Устройство ПР и модульный принцип его построения

В соответствии с ГОСТ 25686-85 промышленный робот – автома­тическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления (ПУ) для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.

Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.

Блок-схема ПР представляет собой сложную конструкцию (рис. 1.2), включающую ряд систем: механическую, приводов управления, связи с оператором, информационную, а также операционное устройство.

Рис. 1.2. Блок-схема промышленного робота

Чувствительные устройства используются в схеме роботов второго и третьего поколений. В роботах второго поколения могут быть отдельные силоизмерительные, тактильные, световые, локационные (ультразвуковые) чувствительные устройства. Для роботов третьего поколения характерно еще и наличие комплекса чувствительных устройств, включая достаточно совер­шенное техническое зрение, что вместе с развитой микропроцессорной обработкой информации и создает искусственный интеллект, т. е. поведение робота в этом случае более полно (чем у первых двух поколений) будет соответствовать разумному поведению человека в процессе его трудовой деятельности. Кроме того, в комплекс чувствительных устройств могут входить и средства контроля качества продукции и других элементов выполняемой системой работы, а также свойств внешней среды, если это требуется для автоматического регулирования режима работы.

Рассмотрим для примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижным манипулятором. Основной механизм руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1, 2 и 3 (рис. 1.3).

Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение φ₁₀), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S₂₁) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относи­тельное линейное перемещение S₃₂). На конце звена 3 укреплено захватное устройство, или схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три одноподвижные кинемати­ческие пары (одну вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления его ориентацией.

Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят из двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связи. Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства, сохраняющие и задающие программу движения, которые назовем про­граммоно­сителями.

Рис. 1.3. Принципиальная и структурная схемы ПР

Система управления в соответствии с заданной программой формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия u_i. При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам Dx_i, которые поступают в нее с датчиков обратной связи. Функциональная схема промышленного робота приведена на рис. 1.4.

Широкое распространение получили разработки модульных роботов, т. е. роботов, представляющих собой совокупность, систему конструктивных модулей. Под конструктивным модулем понимают функционально и конструктивно независимую единицу, которую можно использовать индивидуально и в различных ком­бинациях с другими модулями. Каждый модуль – это законченный машинный агрегат, содержащий как обычные приводные средства и механизмы, так и энергетические и информационные ком­муникации, обеспечивающие одну или несколько степеней подвижности робота.

Рис. 1.4. Функциональная схема ПР

На рис. 1.5 показана система модулей робота РПМ-25, кото­рая включает два модуля межпозиционных перемещений; шесть модулей, осуществляющих движения переноса, и три модуля ори­ентирующих движений. Кроме этих основных модулей, в систему входят операционные механизмы, а также модуль неподвижного основания. В число модулей межпозиционных перемещений вхо­дят два модуля подвижного основания: в напольном Г и в подвес­ном Т_м исполнении. Модули движений переноса включают в себя три однокоорди­натных модуля прямолинейных перемещений, два однокоординатных модуля вращательных перемещений и одни двухкоординатный модуль – модуль двойного качания. Модули прямолинейных перемещений представлены модулем поперечного сдвига С,который может устанавливаться либо на модуль пово­рота, либо на модуль неподвижного основания; модулем подъема П, который может устанавливаться на модули неподвижного ипод­вижного (напольный вариант) оснований, на модули попереч­ного сдвига и поворота; модулем радиального хода РХ,служащим для прямолинейного перемещения руки робота, который может устанавливаться на все упомянутые ранее модули.

Комбинация из трех модулей прямолинейного перемещения позволяет получить компоновку робота РПМ-25, работающего в декартовых координатах.

Р3

Однокоординатныемодули вращательных движений включают в себя: модуль поворота В,осуществляющийповорот относительно вертикальной оси (он может устанавливаться на модули непод­вижного и подвижного оснований и модуль С), имодуль качания К, осуществля­ющий поворот относительно горизонтальной оси (он может устанавливаться на модули неподвижного и подвижного оснований (оба варианта), модули С и В).

Двухкоординатныймодуль двойного качания Дпредназначен для создания компоновок робота с антропоморфной шарнирной структурой. Он может устанавливаться на модули неподвижного и подвижного оснований, модули С и В.

Модулиориентирующих движений представлены тремя видами рук: с одной Р₁,двумя Р₂ и тремя Р₃ степенями подвижности.

Все эти руки имеют унифицированные посадочные места, которые стыкуются с модулями Л и РХ. Кроме того, модули Р₁, Р₂, Р₃ посредством специальных переходников могут устанавливаться на модули К, В, П, С, Т и Т_м.

Кроме перечисленных выше одиннадцати основных модулей, система включает вспомогательные модули, к которым относятся неподвижное основание с системой подготовки воздуха Н и три модуля операционных механизмов, включающих в себя одинар­ный 3 и двойной 3₂ захваты, а также захват с поперечным сдвигом ЗС. Модули операционных механизмов стыкуются непосред­ственно с конечными звеньями модулей P_lt P_t и Р₃.

Компоновка модульного робота содержит от одного до шести основных модулей. В такой компоновке может быть до восьми независимых приводов.

Каждый модуль имеет входные и выходные разъемы, причем часть кабелей является «транзитными». Разъемы соединяются стандартными электрическими кабелями,что позволяет соединять между собой модули в любом порядке без проведения каких-либо дополнительных работ, кроме сочленения стыковочных поверхностей и электрических разъемов.

На рис. 1.6 пока­заны возможные вари­анты соединения мо­ду­­лей в виде трех деревьев, в основании которых находятся модули Н, Т и Т_м. Эти деревья содержат всего 50 вариантов компоновок, причем модули рук учиты­ваются одним элемен­том Р. При учете возможности приме­нения разных модулей рук число вариантов возрастает до 150. На рис. 1.7 показаны примеры различных компоновок робота РПМ-25.