Гибкие токарные модули часто нуждаются в манипуляторах портальной (двухстоечной) компоновки — для захвата и зажима цилиндрических заготовок

В отличие от гибких модулей с обрабатывающим центром в данном случае обтачиваемые детали фиксируются исключительно в месте обработки ЧПУ, например многоцелевой агрегат, дополнительно оснащенный металлообрабатывающими станками, механизмами смены поддон и транспортной системой для инструментов и заготовок

По экономическим причинам оснащение отдельного производственном модуля все более объемными накопителями для инструментов норой оказывается абсолютно нецелесообразным. Лучше оставить уже существующий накопитель с его небольшой емкостью, а прочие необходимые инструменты забирать из расположенного в центре инструментального магазина.

В течение машинного времени манипуляторы извлекают уже использованные инструменты из накопителей и заменяют их новыми из центрального инструментального магазина. При больших партиях изделий и комплексных задачах обработки можно, используя кассетный накопитель, заменять cpaзy целые узлы — передние бабки и многошпиндельные головки. Правда, это требует определенных затрат на решение задач по организации производства, с чем может справиться только относящееся к данному модулю автономное вычислительное устройство.

Гибкие производственные модули на базе обрабатывающего центра целесообразно используют в качестве накопителя инструментов известную систему перемещения поддонов.

Зажим заготовок может осуществляться как вручную (силами оператора), так и автоматически (с помощью специального устройства перемещения и подачи деталей). В ходе этого процесса заго­товки сортируются таким образом, что­бы на каждую деталь приходилось по одному зажимному приспособлению.

Общий цикл прохождения поддо­нов может превышать продолжитель­ность рабочей смены, так как гибкий производственный модуль способен функционировать без вмешательства оператора.

Понятно, что это требует наличия определенного контрольно-измеритель­ного оборудования, в частности, для:

5.1.3.28 измерения инструментов в пределах машины,

5.1.3.29 автоматического контроля состояния инструментов с учетом их стойкости

5.1.3.30 автоматического измерения заготовок.

Гибкие токарные модули часто нуждаются в манипуляторах портальной(двухстоечной) компоновки — для захвата и зажима цилиндрических заготовок.

В отличие от гибких модулей с обрабатывающим центром в данном случае обтачиваемые детали фиксируются исключительно в месте обработки

52. Гибкие автоматические линии.

Гибкие автоматические поточные линии Гибкая автоматическая поточная линия достигает высшей степени произво­дительности среди всех известных гибких производственных систем; что же касается ее гибкости, то она несколько ограничена по причине жесткой свя­зи между компонентами. В зависимости от расположения станков с ЧПУ в пределах транспортной системы различают.

-последовательную компоновку и

-параллельную компоновку.

Последовательная компоновка приближается к традиционным ав­томатическим поточным линиям: несколько станков включены после­довательно друг за другом и пооче­редно выполняют задачи обработ­ки разных заготовок одной серии. Такие станки в значитель­ной мере настроены на конкретную серию изделий.

Это, безусловно, является оп­ределенным ограничением с точки зрения гибкости, что влечет за собой серьезные недостатки.

- при выходе из строя одной машины вынужденно останавливается вся поточная линия

В таком случае используют (хотя и в ущерб производительности) параллельное, или смешанное (параллельно-последовательное) расположение, при кото­ром одна заготовка еще до своей окончательной обработки способна иници­ировать запуск любых станков с ЧПУ В этом случае при выходе из строя одного станка работу берет на себя другой станок.

Важным и весьма капиталоемким компонентом такой установки является используемая здесь система транспортировки заготовок, обеспечивают перемещение деталей от позиции зажима к отдельным позициям обработки и далее вплоть до конечной позиции.

53. Промышленные роботы.

Классификация роботов

Многочисленные манипуляционные устройства внешне зачастую выгля­дят очень похожими, но могут сильно различаться по уровню управления, способу программирования и области применения. Например автоматизиро­ванные манипуляторы, автоматы для выполнения задач типа Pick-and-Play («взять-и-положить»), обслуживаю­щие и сервисные роботы и, наконец, промышленные роботы

Ро­боты — это автоматы универсального типа, способные выполнять движе­ния с множеством траекторий.

Эти движения свободно програм­мируются в смысле их последователь­ности и траектории. Механического вмешательства, например для пе­рестановки предельных выключателей Кроме того, траектории движений и последо­вательность их выполнения могут уп­равляться с помощью сенсоров.

Обслуживающие роботы пред­ставляют собой самоходные автоматы для обслуживания технологических линий, сервисные роботы рассчи­таны преимущественно для работ в сфере службы быта.

Манипуляционные автоматы с жестким программированием находят применение в случае неизменяемых двигательных процессов, например при загрузке пресса или монтаже серийных изделий.

54. Системы координат роботов.

Тип, расположение и число подвижных единиц (осей) у робота определяет не только его внешний вид, но также его рабочее пространство и затраты на технику управления. Подвижными единицами являются шарнирные соединения (вращательные оси, оси R) или прямолинейные направляющие (передаточные оси, оси Т).

Для достижения разных точек в пространстве требуется три оси так называемые основные оси, образующие собственно механическую руку

Для установки захватного механизма или инструмента в любом направлении рабочего пространства (для собствен­но ориентации) требуется еще три оси: это будут, так сказать, оси «запястья», которые всегда являются ротационны­ми

Для установки робота в опре­деленной позиции в его рабочем пространстве нужно в целом шесть осей — в соответствии с шестью сте­пенями свободы движения «тела» ро­бота в пространстве.

При этом следует различать три степени свободы для позициониро­вания, например с координатами X, Y, Z, и три степени свободы для ори­ентации с осями вращения: D — для движения качения, Е — для движения наклона (кивания) и Р — для движе­ния качания (рис. 647).

Системы координат Для управления движениями робота требуется его точное описание в отно­сящемся к нему рабочем пространстве — с принятием во внимание изделий, с которыми будет иметь дело данный робот. Такое описание включает в себя положение робота относительно его окружения с учетом возможных манипу­ляций с соответствующими деталями и производится на основе прямоуголь­ных, то есть декартовых координат Системы координат, предлагаемые пользователю для управления движениями и программирования роботов, называют координатными системами программирования, или координатными системами пользователя.

Система координат мира

Исходная системе координат, введенная во внешнем мире робота. В случае роботов, не меняющих свое местоположение, такая система описывает роботизированную ячейку с помощью координатных осей Х_we,Y_we, Z_we, причем ось Z направлена вертикально вверх. Установленная однажды, эта система координат не претерпевает уже никаких изменений.

Система координат, связанная с основанием робота Эта система координат отнесена к конкретному роботу и обычно определясь»! ся с таким расчетом, чтобы относящаяся сюда монтажная площадка располагалась в плоскости X_RB-Y_RB, а ось Z_RB приходилась на центр робота.

Если робот устанавливается на ровной поверхности и ориентируется в ризонтальном и вертикальном направлениях, то между системой координат мира и системой координат, связанной с основанием робота, возможен лшиь один сдвиг и одно проворачивание относительно оси Z. У многих роботов система координат основания может изменяться, с учетом машинных данных, во всех 6 степенях свободы, так что и в случае наклонно установлениями робота можно получить абсолютно вертикальную ось Z_RB.

Часто проблемой становится точное выравнивание системы координат, связанной с основанием робота, так как — в отличие от станка — здесь отсутствуют плоскости для установки уровня, а центральная часть робота остается недоступной для измерительных приборов.

Система координат, связанная с фланцем Связанная с фланцем система координат относится к последней оса с координатами Х_п, Y_n и Z_n. Относительно этой системы координат центрируются все имеющиеся инструменты и захватные устройства руки роботы. На основе схемы расточки фланца определяется положение оси X_R и оси Z_R проходит по центру фланца вдоль шестой оси робота. Система координат, связанная с фланцем, устанавливается на основе машинных данных при вводе робота в эксплуатацию, причем учитывается возможное удлинение его механической руки

Система координат, связанная с инструментом, и центр инструмента Оси системы координат, связан­ной с инструментом, скрещиваются в центральной точке инструмента TCP (англ. Tool Center Point) — с ориен­тацией в пространстве относитель­но системы координат, связанной с фланцем (рис. 670). Перемещение центра инструмента обозначается как траектория движения робота, а вырав­нивание в пространстве системы ко­ординат, связанной с инструментом — как ориентация робота. Скорость центральной точки инструмента есть скорость движения рабочего орга­на робота по заданной траектории. Параметры координат робота X, Y и Z с дирекционными углами А, В и С соотнесены с базовой системой коор­динат — например системой коорди­нат, связанной с основанием робота, или системой координат, связанной с основанием изделия.

Система координат, связанная с основанием заготовки Система координат, связанная с осно­ванием заготовки, определяет поло­жение последней и жестко привязана к системе координат мира.

При автономном программировании манипуляционных задач робота разра­ботка программы осуществляется в большинстве случаев именно в этой систе­ме координат, которая характеризует чаще всего положение стола или крепеж­ной ПЛИТЫ.

Система координат, связанная с обрабатываемым изделием Эта система координат описывает изделие с точки зрения его геометрии. Она жестко привязана к системе координат, связанной с основанием заготовки, и в большинстве случаев сдвинута относительно нее только параллельными осями. Координатные данные программ роботов целесообразно отнесены к сис­теме координат, связанной с обрабатываемым изделием.

+55 вопрос

55. Кинематические схемы роботов.

Роботы классифицируются в за­висимости от их кинематики, то есть способа выполнения движений.

При кинематике типа ТТТ три ос­новные передаточные оси (3 х transla­tion), начиная с опорной поверхности робота, следуют друг за другом (рис. 648). Такой тип роботов используют чаще всего в качестве портальных ме­ханизмов для погрузки-выгрузки под­донов и проведения разных монтаж­ных работ. У них квадратное рабочее пространство, а длина граней такого квадрата соответствует длинам осей X, Y и Z. Для выполнения прямоли­нейных движений в этом рабочем про­странстве отдельные оси должны пере­мещаться с разными, но стабильными скоростями. Управление такими робо­тами напоминает систему управления фрезерными станками с ЧПУ. При индивидуальном управлении осями в ручном режиме создаются отдельные сегменты прямолинейного движения в декартовой системе координат.

При кинематике типа RTT (1 х rotation + 2 х translation) две передаточ­ные оси насажены на одну вращательную ось. Поворотная колонна (первая ось) несет на себе передаточ­ную ось (вторая ось) для достижения вертикальной установки по высоте, а та, в свою очередь, удерживает еще одну передаточную ось (третья ось) для определения дальности действия в радиальном направлении. Рабочее пространство имеет здесь цилиндри­ческую форму. Когда в ручном режи­ме осями управляют индивидуально, получают для второй и третьей осей по одному сегменту прямолинейно­го движения, а для первой оси — дугу окружности, лежащую в плоскости X/Y. Чтобы выполнить программи­рование робота обычным способом с прямоугольными координатами X, Y, Z и дать ему возможность переме­щаться вдоль этих осей, системе уп­равления роботом приходится непре­рывно производить преобразования декартовых координат в полярные (машинные) координаты.

Роботы с кинематикой типа RRT (2 х rotation + 1 х translation) имеют, например одну ось вращения в качес­тве первой оси, одну поворотную ось в качестве второй оси и одну пере­даточную ось в качестве третьей оси (рис. 650). Здесь рабочее пространс­тво имеет форму полусферы. При ин­дивидуальном управлении первыми двумя осями получают сегменты кру­гового движения для каждой из них. Чтобы выполнить программирование робота обычным способом с прямо­угольными координатами X, Y, Z и дать ему возможность перемещаться вдоль этих осей, необходимо непре­рывно Также и робот в исполнении по рис. 651 имеет в качестве передаточ­ной оси не линейную направляю щую, а шарниры, выполненные по типу параллелограмма. Робот такой конструкции способен далеко вытя­нуть свою длинную тонкую «руку» в виде консоли и особенно удобен при выполнении точечной сварки кузо­вов автомобилей с использованием сварочных клещей.

Для монтажных роботов часто на­ходит применение кинематика RRT с горизонтальным автооператором. Базируясь на двух вращательных осях, за перемещающейся в горизон­тальном направлении консолью сле­дует передаточная ось для вертикаль­ного движения подъема (рис. 652). Рабочее пространство здесь — ци­линдрической формы.

Такая конструкция робота позво­ляет ему достигать высоких усилий для состыковки в вертикальном на­правлении, так как данные усилия не воспринимаются приводами шарни­ров. В горизонтальном же направле­нии эти роботы могут обеспечивать определенную податливость. Обычно подобные роботы обладают лишь одной «кистевой» осью для поворо­та заготовки, то есть имеют в общей сложности всего четыре оси. Они известны под названием SCARA (от англ. Selective Compliance Assembly Robot Arm — монтажный автоопера­тор с избирательной податливостью).

При кинематической схеме RRR (3 х rotation) все движения выполня­ются через шарнирные соединения, то есть речь идет о так называемых шарнирных роботах (рис. 653). С точ­ки зрения их рабочего пространства они занимают минимум площади, и для выполнения своих быстрых дви­жений им достаточно минимальных сил ускорения. При равных ускоряющих массах и соответственно одинаковых силах инерции, конструкция таких роботов отличается большей жесткостью и надежностью, чем у роботов с иной кинематикой.

Конструктивное исполнение большей части роботов основано именно на кинематике RRR. Такие роботы могут быть самых разных габаритов и обладают грузоподъем­ностью от 1 кг до 200 кг. Приводы для осей «запястья» находятся в «локте­вом» шарнире. Передача усилий к «запястным» шарнирам осуществляется в

56. Режим программирования роботов Play back.

В случае простых механизмов (на­пример роботов, предназначенных для выполнения лакокрасочных работ) движение задается напрямую ручным способом — путем установки механи­ческой руки робота в предусмотренной траектории и с нужной ориентацией. Система управления в это время регу­лярно запоминает (примерно каждые 20 мс) параметры позиций отдельных

осей робота, и в следующем программном цикле установленная вручную траектория повторяется. Сохраненные значения позиций служат в качестве заданных величин. Итак, в данном случае мы имеем дело с воспроизведением сохраненной информации. Конечно, такая техника программирования менее точна, чем программирование в режиме Teach-in, поскольку механическая рука робота при программировании способом ручного управления нагружается совсем иначе, чем в автоматическом цикле рабо­ты. Так, при ручном управлении руку робота приходится тянуть вручную, в то время как в автоматическом цикле с этим успешно справляется привод. Еще один недостаток состоит в том, что программист вынужден переме­щаться в рабочем пространстве вместе с роботом^ этого пространства порой явно не хватает (вспомним хотя бы процесс покраски внутренних повер­хностей кузова), что делает подобную работу крайне неудобной и тяжелой.

57. Режим программирования роботов Tech in.

Программирование в режиме Teach-in) В режиме обу­чения робот перемешается к позициям обслуживания или местам обработки с помощью управляющих клавиш либо трехкоординатной ручки управления (джойстика) ручного программирую­щего устройства (рис. 664). При этом устанавливается и сохраняется требу­емая ориентация. Далее запускается следующая позиция, и так в автома­тическом режиме отрабатываются все позиции согласно порядку номеров программных записей.

Позиции и ориентации вводятся в самообучающуюся программу пос­редством ручного управления точка за точкой. Операторы програм­мируются самим роботом либо с по­мощью ПК.

В большинстве случаев роботы мо­гут программироваться — на выбор - на языке программирования высокого уровня PASCAL либо на языке поль­зователя с применением макросов. Макросы составляются для пользователя изготовителем робо­та или поставщиком системы

58. Структура программы робота.

Программирование на высокоуровневом языке Программирование с использованием языка высокого уровня осуществляется по принципу разделения на основные прогаммы (HP) и подпрограммы (UP) (рис. 665), и вплоть до ввода данных позиционирования и ориентации выполняется на ПК, реже — через панель управления роботом. Подобное членение дает хорошо обозримую программу, удобную для тестирования и прогона по сегментам.

В основной программе определяются все общезначимые функции, также максимальная скорость, максимальное ускорение, коррекция нулевой точки, система координат, стартовая позиция.

В подпрограммах описываются отдельные рабочие задания со всеми дан­ными позиционирования и ориентации. Здесь устанавливаются выходы и рас­познаются входы.

Все без исключения програм­мы строго разделены на описатель­ную и операторную части (рис. 666 и табл.67). В описательной части стоит имя программы, а у основной про­граммы— имена глобальных (нело- кализованных) подпрограмм и спе­цифицированные переменные. Воператорной части находятся под лежащие выполнению операторы (инструк­ции). Глобальные подпрограммы действуют на протяжении всего хода выпол­нения программы, в то время как локальные активизированы только в соот­ветствующем рабочем сегменте.

В записях 3 и 4 (см. табл. 60) описываются внешние подпрограммы, а в записи 5 приводятся целочисленные переменные. В операторной час­ти, в записях с 6 по 16, посредством глобальных подпрограмм устанавли­ваются необходимые переменные. В записи 12 робот перемещается в стартовую позицию. Инструкциями 13 — 16 управляется выполняемое при сварке движение. В данном случае производится сварка под флю­сом с четырьмя сварными точками в соответствии со списком данных.

59. Интерполяция роботов.

Интерполяция от точки к точке (РТР) В режиме интерполяции «от точки к точке» (РТР от англ. Point to Point) робот перемещается к заданной цели таким образом, что все его оси начи­нают и заканчивают движение одно­временно.

Программная скорость относится к оси с самым большим путевым или соответственно угловым расстояни­ем. В системе управления происходит линейная интерполяция в пересчете на оси робота. В случае кинематики ТТТ образуются прямолинейные траектории движения, при остальных видах кинематики — сложные пространственные кривые, поскольку для промежуточных точек траектории никакого преобразования координат не производится. Работа в режиме «от точки к точке» обеспечивает самое короткое время перемещения между двумя запрограммированными точками.

Непрерывная траектория (СР)

Интерполяция непрерывной траектории движения робота (СР от англ. con­tinuous path) осуществляется в прямоугольной системе координат— чаще всего, в системе координат мира либо в базовой системе координат.

При непрерывной интерполяции промежуточные точки вычисляются таким образом, что центральная точка инструмента лежит на прямой линии проволочный наконечник сварочной горелки или точка касания режущей кромка фрезы при автоматизирован­ной фрезерной обработке. Положение и ориентация рабочего органа робота называется «позой».

Поза робота зависит от шарнир­ных углов а, р, у, 8, е, ф и возможной длины его механической руки, а также от геометрии инструмента. Если тре­буется, например выполнить прямо­линейный сдвиг центра инструмента с сохранением имеющейся ориента­ции, то все 6 осей робота должны бу­дут двигаться одновременно с изме­няющимися скоростями вращения.

60. Многозначность роботов.

Проблема многозначности С указанием параметров позиций и дирекционных углов, как правило, не удается однозначно определить поло­жение осей робота. Идентичная поза достигается с обращенным вверх или вниз «локтевым» шарниром (рис. 675). Данная проблема создает особые трудности при управлении роботом: приходится принимать однозначное решение при наличии нескольких возможных ва­риантов положения осей.

На одну позу робота прихо­дится в большинстве случаев по 4 раз­ных положения шарниров.

При ситуации «эпсилон-О⁰» пя­тая ось имеет угол шарнира 0° (е = 0°). В таком осевом положении четвертая и шестая оси располагаются на линии схода, и для установки этих двух осей существует бесконечное множес­тво комбинаций. При этом было бы желательно, чтобы ось 4 бесконечно быс-