ВКР: Манипуляторы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 5

1.ПАТЕНТНО - ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК.. 9

2.ОБЗОРНО-АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ И ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫХ СИСТЕМ В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ ТЕХНОЛОГИИ.. 11

2.1.Промышленные роботы и автоматизированные робототехнические комплексы в производстве. 11

2.2.Описание основных типов промышленных манипуляторов и требования предъявляемые к ним. 15

2.3.Электроприводные системы манипуляторов. 20

2.3.1.Электропривод. 20

2.3.2.Классификация приводов манипуляторов. 21

2.3.3.Системы управления электроприводами манипуляторов. 23

2.4.Описание сервоприводных систем. 25

3.РАСЧЕТЫ И ВЫБОР СЕРВОПРИВОДОВ ЗВЕНЬЕВ МАНИПУЛЯТОРОВ. СРАВНЕНИЕ PUMA-560 И FANUC LR MATE 200iD/7. 30

3.1.Общие технические данные манипуляторов. 30

3.2.Основные требования к электроприводу промышленных манипуляторов 36

3.3.Выбор сервоприводов. 40

3.3.1.Условия выбора электродвигателей. 42

3.3.2.Электродвигатель третьей степени подвижности. 43

3.3.3.Сервоусилитель третьей степени подвижности. 48

3.3.4.Электродвигатель второй степени подвижности. 50

3.3.5.Сервоусилитель второй степени подвижности. 52

3.3.6.Электродвигатель первой степени подвижности. 54

3.3.7.Сервоусилитель первой степени подвижности. 58

4.РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.. 60

4.1.Особенности системы управления промышленных роботов. 60

4.2.Разработка математической модели электроприводной системы.. 62

4.3.Синтез контура положения. 66

4.3.1. Подходы к разработке регулятора. 66

4.3.2. Оценка характеристик системы управления электропривода. 73

4.3.3. Разработка алгоритма для формирования траектории движения. 80

4.4.Расчет контура тока. 83

4.5.Моделирование системы управления. 85

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 89

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 91

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время особую актуальность приобретает использование роботов в повседневной жизни. Они могут выполнять тяжелую и однообразную работу, будь то сборка автомобилей или уборка пола в доме.

Современный этап развития промышленного производства характеризуется широким внедрением робототехнических комплексов, обеспечивающих повышение производительности, качества и гибкости технологических процессов. Электроприводы, являясь неотъемлемой частью промышленных роботов, играют ключевую роль в обеспечении требуемых динамических характеристик, точности позиционирования и энергоэффективности. Повышение требований к функциональным возможностям роботов, таким как скорость выполнения операций, точность траектории и адаптация к изменяющимся условиям окружающей среды, неизбежно приводит к усложнению систем управления электроприводов. В связи с этим, разработка эффективных методов синтеза систем управления, обеспечивающих заданные показатели качества при различных режимах работы, становится актуальной научно-технической задачей.

В настоящее время большинство систем управления промышленными роботами в российской промышленности являются зарубежными разработками, что влечет за собой зависимость от иностранных фирм в отношении поставки и технической поддержки систем управления и компонентов. Однако используются новые технологии управления роботами, которые отличаются от использовавшихся в отечественных роботах в прошлом. Современные автоматизированные системы электропривода и новые технологии позволяют комплексно автоматизировать технологические процессы, повышать энергосбережение и надежность роботов. Это способствует широкому использованию блочно-модульного принципа конструкции электроприводов, информационных средств, средств управления и систем управления в целом.

В связи с этим, актуальной задачей является выбор современных систем управления электроприводов промышленных роботов, соответствующих современным стандартам. Конструкция роботов определяется их назначением, условиями эксплуатации, технологией и техническими характеристиками. Они часто состоят из контроллера (манипулятора) и устройства управления, а также имеют сложную кинематическую структуру, определяющую количество степеней мобильности робота.

Для эффективной работы промышленных роботов, использующихся в сфере производства, необходимо иметь эффективную систему управления. Современные системы управления роботами представляют собой сложные комплексы, обеспечивающие управление не только манипулятором, но и всеми сопутствующими системами, такими как системы электропривода, системы восприятия, системы контроля и диагностики.

В рамках данной работы предлагается новый подход к параметрическому синтезу системы управления, основанный на использовании современных методов оптимизации и учете динамических свойств электропривода и механической части робота. В отличие от традиционных методов, предлагаемый подход позволяет учитывать нелинейности и взаимосвязи между параметрами системы, что обеспечивает более точную настройку регуляторов и, как следствие, улучшение динамических характеристик и точности позиционирования. Важной особенностью разработанного метода является возможность его адаптации к различным типам промышленных роботов и условиям эксплуатации.

В основе системы управления промышленным роботом лежат алгоритмы управления, которые обеспечивают точность и скорость движения, а также его безопасность при работе в многокритериальных условиях производства. Одним из важных компонентов системы управления является выбор двигателя. В работе рассматриваются электроприводы на базе асинхронных двигателей, широко применяемые в робототехнике благодаря своей надежности, высокой энергоэффективности и относительно низкой стоимости. Сложность управления такими двигателями обусловлена их нелинейностью, многосвязностью и зависимостью параметров от режима работы. Традиционные методы настройки регуляторов, основанные на эмпирических правилах или упрощенных моделях, часто не позволяют достичь требуемых показателей качества, особенно при работе в динамических режимах.

Разработка системы управления промышленным роботом с использованием асинхронного двигателя включает в себя выбор необходимых компонентов, разработку контроллера, программного обеспечения и алгоритмов управления. Кроме того, важным элементом является выбор датчиков и сенсоров, обеспечивающих контроль и диагностику системы.

В целом, параметрический синтез является мощным инструментом для проектирования систем управления электроприводами. Он позволяет достичь высокой точности и стабильности работы привода, а также обеспечивает гибкость в настройке системы под изменяющиеся условия эксплуатации, что является актуальной и важной задачей, позволяющей повысить эффективность производства в различных отраслях промышленности.

Цель данной работы заключается в разработке и исследовании параметрического синтеза систем управления электроприводов промышленных роботов.

В первой главе приведены основные определения, классификация механизмов. Описаны основные типы промышленных роботов и их требования, электроприводные системы манипуляторов и описание сервоприводных систем. Во второй главе выполнена расчетная часть проекта, приведен выбор сервоприводов звеньев манипуляторов и произведен подбор компонентов оборудования. В третьей главе описана разработка системы управления электроприводом с соответствующим описанием расчетных процедур. Описана методика работы с созданной моделью в ПК МВТУ.