОП/-Z
Формула
3В2П/ОП/-Z
4В/КП/-Z
1В3П/ПРТ/-Z
Формула
Формула ВyПyПxВzПyВy/ПТ/+Y
ПzВyПxВzПyВy/ОП/+Y ПzПzВyПyПxВy/ОП/+Z
Вариант
10
11
12
1В2П/ОП/+Z
1В3П/ПТ/-Z
3В3П/ПРТ/-Y
Формула
3В/ПТ/+X
3В/ОП/-Y
4П/СК/+X
Формула
1В2П/ПРТ/-Y
1В2П/СК/+Х
2В1П/ПТ/-Z
Формула
Формула ПzВyПyПxВzПyВy/СК/–Y ВyВyПzПyПxВz/ПТ/–Z
ВyВzВхПxВz/ПРТ/–Z
Вариант
13
14
15
3П/ПРТ/-Z
1В3П/ПРТ/-Z
1В1П/ПРТ/-X
Формула
1В1П/ПТ/-Z
2В1П/ПТ/+Z
3П/ПРТ/+Z
Формула
2В/СК/+Y
1В1П/СК/-Х
2В2П/КП/-Z
Формула
Формула
ПyПzПхВxПz/ПРТ/–Z
ПxВzВyВхВz/ПРТ/+Z
ПyВyВzПyВyПx/СК/+Z
Вариант
16
17
18
2П/ПРТ/-Z
1П/ПРТ/-Z
3В/ПРТ/+Z
Формула
1В2П/ПТ/-Y
2В1П/ПТ/-Z
2В2П/ОП/+Y
Формула
1В2П/СК/-Х
1В2П/СК/-Y
1В2П/ПТ/-Z
Формула
ВxВyВzВyВz/ПРТ/+Y
ПyПyВzПxВzВy/ПТ/–Z
Формула ПzВyПxВzПyВyПx/ОП/–Z
Вариант
19
20
2В2П/СК/+Y
5В/СК/+Y
Формула
4В1П/КП/+Z
4В/ОП/+Y
Формула
2В/ПРТ/-Z
1В4П/ПРТ/-Z
Формула
A1вyB2пzС3вxD4вzE5пx/ПТ/
Формула ВzВzПyВyВxПy/ОП/+Z
–Y
22
6. Контрольные вопросы, выносимые на защиту работы
6.1. Понятие промышленного робота и манипулятора.
6.2. Классификация промышленных роботов.
6.3. Основные понятия и определения робототехники.
6.4. Применяемые системы координат «руки» манипулятора.
6.5. Обозначения структурно-кинематических схем ПР.
6.6. Крепление промышленных роботов.
6.7. Этапы и основные способы построения структурно-кинематических
схем ПР.
Лабораторная работа № 2
Построение рабочей зоны промышленного робота
Цель работы: разработка схем рабочей зоны промышленного робота.
Рабочая зона ПР – пространство, в котором может находиться рабочий
орган манипулятора при выполнении работы.
Рабочую зону характеризуют линейные (поступательные) и угловые
(вращательные) перемещения подвижных звеньев манипулятора. Конфигурация и размеры рабочей зоны ПР определяются размерами, формой и расположением рабочих и технологических позиций обслуживаемого оборудования.
Примеры построения рабочей зоны ПР приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
Структурное построение рабочей зоны ПР
Bz
Пz
Пy
Пx
Bx
z
z
КП/2В3П/-х
Переносные степени подвижности: Вz,
Пz, Пу, ориентирующие - Пх, Вх.
23
1
1.
Передвижение манипулятора
по степеням подвижности
Характер перемещения
Виды движения
2
3
Возвратно
поступательное
относительно оси
z
4
Пz
2.
-
3.
4.
Этапы построения рабочей зоны
Символ
Степень движения
Продолжение табл. 1
Возвратно
поступательное
относительно оси
у
Пz
Пу
Пу
5
24
Окончание табл. 1
Вращательное
относительно оси
z
5.
Вz
α=
180°
Таблица 2
Структурное построение рабочей зоны ПР
Bz
B¢x
R2
z
B¢¢x
R1
Bx
1
1.
Передвижение манипулятора
по степеням подвижности
Характер перемещения
Виды движения
Этапы построения рабочей зоны ПР
Символ
Степень движения
ОП/4В/+у
Переносные степени подвижности:
Вz,Вх, В¢х, ориентирующие - B²х.
2
3
Исходное
положение
4
5
25
Окончание табл. 2
2.
3.
4.
5.
Вращательное в
шарнире I
относительно оси
х
Вращательное в
шарнире 2
относительно оси
х
Вращательное в
шарнире I
относительно оси
х
Вращательное
относительно оси
z
Вх
Вх=
45°
В¢х
В¢х=
90°
Вх
Вх=
45°
Вz
Вz
=
180°
26
1. Задание по работе
1.1. Ознакомиться со способами построения рабочей зоны ПР.
1.2. Разработать схему рабочей зоны ПР по заданию преподавателя.
2. Содержание отчета
2.1. Название и цель работы.
2.2. Примеры структурных построений рабочих зон ПР.
2.3. Схема рабочей зоны ПР согласно варианту задания (предварительно
построить структурно-кинематическая схему ПР):
Вариант
Формула
Вариант
Формула
Вариант
Формула
Вариант
Формула
1
2
3
4
5
2П/ПРТ/-Z
1В1П/КП/+Y
1В1П/ПТ/-Z
2В/СК/-Z
3П/СК/-Х
6
7
8
9
10
1В2П/СК/+Y
1В2П/ОП/-Z
1В2П/КП/+Y
2В1П/СК/-Х
2В1П/ПРТ/+Y
11
12
13
14
15
3П/ПРТ/-Z
2В1П/ПТ/-Z
1В2П/ПТ/-Z
2В/ПТ/+Y
2В/ОП/+Х
16
17
18
19
20
1В1П/СК/-Х
3В/ОП/-Y
4П/ОП/-Z
1В3П/ОП/+Y
2В/ОП/+Z
3. Контрольные вопросы, выносимые на защиту работы
3.1. Определение рабочей зоны промышленного робота.
3.2. Этапы построения рабочей зоны.
Лабораторная работа № 3
Изучение устройства и конструкции робота-штабелера
Цель работы: ознакомление с электрической схемой, тумблерами управления,
приобретение практических навыков управления роботом.
1. Описание робота-штабелера
Робот-штабелер предназначен для погрузки и разгрузки плитных материалов. Его основными элементами являются шкаф автоматики 1, пульт ручного управления 2, манипулятор 3, корзина захвата 4, двигатели 5 (рис. 1).
27
Рис. 1. Схема промышленного робота
2. Описание электрической схемы и тумблеров управления.
Автомат А1, расположенный на двери электрического шкафа, подает напряжение на робот (рис. 2).
Питание схемы управления осуществляется от трансформатора Т1,
имеющего выводы на 127 В и 220 В.
Кнопки управления роботом S1 ¸ S8 и S15 ¸ S18 (рис. 3) расположены на
выносном пульте управления (рис. 1).
При нажатии кнопки S1 катушка пускателя К1 оказывается под напряжением и замыкает контакты К1, при этом двигатель М1 получает питание и происходит движение каретки вверх. Кнопка S1 блокируется нормальноразомкнутым контактом К1.1 пускателя К1. Кнопка S2 осуществляет остановку
движения каретки вверх.
При нажатии кнопки S3 катушка К2 получает питание и происходит пуск
двигателя М2, при этом каретка перемещается вверх от двух двигателей, т.к. в
цепи катушки К1 находится нормально-разомкнутый контакт катушки К2. Ос-
28
тановка ускоренного подъема от двух двигателей производится нажатием кнопки S4.
На вертикальной стойке робота текстолитовые пластинки, а на каретке
конечные выключатели S9 и S10 выплняют роль ограничения движения каретки вверх. При их срабатывании катушка К5 получает питание и разрывает свой
нормально-замкнутый контакт в цепи катушек К1 и К2, при этом происходит
остановка двух двигателей при их работе на подъем каретки.
Аналогичным образом работает схема перемещения каретки вниз. Конечные выключатели S11 и S12 предусмотрены для останова каретки в нижней
точке.
При нажатии кнопки S15 происходит сжимание корзины, т.к. катушка К9
получает питание и кнопка S15 блокируется нормально-разомкнутым контактом К9.1. Остановка двигателя М3 осуществляется кнопкой S16. В схеме предусмотрены конечные выключатели, ограничивающие раскрытие и закрытие
корзины (S13 и S14).
Расжимание корзины осуществляется при нажатии кнопки S17.
3. Задание по работе
3.1. Разобраться с работой электрической схемы и тумблерами управления.
3.2. Включить питание робота и выполнить возможные манипуляции с
захватом.
3.3. Измерить время и расстояние перемещения захвата, определить линейную скорость при движении вверх, вниз.
3.4. Определить коэффициент передачи: частота вращения двигателя линейная скорость.
4. Содержание отчета
4.1. Начертить структурную схему робота.
4.2. Начертить электрическую схему с указанием кнопок неисправностей.
4.3. Указать на структурной схеме кнопки 9 - 14.
4.4. Определить и записать линейную скорость, коэффициент передачи.
5. Контрольные вопросы, выносимые на защиту работы
5.1. Условные обозначения элементов реле, кнопок и тумблеров включения.
5.2. Отличия принципа действия синхронных и асинхронных электродвигателей, какие двигатели использованы в работе.
5.3. Назначения двигателей М1 и М2.
5.4. Какие нарушения будут в работе робота при перегорании катушек
или «залипании» контактных групп реле К1 – К4.
29
5.5. Объяснить назначение выключателей 9 и 10, показать их место расположения на роботе.
5.6. Какое напряжение считается безопасным для человека и почему?
~380
A1
A
B
C
K1
N
M1
T1
~127B
K3
~220B
K2
M2
K4
K9
K10
M3
Рис. 2. Схема приводов промышленного робота
30
~127В
N
S1
К1
K1.1
S2
K2.2
S3
K2
S4
K2.1
K3.2 K3.4 K5
S5
K3
K3.1
K4.2
S6
S7
K4
S8
K4.1
K1.2 K2.3 K6
S9
K5
S10
S11
K6
S12
K7
S13
K8
S14
~220B
K9
N
S15
S16
K9.1
K10.2
K7
K9.2
K8
S17
K10
S18
K10.2
Рис. 3. Схема пульта управления ПР
31
Лабораторная работа № 4
Учебно-имитационная программа управления роботом-переносчиком
грузовых складских контейнеров «ROBOTICS»
Цель работы: разработка программы автоматической переноски и загрузки
контейнерами складского помещения.
1. Назначение программы
Учебно-имитационная программа «ROBOTICS» демонстрирует
возможности роботоподобного механизма, предназначенного для переноски и
оптимальной загрузки складского помещения прямоугольными контейнерами
стандартной формы. На примере этой программы можно получить представление о системе управления промышленными роботами.
2. Описание аппаратно-программной среды
Программа «ROBOTICS» работает на любой IBM-совместимой
ПЭВМ под операционной системой Windows. Наиболее выгодно с точки зрения быстродействия и графического интерфейса программа функционирует на
процессоре Pentium и достаточном пространстве оперативной памяти. Программа написана на языке Turbo Basic. Общий объем дисковой памяти программы ( .ехе -файл и .dat - файлы образов графических объектов) около
107,8Kb.
3. Описание работы программы
3.1. Главное меню
При запуске исполняемого файла ROBOTICS.EXE пользователь получает следующий экран (рис. 1):
32
Рис. 1. Экран выбора режимов работы программы
Мигающий курсор-стрелка в прямоугольнике в правой части экрана
предоставляет возможность выбора режима работы.
3.1.1. Режим "РУЧНОЙ"
Наиболее нагляден на первых этапах ознакомления с программой режим "РУЧНОЙ". Его выбор приводит к основному экрану (рис. 2).
Рис. 2. Экран ручного режима работы
Робот представлен в виде строго горизонтально перемещаемого модуля с телескопическим манипулятором-захватом. Управление манипулятором производится с помощью клавиатуры. Действия, производимые роботом при нажатии
клавиш, описаны в последней строке экрана. На "пульте управления", расположенном в правой части экрана, отображаются текущие {X;Y} – координаты ма-
33
нипулятора, а также нажатая в данный момент клавиша управления (изображена в инверсном виде).
С помощью клавиш управления ("стрелки влево-вправо") модуль позиционируется по горизонтали к нужному месту.
При нажатии и удержании клавиш "стрелки вверх-вниз" происходит выдвижение-втягивание телескопического захвата.
Захват раскрыватся нажатием клавиши <Insert>.
Рис. 3. Экран захвата контейнера в ручном режиме
Клавишей "стрелка-вниз" захват опускается на контейнер и по клавише
<Delete> захватывает контейнер (рис. 3). Далее телескопический стержень захвата втягивается на нужную величину и груз перемещается к нужной позиции,
где опускается с освобождением захвата (рис. 4).
Рис. 4. Перемешение контейнера к нужной позиции
34
Возможные критические ситуации, возникающие при работе с манипулятором, рассматриваются ниже в п. 3.2.
3.1.2. Режим "АВТОМАТ"
Управление манипулятором в режиме "АВТОМАТ" происходит по
предварительно составленной в режиме "ПРОГРАММА" (и далее во внутреннем меню "РЕДАКТОР") программе. При выполнении заданной программы в
прямоугольнике справа (имитация пульта управления) отображаются координаты манипулятора и выполняемая в данный момент команда программы. Прервать исполнение программы можно клавишей <Esc>.
3.1.3 Режим "ПРОГРАММА"
При выборе этого пункта в Главном меню пользователь получает следующий экран и дополнительное меню:
РЕДАКТОР
ОЧИСТИТЬ
ПЕЧАТЬ
ВОЗВРАТ
3.1.3.1. РЕДАКТОР
Происходит переход в окно редактирования для создания программы.
Программа состоит из строк, каждая из которых описывает одно элементарное действие, производимое роботом (рис. 5).
Рис. 5. Режим «РЕДАКТОР»
35
Числа в левой части окна – номера строк программы (000-499). Для команды отводится 5 знакомест, причем на первом месте может находиться только символ латинского алфавита или пробел.
Таким образом, структура команды:
Xn, где X - наименование команды, n – число, указывающее количество
шагов, на которое перемещается манипулятор (для отдельных команд n может
отсутствовать; пробел между X и n может также отсутствовать):
Un – движение манипулятора вверх (n – число, указывающее количество
шагов);
Dn – движение манипулятора вниз;
Rn – движение манипулятора вправо;
Ln – движение манипулятора влево;
О – открыть захват;
С – закрыть захват;
В – позиционировать манипулятор в начальную точку с координатами
(149:114);
S – завершение программы.
Пример команды: L 20 – перемещение манипулятора влево на 20 единиц.
Клавиши команд редактора:
Стрелки "вниз-вверх-вправо-влево" – перемещение курсора;
<Enter> – переход в начало следующей строки;
<Esc> – возврат в дополнительное меню;
<Таb> – переключение между режимом РЕДАКТОР и дополнительным
меню (активизируется после первого входа в редактор);
<Пробел> – удаление неверно введенного символа.
3.1.3.2. ОЧИСТИТЬ
Введенная программа удаляется из памяти. Внимание! Дополнительного
подтверждения не запрашивается!
36
3.1.3.3. ПЕЧАТЬ
Введенная программа может быть распечатана на принтере.
3.1.3.4. ВОЗВРАТ
Переход в главное меню (аналог клавиши <Esc>).
3.1.4. Режим "ИНСТРУКЦИЯ"
Выводится инструкция. Листание страниц производится клавишами
<PageUp> и <PageDown>. <Esc> — Возврат в Главное меню.
3.1.5. ВЫХОД В ДОС.
Прекращение выполнения программы ROBOTICS, возврат в операционную систему.
3.2. Критические ситуации при работе в ручном и автоматическом режимах
Возможны следующие ситуации:
1. Попытка выйти за границы рабочей зоны манипулятора: в
нормальном состоянии координата X находится в диапазоне
1.00 - 229, Y – в диапазоне 114 - 252.
2. Столкновение манипулятора с контейнером.
3. Столкновение захваченного объекта со свободным при движении манипулятора.
4. Попытка перемещения контейнера без отрыва от поверхности.
В критических ситуациях 1-4 в ручном режиме выдается предупредительный звуковой сигнал. От оператора требуется принятие решения и корректирующее перемещение робота.
В автоматическом режиме выдается сообщение об ошибке и происходит
прерывание выполняющийся программы.
Установка контейнера в неуравновешенное состояние вызывает его падение. Повторный захват данного контейнера невозможен.
Освобождение захвата на высоте, превышающей в 2 раза высоту самого
контейнера.
В этом случае выдается предупредительное сообщение на экране и звуковой сигнал.
4. Практическое применение программы
Можно, масштабируя реальные размеры конкретного склада и заданное
количество контейнеров, разработать и "проиграть" оптимальную последовательность действий по оптимальной загрузке склада. Эта последовательность
действий может быть записана в виде некоторой программы на простейшем
языке управления механизмами и воспроизведена в автоматическом режиме.
Программа может быть использована в ручном режиме в качестве тренажера в
различных вариантах. Например:
- работа при заданном количестве и некотором исходном расположении
контейнеров на время выполнения конкретной задачи складирования;
- работы "вслепую": левая, "изобразительная" часть экрана закрывается
полоской бумаги, и оператор, имея образ своих действий в виде переменных координат робота, пытается решить задачу перестановки контейнеров;
- оптимальное взаимное перемещение различных складских зон и т.п.
5. Задание по работе
5.1. Ознакомиться с инструкцией и режимами работы программы.
5.2. В ручном режиме записать команды и количество шагов для выполнения
операций перемещения контейнера по варианту задания:
№ варианта
Задание по работе
1
Поменять контейнеры местами
2
Установить синий контейнер на правую полку, красный на левую
3
Установить синий контейнер на левую полку, красный на правую
4
Переместить синий контейнер на правую полку, красный установить на синий контейнер.
5
Переместить красный контейнер на правую полку, синий устано-
38
6
7
8
9
10
вить на красный контейнер.
Переместить синий контейнер на левую полку, красный установить на синий контейнер.
Переместить красный контейнер на левую полку, синий установить на красный контейнер.
Установить красный и синий контейнеры в центр помещения и
далее переместить синий контейнер на правую полку, красный на
левую
Установить красный и синий контейнеры в центр помещения и
далее переместить синий контейнер на левую полку, красный на
правую
Реализовать динамическую перестановку контейнеров
5.3. В режиме «ПРОГРАММА» реализовать алгоритм полученный в п. 5.2.
5.4. В автоматическом режиме выполнить разработанную программу.
6. Содержание отчета
6.1. Название и цель работы.
6.2. Назначение программы «ROBOTICS».
6.3. Описание ручного ркжима работы программы.
6.4. Описание команд автоматического режима.
6.5. Текст программы по варианту задания.
7. Контрольные вопросы
7.1. Назначение и применение программы «ROBOTICS».
7.2. Команды автоматического режима.
7.3. Критические ситуации, возникающие при работе программы.
39
Библиографический список
Основная литература
1. Юревич Е. И. Основы робототехники [Текст] : рек. УМО вузов по унив.
политехн. образованию в качестве учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений / Е. И. Юревич . – 2-е изд. – СПб. : БХВ-Петербург, 2007. – 416 с.
2. Иванов, А. А. Основы робототехники [Текст] : рек. УМО по образованию в обл. автоматизир. машиностр. (УМО АМ) в качестве учеб. пособия для
студентов высш. учеб. заведений / А. А. Иванов. – М. : Форум, 2012. – 224 с.
Дополнительная литература
3. Кочетов В.И. Системы ЧПУ и робототехника [Текст]: учеб. пособие /
В.И. Кочетов; Фед. агенство по образованию, Гос. образовательное учреждение
высш. проф. образования, Воронеж. гос. лесотехн. акад. – Воронеж, 2005. – 155
с. + электронный вариант.
Учебное издание
Грибанов Андрей Анатольевич
Роботы и манипуляторы в лесном комплексе
Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 150405.65 – Машины и оборудование лесного комплекса
Редактор
Подписано в печать
Формат бум. 60/90
1/16.
Усл.п.л. 3,0. Уч.-изд.л. 3,77.
Заказ №
Тираж экз.
Воронежская государственная лесотехническая академия
РИО ВГЛТА. УОП ВГЛТА. 394613 г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
32
Размер файла
977 Кб
Теги
комплекс, робота, лесной, грибановой, манипуляторов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа