Аппаратное и программное обеспечение, страница 4

Отсутствие гальваническойизоляции допускается только в технически обоснованных случаях. Помимоперечисленных функций, ряд устройств связи с объектом может выполнятьболее сложные задачи за счет наличия в их составе подсистемы аналогоцифрового преобразования и дискретного ввода-вывода, микропроцессора исредств организации одного из интерфейсов последовательной передачиданных.УСО могут быть классифицированы по нескольким признакам:По характеру преобразования сигнала1.Преобразование из непрерывной в дискретную форму (пример —ввод сигнала с непрерывного датчика обратной связи, напримерпотенциометра, с использованием АЦП).2.Преобразование из дискретной в непрерывную форму (например,при передаче управляющего сигнала в усилитель мощности).3.Преобразование из дискретной в дискретную форму (пример —ввод данных с импульсного датчика скорости).По типу передачи данных, используемому в УСО1.УСО с использованием параллельной передачи данных.2.УСО с использованием последовательной передачи данных.По способу взаимодействия с ведущим устройством1.С использованием синхронного обмена.2.С использованием асинхронного обмена.3.С использованием обмена по прерываниям.4.С использованием прямого доступа в память.По количеству ведущих устройств1.Одно ведущее устройство.2.Несколько ведущих устройствКаждое УСО может характеризоваться одновременно несколькимипризнаками в соответствии с приведенной классификацией, например: "УСОс использованием параллельного асинхронного обмена с одним ведущимустройством и выполняющее преобразование сигнала из непрерывной вдискретную форму".Рис.

1.Таким образом, УСО представляет собой "связующее звено"между цифровым фильтром (микропроцессором) и объектом управления.Задача разработки УСО распадается на три подзадачи:1.Разработка соединения УСО с микропроцессором (с магистральюмикропроцессора).2.Разработка собственно УСО (устройства, обеспечивающиепередачу данных и преобразование сигналов).3.Разработка соединения УСО с объектом управления.4. Структура аппаратных средств позиционной системы управленияроботом (на примере микропроцессорной системы управлениямехатронно-модульными роботами УРТК).Все роботы строятся на основе унифицированных мехатронныхмодулей (ММ): модуля линейного перемещения(рис.

2 а, б); модулявращения(рис. 3 а); модуля смены захватного устройства; захватногоустройства; устройства фрезеровки(рис. 3 б).рис 2. а, б. Модули линейного перемещениярис.3 а модуль вращения, б модуль с рабочим органомМодули действуют согласованно в соответствии с заданнойтраекторией движения РО, которая формируется системой управления (СУ).Исполняют движение двигатели (Д).

Движение рабочего органа ввертикальной и горизонтальной плоскостях обеспечивается модулямилинейного перемещения (рис 2 а, б). Движение в горизонтальной плоскостидополнительно обеспечивает модуль вращения (рис. 3 а) или модульлинейного перемещения.Исполнительным механизмом помимо двигателей является такжеэлектромагнитное реле.Рабочий орган является устройством захвата или (и) фрезеровки (рис3б). Он устанавливается на ММ и может обеспечивать выполнениесоответствующих технологических операций (степень W ).

В частности,захватное устройство (рис 3 б, рис 4.1) предназначено для захвата иудержания роботом небольших по массе деталей.рис 4.1 Конструкция и общий вид захватного устройстварис. 4.2 Модуль ориентации схватаТак как робот содержит три ММ (степени подвижности X , Y , Z ), тоуправление движением его рабочего органа осуществляется по трем каналамуправления. В каждом канале имеется управляемый электропривод на основедвигателя постоянного тока с независимым возбуждением типа МН-145А. Покомандам управления действие соответствующего ММ обеспечиваетсядвигателем, ротор которого может вращаться в одну или другую сторону.Так для модулей линейного перемещения (рис.2) через механическуюпередачу вращение ротора соответствующего двигателя преобразуется впоступательное движение платформы ММ.рис.

5 положение датчиков на ММ линейного перемещенияПри подаче рабочего напряжения с амплитудой 24 В на электромагнитзахватного устройства его подвижный якорь втягивается и губки захватногоустройства смыкаются. При снятии напряжения пружина, размещеннаявнутри электромагнита, вытолкнет шток, и губки разомкнутся.Максимальное время, в течении которого захватное устройство можетнаходиться во включенном состоянии, не должно превышать 5 мин. Послеэтого оно должно находиться в выключенном состоянии не менее 15 мин.На платформе степени X устанавливается ММ степени Z , а наплатформе степени Z – ММ степени Y .Модули оснащены инкрементным датчиком положения и двумяконцевыми герконовыми датчиками.Длина L пути платформы ( см.

рис. 5), равная 290 мм (для некоторыхММ L =390 мм), является расстоянием между концевыми датчиками(начальным и конечным).Инкрементный датчик состоит из непрозрачного диска с прорезями (рис 6 а, б)рис. 6 а. Датчик положения ММ линейного перемещениярис. 6 б. Модифицированный датчик положенияСкорость v вращения вала двигателя для датчика, имеющего 6прорезей, может быть определена по формуле:При скорости вращения вала двигателя 120 об/мин частота следованияимпульсов на выходе датчика положения составляет 12 Гц.Он установлен на вал двигателя и в процессе вращения роторадвигателя перекрывает световой поток от источника излучения к приемнику.На выходе приемника излучения датчика формируются импульсыпрямоугольной формы (рис.

7). Они используются для определенияположения подвижной части ММ. Состояние датчика положенияотображается на передней панели СУ (см. рис. 2) светодиодныминдикатором, обозначенным как «Датчик 0».рис. 7 арис. 7 брис.7 а,б Временная диаграмма работы датчиков положенияИндикатор, обозначенный как «Датчик 1», здесь не используется ипостоянно находится во включенном состоянии.Если на модуле установить два импульсных датчика, то можноопределять не только положение подвижной части, но и направление ееперемещения, а также можно повысить точность определения положения.Скорость вращения выходного вала редуктора составляет не менее 120об/мин.Если команда на привод не поступает, то двигатель привода отключени его ротор не вращается.

Во время работы двигателя температура егокорпуса может достигать 60ºС. В процессе работы пользователь долженконтролировать температуру двигателей и при их нагреве сверх указаннойтемпературы отключить питание двигателей не менее чем на 15 мин.СУ автоматизирует и осуществляет функции оперативного контроля засостоянием робота и управления им. Система является аппаратнопрограммным комплексом, реализованным на двух уровнях(рис. 8).рис.

8 система управления УРТКНа верхнем уровне часть функций осуществляет ПЭВМ, программакоторой на основании текущей информации о состоянии робота, полученнойот процессорного модуля блока управления, и алгоритма движения РО,формирует для блока управления задания каждому модулю. Здесь можетбыть использован персональный компьютер, совместимый с IBM PC иимеющий процессор типа Intel 80386 DX 40 (если используетсяпрограммное обеспечение, разработанное для операционной системыMS DOS) или более производительный (если, например, используетсяоперационная система MS Windows или пользователь планируетразрабатывать прикладное программное обеспечение на современныхобъектно-ориентированных языках программирования).

На нижнем уровнеуправления другую часть функций оперативного контроля и управленияосуществляет блок управления (БУ). Он имеет указанный на составэлементов (модулей), которые решают разные задачи. Например, модульпроцессора и модуль управления в совокупности являются аппаратнопрограммной основой трех электроприводов (по числу степенейподвижности) соответствующих каналов управления.

Эти модулиобеспечивают управление состоянием приводов робота. В модулеуправления также производится первичная обработка показаний датчиков,расположенных на роботе. Процессорный модуль может подключаться кПЭВМ с помощью параллельного (Centronis) или (и) последовательного (RS 232) интерфейса.5. Особенности аппаратных средств позиционной и контурной системыуправления роботомТрадиционные методы механизации и автоматизации производства,основанные на использовании поточных и автоматических линий, а такжеразличных специализированных установок и приспособлений, эффективныглавным образом в условиях крупносерийного производства. В то же времяосновная масса сварных изделий выпускается в условиях серийного имелкосерийного производств , где осуществить комплексную механизацию иавтоматизацию традиционными методами обычно не удается, следствиемчего являются низкая производительность и большие затраты ручного труда .Существенное сокращение ручного труда при выполнении сборочносварочных операций и, самое главное, ощутимое повышение качествасварныхшвоввозможныприиспользованииробототехники.Универсальность роботов с шестью степенями свободы дает возможностьавтоматизировать любые операции, выполняемые рукой человека, а быстротаперестройки ТП позволяет обеспечить ту гибкость, которую сегодня имеюттолькопроизводства,обслуживаемыечеловеком.Использованиеробототехники не является самоцелью, оно должно повыситьпроизводительность труда с одновременным сокращением издержекпроизводства, несмотря на высокую стоимость оборудования.Решение этой сложной задачи требует от инженера-сварщика учетаспецифики как производства конкретных сварных изделий, так и примененияроботов, а также обоснованного выбора подобного оборудования,рациональной его компоновки и эффективной эксплуатации.Проводимые в сварочном производстве производственные работыобычно универсальны, пригодны для выполнения сборочных, сварочных, атакже транспортных операций при изготовлении разнообразныхконструкций.Ихтехнологическиевозможностихарактеризуютсяследующими параметрами: кинематической схемой , грузоподъемностью ичислом степеней подвижности; формой и размерами рабочей зоны ;точностью позиционирования; характером привода и типом системыуправления роботом.Системы управления роботом - манипулятором, несущим инструмент,могут быть цикловые, позиционные и контурные.

Выбор системыуправления робота определяется его назначением.Наиболеепростая цикловаясистемауправленияроботом предназначена для выдачи ряда команд в определеннойпоследовательности, но без регламентации перемещения по каждой из осей.Цикловая система является простейшим случаем позиционной системы сминимальным числом позиций, программируемых по каждому перемещению(обычно две: начальная и конечная). Промышленные роботы с цикловымуправлением применяют в основном при сборке деталей, погрузочноразгрузочных, транспортных и складских работах, при этом широкоиспользуют пневмопривод.Рисунок 1. Приемы введенияпрограммы при обучении робота взависимости от системы управленияроботом: а - позиционная; б многопозиционная; в - контурная.Позиционная система управления роботом задает не толькопоследовательность команд, но и положение всех звеньев промышленногоробота. Ее используют для обеспечения сложных манипуляций с большимколичеством точек позиционирования.

При этом траектория инструментамежду отдельными точками 1 и 2 (рис. 3.3, а) не контролируется и можетотклоняться от прямой, соединяющей эти точки. Однако завершениеперемещения в точке 2 обеспечивается с заданной точностью . Системуназывают однопозиционной, если она предусматривает останов инструментав конце каждого отдельного перемещения ; используют в промышленныхроботах, предназначенных для контактной сварки , а также для сборочныхили транспортных операций .Многопозиционная системауправленияроботом позволяетпроходить промежуточные точки без останова с сохранением заданнойскорости. При достаточной частоте промежуточных точек (с м .

рис. 1, б)такая система способна обеспечить передвижение инструмента по заданнойтраектории и поэтому может использоваться в промышленный робот длядуговой сварки. Однако в этом случае введение программы в память роботасвязано со значительными затратами времени .Контурная система управления роботом задает движение в виденепрерывной траектории, причем в каждый момент времени определяет нетолько положение звеньев механизма, но и вектор скорости движенияинструмента. Поэтому движение инструмента по прямой линии или поокружности требует задания всего двух крайних точек в первом случае итрех точек (двух крайних и любой промежуточной) во втором.