Левитская О.Н., Левитский Н.И. - Курс теории механизмов и машин, страница 57

Системы управ чения промышленнымн роботами. Все систем ьг управления промышленными роботами подразделяются на две группы: программное управление н адаптивное управление. Программным управлением называется автоматическое управление исполнительным устройством по заданной программе. Адаптивным управлением называется автоматическое управление, при котором в процессе управления язменяется алгоритм управления в функции состоянии внешней среды и робота. )! р огра м иное уп р а вле н не, в свою очередь, подраздела. ется на два вида: контурное управление и позиционное.

Контуриыч управлением иазываетея программяое управление промышленным роботом, при котором движение его исполнительного устройства программируется в виде траектории в рабочем пространстве с непрерывным контролем по скорости. Позиционным управлением называется программное управление промышленным роботом, прп котором движение его исполнительного устройства программируется по упорядоченной во времени конечной последовательности точек рабочего пространства без контроля движения между ними Частным случаем поз1п!ионного управления является цнкловос управле 270 ние, при котором в программе фиксируютсн только начальные и но, нечные точки перемещений по каждой координате. Цнкловое управление используется иа тех роботах, которые пред.

назначены для подъемно.траяспортиых операций, связанных с об-. служиванием металлорежущих стаанов, прессов, молотов и т. п. Входные сигналы подаются в блок управления от путевых (иначе конечных) выключателей, на которые нажимают сменные упоры, установленные на подвижных звеньях манипулятора. Вместо сменных упоров могут быть использованы передвижные магниты. Одновременно для точной фиксации устанавливаются фиксирующие упоры, жестко определяющие нонец перемещеияя по кахсдой координате, Лля реализации цинлового управления применяется релейная схема, так как все входные и выходные сигналы управления имеют только по два значения.

Построевпе релейной схемы управления по значениям этих сигналов производится по таблице внлючеиий и ничем не отличается от построений, изложенных в 5 30. Позиционное управление по многим точкам нли контурное управление, рассматриваемое как предельный случай позиционного управления при увеличении числа позиций, примеияетсн для выполнения технологических операций типа сварни и понраскп. Для реализации нонтуриого управления необходимо уже использовать программоносителн в аиде перфоленты илн магнитной ленты подобно тому, нак они используются в станках с ЧПУ (см. $29).

Наконец, для реализации адаптивного у правлен ия необходимо, чтобы в системе управления была специализированная ЭВМ, которая по данным измерения положений и скоростей точек подвижных звеньев пли по состоянию внешней среды вычисляет поправки к программе управления. Три поколения роботов, Промышленные роботы п е р в о го поколения имеют программное управление. Они могут быть илн стационарными, или подвижными и широко применяются для выпотневия основных и вспомогательных операций технологических процессов, э схладских работах и т. п.

Промышленные роботы в то р ого поколения — это очувствлеиные роботы. Очувстнленне, т. е. получение данных о внутреннем состоянии робота (положения и скорости звеньев) и о состоянии внешней среды, используется для адаптивного управления или же для выполнения отдельных операций, которые не могут быть реализованы программным управлением (например, захнат произвольно расположенных предметов; движение по контурам, нанесенным на внешних предметах).

Роботы второго поколения допускают супер. визориое управление, т. с, управление попеременно оператором н автоматичесной системой, действующей по указаниям оператора. Этн роботы существуют пока только в виде немногих опытных образцов. Промышленные роботы т р е т ь е го поколения, называемые также роботамн с элементами искусственного интеллекта, имеют развитую систему чувствительных (иначе, сенсорных) устройств, включая техническое зрение, которая позволяет после обработки получаемой информации распознавать образы, давать анализ состояния 271 внешней среды и даже принимать некоторые решения по составлению програмлзы, Эти роботы находятся еше в сгадии поисковых научно-исследовательских набат, Динамика промышленных роботов. В отличие ог копирующих манипуляторов с ручным приводом промышленные роботы представляют собой механическую систему, в которой динамические на.

грузкн (нагрузки от сил инер- цин) могут быть значительными. Эти нагрузки определяются из решения системы уравнений движения. Для составления уравнений движения пространственного механизма с несколькими степенями свободы применяются два метода: метод х г д Г дТ Л дТ вЂ” ~ —.~ — — =()а 1=1, 2, 3, дг дд,) да (32.2) где аз=зт; аз=а; аз=аз. При определении обобщенных сил (), счнтаем, что поступательные приводы звеньев 2 и 3 (например, гидроцилиидры) расположены иа подвижных звеньях и создают движугцне силы рз и лз, а ирашательиый привод звена ! создает движущий момент пары сил Яз. Кроме того, учптываем силы тяжести звеньев Сь Сз и силы трения Рзь Ргз в парах ! — 2 и 2 — 3.

Силы трения н момент сал трения во вращательной паре Мю считаем постояннымп и известными нз опытных данных. Для случая движения звена 2 вверх и звена 8 от оси л имеем: 279 уравнений Лагранжа второго рз рода и книетостатический метод. Поясним оба метода на примере простейшего промышленного робота с тремя степенямн свободы при цилиндрической зоне обслуживания (рис.

149). Рас. 449 За обобщенные координаты примем цилиндрические координаты центра масс захвата с грузом 54. ф, цз, з. Кинетическая энергия робота при неподвижном основании и уравновешенном звене 1 Т= )(Уз+Уз) тз+ шззьйз+ шз)1зтз+ глз)лзз+(аз+ лзз) гз), (32.1) з где У, — момент инерции звена 1 относительно оси з; У,— момент инерции звена 2 относительно оси, проходящей через центр масс зз параллельно оси з; т„ гпз — массы звеньев 2 и 3; з — расстояние от оси з до центра масс звена 2.

Уравнения движения в форме уравнений Лагранжа второго рода 0з М! Мз! зуз ~з Р з 0з 0з( 0з=~з — Е а. Выполняя дифференцирование в уравнениях (32.2) н подставляя в них значения обобщенных сил, получаем уравнения движения: (уз+5з+тззз+т4~)т+2тзутутт=у)(з — Мтб (32.3) (та+ та) х = Рз — Р; — Оз — 0б (32 А) Р,— Ры-т,))+тД,' =О, — та)узт — та2)за+а з" =О; — 0, — т + ус"зз =О. (32.6) Лля звена 2 получаем шесть уравнений кинетостатики, которые в проекциях иа осн х,, рь х, имеют вид — Рз — тззтз+ Р й'= О; у, таза — гзз з — ~уз = О; — 0зз — т зах+ г зззт — Мз ( =.О; (32.7) — У~ — т,з~ — Гзй+М)(=-О; у Раза — Мзз'=О.

Для звена ! при составлении уравнений движения потребуется только одно уравнение моментов относительно оси зтз тР— тз)гт'= рз — р;з. (32,5) Закон изменения координаты г находится непосредственно нз решения уравнения (32.4), а для определения координат гг и х имеем систему двух нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка (32.3) и (32 3), которая обычно решается численными методами иа ЗВа(, При циклоном управлении роботом часто перемещают захват сначала изменением координаты Чз, а затем координаты )с (или иа.

оборот). Из уравнений движения (32 3) и (32.5) следует, что изменение координаты Чз вызывает одновременно изменение координаты )7, Во избежание взаимовлияния движений по координатам а и Я применяют фиксируюшие устройства в заданных конечных положениях звеньев манипулятора. Кззнетостатическийз метод составления уравнений движения, как уже указывалось в гз 9, основал иа уравнениях кииетостатики, а которых ускорения точек звеньев считаются искомыми. При составлении уравнений кинетостатического равновесна звена 3 считаем, что главный вектор реакции на звено Л со стороны звена 2 Узз приложен в центре масс Зз. Тогда главный момент этой реакции равен нулю и уравнения проекций сил на оси хз, рз, хз имеют вид А4, — А(п — У,'р — А(*,т=О. (32.8) Уравнение движения (32.6) получается непосредственно из первого уравнения (32.6).

Уравнение движения (32.4) следует из третьего уравнении (32,7) после подстановки гшг =Рата ° нз третьего уравнения (32.6). Наконец, уравнение движения (32.3) получается из (32.8) после подстановки А(1э*=Мт,ш нз пятого уравнения (32.7) и гззэ' =гата' из второго уравнения (32.6). Кинетостатический метод составления уравнении движения в последнее время применяется чаше, так как при составлении вычислительных програьтм для ЗВМ алгоритм вычислений хорошо согласуется с алгоритмом кннематического анализа по методу преобразования координат (методу Морошкина).