Конструктивное построение систем управления ПР. Управление промышленными роботами. Струйные элементы. Гибридные микросхемы

  

Вся электронная библиотека >>>

 Роботы >>>

 

 

 ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ


Раздел: Наука и техника

 

8.2.2. Конструктивное построение систем управления ПР

  

Управление промышленными роботами включает в себя следующие этапы: программирование цикла работы, запоминание управляющей программы, воспроизведение управляющей программы и ее отработка.

Программирование представляет собой совокупность действий, необходимых для занесения в память СУ управляющей программы. В системах управления промышленных роботов используются два метода программирования - аналитический и обучения.

При аналитическом методе управляющая программа предварительно рассчитывается, отлаживается и заносится в память СУ. Достоинством метода является сокращение простоя робота, связанного с его программированием, а недостатком - необходимость корректировки управляющей программы при уточнении параметров робота или технологического процесса, требующей значительного времени.

Широко применяется программирование промышленных роботов методом обучения, когда управляющая программа оперативно подготавливается непосредственно на рабочем месте, для чего используют так называемый пульт обучения, входящий в состав пульта управления. При этом соответствующие исполнительные звенья ПР вручную или с пульта управления перемещаются в заданные точки рабочего пространства, а в память СУ заносится информация о текущем положении отдельных осей координат исполнительных звеньев и необходимая технологическая информация. Такое программирование является более простым, чем аналитическое, не требующим специальной подготовки оператора. Однако оно достаточно трудоемко.

Наиболее перспективной и экономичной является комбинация двух рассмотренных методов, когда методом обучения программируются положения звеньев механизмов робота только в определенных точках его рабочего пространства, а все другие параметры заранее рассчитываются и вводятся непосредственно в память СУ.

Запоминание управляющей программы - это сохранение в течение требуемого времени информации, заложенной при программировании ПР. Сложность действий, которые может выполнять робот, в значительной мере определяется объемом памяти системы управления.

Память СУ, как правило, состоит из двух частей: оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), предназначенного для непосредственного управления роботом, и внешнего запоминающего устройства (ВЗУ), которое используется главным образом для хранения управляющей программы. Если объем памяти ОЗУ оказывается недостаточным, то для оперативного' управления промышленным роботом используется также внешняя память.

Информация, содержащаяся в ОЗУ, в большинстве случаев утрачивается при включении питания устройства управления. Для ее сохранения, а также для увеличения обьема информации применяют ВЗУ с большим объемом памяти. Внешняя память отличается от оперативной большим быстродействием и меньшей стоимостью, позволяет хранить информацию в течение неограниченного времени, для чего применяют кассетные накопители с магнитной лентой, магнитные диски, кассеты полупроводниковой памяти и др.

Простейшей единицей программной информации являемся число (команда), представленное в дискретной или аналоговой форме и соответствующее единичной операции, выполняемой роботом (например, перемещение одного звена манипулятора, сжатие-разжатие его захватного устройства, выдача внешней команды и т.п.). В зависимости от характера единичной операции ей соответствует число, содержащее от одного (операции типа "включить-выключить") до 13-14 бит информации (операции точного перемещения звена манипулятора).

Группе единичных операций, имеющих законченный вид (например, перемещение рабочего органа манипулятора в определенную точку в результате совместной работы его звеньев), соответствует группа чисел, обьединенная общими условиями воспроизведения, называемая кадром. Кадры могут объединяться в подпрограммы, соответствующие небольшой законченной последовательности действий робота.

Воспроизведение управляющей программы, т.е. считывание требуемой информации из памяти СУ и передача ее исполнительным механизмам промышленного робота и обслуживаемого оборудования, осуществляется в определенной, заранее обусловленной последовательности. Такой способ роспроизведения применим для жестко- программируемых роботов. Для решения более сложных задач, требующих адаптации к внешним условиям, этот порядок изменяется соответственно информации, получаемой от информационно-измерительной системы.

Отработка управляющей программы заключается в реализации требуемых параметров перемещения механизмов промышленного робота и обслуживаемого оборудования. К этим параметрам относятся: положение исполнительных звеньев, скорость и ускорение их движения, длительность циклов и др.

В зависимости от характера и сложности технологических процессов, решаемого класса задач и реализации тех или иных требований, предъявляемых к роботам, с точки зрения управления их действиями (сложности управляющих устройств, универсальности, числа выполняемых функций, продолжительности цикла, быстродействия, помехозащищенности и т.п.), конструктивное исполнение и состав систем управления могут варьироваться, однако в общем виде структура СУ содержит устройства (табл. 8.3), каждое из которых имеет определенное функциональное назначение.

Элементная база и комплектующие изделия систем управления роботов весьма разнообразны. В СУ промышленных роботов применяют все виды пневматических, электромеханических и электронных элементов и комплектующих изделий, разработанных для управляющих устройств общего назначения. Основой любой системы управления роботом является ее часть, обеспечивающая обработку информации.

Системы управления наиболее простых ПР первого поколения реализуют, как правило, на базе пневматических управляющих элементов, обеспечивающих, помимо сравнительной простоты, также пожаро- и взрывобезопасность, сохранение работоспособности при наличии электромагнитных и радиационных полей. В более сложных СУ используют электромеханические и полупроводниковые логические элементы - релейную или полупроводниковую логику с жесткой коммутацией. В СУ современных универсальных роботов с многоточечным позиционным и контурным управлениями для обработки информации применяют преимущественно мини- или микроЭВМ, что дает возможность решать более сложные задачи управления, легко программировать систему.

Пневматические (струйные) логические элементы

В основу работы струйных логических элементов управления положены три аэродинамических эффекта: соударения струй, свойства струи газа изменять направление из-за прилипания к расположенной вблизи твердой стенке (эффект Коанда) и турбулизации ламинарного потока в результате внешних возмущений.

Струйный элемент первого типа ( 8.3) содержит входное питающее сопло 1, приемный канал 2, выходной канал 3 и сопло управления 4. При отсутствии управляющего сигнала входная струя Рвх, распространяясь прямолинейно, формирует на выходе сигнал Рвых. При воздействии управляющего сигнала Рупр струя из питающего сопла изменяет свое направление, попадая в приемный канал и образуя на выходе сигнал Рвых.

Струйные элементы второго типа используют эффект Коанда, суть которого заключается в том, что свободная струя 1 с давлением Рвх, вытекая из сопла ( 8.4, а), увлекает за собой частицы окружающего газа (воздуха) и образует вторичное течение 2 на периферии струи.

При отсутствии вблизи струи препятствий она не меняет своего направления, и давления Рвых и Рвт по всей области остаются постоянными. Если же вблизи струи поместить твердое препятствие, стенку 3 ( 8.4,6), то поперечное сечение вторичного течения уменьшается с увеличением его скорости и уменьшением статистического давления, в результате чего струя отклоняется к стенке, и в объеме 4 между струей и стенкой образуется циркулярная область с высокой скоростью вторичного течения и малым давлением Рвт. Если в эту область ввести канал управления 5 с давлением Рупр, то ее объем будет увеличиваться, а зоналрилипания струи к стенке b станет смещаться по течению струи.

Струйные элементы гибридных микросхемах третьего типа, использующие эффект тур- булизации ламинарной струи, функционируют следующим образом ( 8.5). Если по относительно длинному гладкому каналу 1 подается поток в давлением Рвх, то ламинарная струя, вытекающая из сопла, на некотором расстоянии I от него переходит в турбулентную, при этом длина участка I уменьшается в результате возмущающего воздействия управляющего сигнала Рупр, подаваемого из сопла управления 2. При достижении приемного канала 3 ламинарной струей в нем формируется давление Рвых, если же приемного канала достигает турбулентный поток, то выходное давление резко падает.

Сочетание различных струйных элементов позволяет строить логические управляющие устройства. Отечественная промышленность серийно выпускает комплект струйных элементов "Волга", состоящий из набора функциональных, периферийных и вспомогательных устройств, имеющих одинаковые габаритные размеры и стандартные цоколи. Питание струйных элементов производится от общего коллектора или через индивидуальные фильтры. Рекомендуемый диапазон давлений Питания 4- ЮкПа.

При повышенных требованиях к силовым и динамическим характеристикам ПР, работающих в тяжелых внешних условиях, можно применять унифицированные гидравлические аналоговые и дискретные элементы, состоящие из решающих гидравлических усилителей, механогидравлических преобразователей, стабилизаторов давления, гидравлических емкостей, гидравлических реле и тумблеров. Диапазон питающего давления рабочей жидкости в этом случае 1,6-16 МПа.

Электрические логические элементы

В управляющих устройствах роботов применяют два принципиально различных вида электрических логических элементов - электромеханические и полупроводниковые.

Электромеханические логические элементы, представляющие собой различного вида реле, используют обычно в простых управляющих устройствах циклового типа. При относительно простых

СУ и небольшом количестве реле такие устройства наиболее экономически оправданы. Однако их возможности ограничены числом срабатываний до 500 в час (не более 2 млн. циклов в год); при более интенсивной загрузке целесообразно использовать бесконтактные полупроводниковые элементы.

Наиболее широко в системах управления промышленных роботов применяют полупроводниковые электронные логические элементы. По конструктивно-технологическому признаку они могут быть разбиты на две группы - дискретные полупроводниковые элементы и полупроводниковые интегральные микросхемы.

Дискретные полупроводниковые элементы, построенные из отдельно взятых компонентов (активных - транзисторов, диодов, тиристоров и т.д. и пассивных - резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности), используются в управляющих устройствах с повышенным объемом логических операций и простыми арифметическими операциями типа сложения (сравнения двух величин).

При возрастании сложности управляющего устройства ПР и увеличении числа выполняемых функций более целесообразной становится реализация устройств обработки информации на интегральных микросхемах, обладающих хорошими логическими и функциональными возможностями, малыми габаритными размерами и массой, высокими надежностью и быстродействием, помехозащищенностью, что обусловило их широкое применение в системах управления роботов. Интегральные микросхемы подразделют на три группы: собственно полупроводниковые, гибридные и пленочные.

В полупроводниковых микросхемах все элементы - активные и пассивные - изготовлены на одном монокристалле.

В гибридных микросхемах активные элементы заключены в общий корпус, а пассивные подключены с помощью пайки к контактным выводам.                     

В пленочных микросхемах активные и пассивные элементы выполнены в виде пленок. Широкое применение микросхем предопределило их дальнейшее развитие, которое идет в направлении, во-первых, возрастания степени их интеграции, т.е. размещения в одном объеме все большего количества логических ключей, позволяющих в одном корпусе реализовать сложные устройства вплоть до процессоров вычислительных машин; во-вторых, изыскания новых принципиальных решений, позволяющих увеличить быстродействие и помехоустойчивость, снизить потребляемую мощность, создавать микросхемы, способные работать в самых тяжелых условиях. В настоящее время для построения управляющих устройств роботов используются выпускаемые предприятиями страны интегральные микросхемы серии К155 (ТТЛ), обладающие высокими надежностью и быстродействием, функциональной полнотой и умеренной стоимостью.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ

 

Смотрите также:

 

Методология исследования: понятие и практическое содержание....

Цель исследования заключается в поиске наиболее эффективных вариантов построения системы управления и организации ее функционирования и развития. Но это общее представление о цели.

 

Роль оценивания в исследовании систем управления. Оценка...

Одной из сложных и важных проблем исследования управления является оценка ситуаций, состояния, изменений, тенденций и пр. Оценка — это установление наличия и степени проявления той или иной характеристики системы управления.

 

...жилки менеджера. Предыдущий опыт совершенствования управления

Учебный курс "Исследование систем управления" необходим для развития навыков
цикла, такими как "Менеджмент", "Маркетинг", "Разработка управленческих решений" и пр.
Очень важным является системный подход в самом построении и преподавании курса.

 

обеспечение функционирования системы организации управления...

Наиболее важной задачей дли руководителей сегодня является не просто получение самых лучших ресурсов и принятие правильных решений, а построение и обеспечение функционирования системы организации управления...