Лекция 9 по дисциплине «Основы мехатроники и робототехники» тема: «Основные показатели промышленных роботов» Мамонова Татьяна Егоровна гр. 14Б10

Основные технические показатели ПР определяются ГОСТ «Система показателей качества продукции. Роботы промышленные. Номенклатура основных показателей». 1

К числу основных показателей относятся следующие показатели: Номинальная грузоподъёмность, или грузоподъёмность ПР; Число степеней подвижности; Погрешность позиционирования; Погрешность отработки траектории; Рабочее пространство ПР; Рабочая зона ПР; Зона обслуживания ПР. 2

Кроме перечисленных показателей для характеристики ПР могут использоваться и другие характеристики, определяемые: 1) классификационными признаками, 2) показателями систем управления, 3) показателями надёжности, 4) показателями энергопитания и энергопотребления. 3

Грузоподъёмность Грузоподъёмность ПР определяется как суммарная грузоподъёмность его рук. Грузоподъёмность руки ПР – это наибольшая масса объектов манипулирования, включая массу захватного устройства, которые могут перемещаться рукой в соответствии с основными показателями ПР. При исполнении ПР с несколькими руками наряду с суммарной грузоподъёмностью ПР указывается и грузоподъёмность каждой руки. В настоящее время грузоподъёмность ПР устанавливается в соответствии с параметрическим рядом по ГОСТ : (1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3)х 100, 101, 102, 103, 104, 105 ). 4

Число степеней подвижности Число степеней подвижности ПР – число возможных координатных движений объекта манипулирования относительно опорной системы координат ПР, без учёта движения зажима ОМ захватным устройством. Каждая степень подвижности характеризуется показателями степени подвижности: 1) время перемещения, 2) максимальная или средняя скорость перемещения, 3) максимальное ускорение, 4) число точек позиционирования и т.д. 5

По числу степеней подвижности ПР распределяются, примерно, следующим образом: n R %9,717,333,1308,41,5 6

Рабочее пространство Рабочее пространство манипулятора – часть пространства, ограниченная поверхностями – огибающими к множеству возможных положений его звеньев. Иначе: Рабочее пространство ПР – пространство, в котором может находиться исполнительный орган ПР. Рабочая зона ПР – пространство, в котором может находиться рабочий орган при функционировании ПР. Зона обслуживания манипулятора – часть пространства, соответствующая множеству возможных положений центра схвата манипулятора. Определяется структурой и системой координат руки манипулятора, а также конструктивными ограничениями, наложенными на относительные перемещения звеньев в КП. 7

Погрешность позиционирования Погрешность позиционирования – отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической позиции при многократном позиционировании. Погрешность позиционирования может оцениваться в линейных или угловых единицах. Применительно к ПР важным показателем является погрешностью позиционирования рабочего органа ПР – суммарная погрешность позиционирования всех исполнительных механизмов, приведённая к фактическому положению объекта манипулирования, отличающемуся от заданного положения по программе. Погрешность отработки траектории рабочего органа ПР – это отклонение фактической траектории перемещения рабочего органа от траектории, заданной по программе. 8

Основные направления построения ПР При создании ПР также, как и при разработке других машин выделяются 2 основных направления наиболее рационального их построения с точки зрения сокращения стоимости ПР и повышения их надёжности: 1. Создание универсальных машин, обладающих широкими возможностями; 2. Создание специализированных машин с меньшими возможностями, но более простых по конструкции. 9

В 1-ом направлении предполагается разработка ряда ПР, обладающих широкими возможностями. Выпуск каждой из моделей может достигать значительных размеров, что способствует снижению их себестоимости. Недостаток: относительно высокая стоимость ПР вследствие его сложности. При этом, возможности ПР во многих случаях недоиспользуются. Второе направление: приводит к увеличению номенклатуры ПР, что отрицательно сказывается на их серийности и стоимости; упрощение конструкции ПР приводит к снижению стоимости ПР. 10

Одним из путей, позволяющих разрешать противоречия этих направлений, является построение ПР на основе агрегатно–модульного метода. Агрегатно-модульный метод построения ПР – это создание конструкций ПР на базе ограниченной группы унифицированных типовых деталей, узлов, сборочных единиц, модулей и агрегатов. При этом конструктивный модуль включает в себя механизмы и приводы, а также энергетические и информационные коммуникации, обеспечивающие одну или несколько степеней подвижности ПР. Модули соединяют между собой с помощью унифицированных стыковочных поверхностей и унифицированных разъёмов энергопитания. 11

Преимущества агрегатно- модульного метода Возможность получения специализированных ПР, наиболее полно отвечающих требованиям решения конкретной технологической задачи и не обладающих избыточностью функций и, потому, более дешёвых по сравнению с универсальными ПР; Сокращение времени и трудоёмкости проектирования специализированных ПР; Увеличение надёжности ПР за счёт отработанности входящих в него узлов и наибольшего соответствия данной конструкции решаемой задаче; 12

Улучшение условий эксплуатации и повышение ремонтопригодности парка ПР за счёт уменьшения числа вариантов конструкций узлов и деталей; Уменьшение стоимости за счёт снижения номенклатуры деталей в производстве и увеличения серийности их выпуска; Сокращение сроков подготовки обслуживающего персонала. 13

Недостатки агрегатно-модульного метода Ограниченность номенклатуры узлов и модулей, приводящая иногда к неоправданному снижению функциональных возможностей ПР; При реализации сложных траекторий манипулирования, вследствие ограниченного числа движений каждого модуля, увеличивается число сочленений конструкции, увеличение веса, габаритов, снижение жёсткости конструкции и, как следствие, ухудшение динамических и точностных характеристик; В некоторых случаях приходится принимать решения, менее целесообразные с конструкторской точки зрения, но более отвечающие выбранным принципам агрегатного построения. 14

Модульный принцип построения Одной из разновидностей агрегатно-модульного принципа является модульный принцип построения ПР. Модульный принцип – это создание ПР на базе функциональных модулей, имеющих все необходимые элементы, включая приводы, датчики обратной связи, необходимые для обеспечения модулем своего функционального назначения. В случае компьютерного управления модулем он становится мехатронным модулем. При построении ПР модули соединяются между собой с помощью переходных или соединительных элементов, производится подсоединение силовых и управляющих коммуникаций. 15

Недостатки модульного принципа : Увеличение номенклатуры модулей, так как одинаковые узлы с различными приводами и датчиками ОС являются различными модулями; Сложность и иногда функциональная избыточность модулей; Сложность использования одних и тех же модулей при различных системах управления. В состав ПР входят системы трёх видов: исполнительная, информационная и управляющая, которые формируются из элементов разного уровня сложности и функциональной завершённости. При этом используются следующие основные понятия: 16

Компонент ПР – унифицированные изделия, относящиеся к продукции общемашиностроительного применения. (Двигатели, редукторы, пневматические клапаны, и т.д.). Унифицированный элемент ПР – это элемент, имеющий унифицированные присоединительные размеры и параметры внешнего сопряжения. (Колонны порталов, переходные элементы и т.д.). Унифицированный узел ПР – сборочная единица ПР, имеющая унифицированные присоединительные размеры и параметры внешнего сопряжения. (Порталы, каретки и т.д.) 17

Агрегат ПР – совокупность элементов и узлов ПР, образующая механизм, предназначенный для выполнения движений по одной степени подвижности, реализуемых с помощью присоединяемого к механизму привода и имеющий унифицированные места крепления, в том числе, и привода. Исполнительный модуль – устройство, реализующее движение ПР по одной координате при подключении к цепям энергопитания и управления и имеющее унифицированные присоединительные размеры и параметры внешнего сопряжения, в том числе, с цепями энергопитания и управления. 18

Модуль – привод – комплектное устройство, обеспечивающее преобразование команд на выполнение движений, поступающих от устройства управления, в необходимые усилия или крутящий момент, и имеющее унифицированные присоединительные размеры и параметры внешнего сопряжения, в том числе, с цепями энергопитания и управления. Блок ПР – часть конструкции ПР, имеющая унифицированные присоединительные размеры и предназначенная для выполнения определённых функций, включая перемещение не менее чем по одной степени подвижности и конструктивно объединяющая несколько модулей, узлов, элементов. (Рука ПР и т.д.). 19

Приводы промышленных роботов Привод ПР – это совокупность технических средств, предназначенных для приведения в движение всех звеньев кинематических цепей и захватного устройства манипулятора в соответствии с требованиями технологического процесса. В зависимости от вида энергии, используемой для движения исполнительного механизма робота, приводы называются пневматическими, электрическими, электрогидравлическими, или комбинированными с соответствующими типами объединяемых приводов. 20

Выбор типа привода является частью общей задачи разработки и проектирования ПР и зависит от многих факторов, в частности, таких как: Характер нагрузки на привод; Необходимые линейные и угловые перемещения, скорости, законы движения рабочего органа; Число точек и точность позиционирования; Условия эксплуатации ПР и, прежде всего, характеристики окружающей среды: пожароопасность, взрывоопасность, уровень загрязнения и т.д. 21

Приводы всех типов при использовании их в ПР имеют специфические особенности: Современные ПР имеют большое число степеней подвижности, каждая из которых обеспечивается своим исполнительным двигателем. Для выполнения общей конкретной технологической задачи необходимо групповое управление исполнительными приводами, т.е. привод с позиций управления должен рассматриваться как многомерная система. Широкое изменение диапазона нагрузок на привод с преобладанием инерционных нагрузок. 22

Требуется высокая точность исполнительного органа манипулятора при позиционировании и хорошее качество переходного процесса. Требуются большие ресурсы работы при значительных динамических нагрузках и без регламентной эксплуатации, т.е., высокая надёжность. Привод должен допускать длительную работу в заторможенном режиме. 23

Пневматический привод (ПП) Как показывает статистика, примерно 40% ПР имеют пневматический привод. ПР с ПП обычно имеют грузоподъёмность до 20 кг. Преимущества ПП Простота и надёжность конструкции. Высокая скорость выходного звена привода: при линейном перемещении до 1м/c, при вращении – до 60 об/сек. Использование сжатого воздуха в качестве рабочего тела, являющегося экологически чистым источником. Возможность использования заводской пневматической сети 0,5-0,6 МПа. 24

Высокая точность позиционирования по точкам, определяемым жёсткими механическими упорами. Возможность работать в агрессивной, пожароопасной и взрывоопасной средах. Недостатки ПП Невысокая точность позиционирования, если не используются механические упоры. Сравнительно низкая выходная мощность ПП. Большое количество нелинейных элементов, как в системе управления, так и в пневматическом двигателе. 25

Пневматические исполнительные механизмы – это устройства, преобразующие энергию сжатого газа, чаще всего, воздуха в энергию перемещения выходного механического звена привода. В пневмоприводах ПР, в основном, используют поршневые исполнительные механизмы, называемые пневмоцилиндрами, так как они конструктивно просты, надёжны и обеспечивают значительное рабочее усилие. Исполнительные механизмы выполняются как пневмоцилиндры одностороннего и двухстороннего действия, неполноповоротные пневмодвигатели различных типов, реверсивные пневмомоторы, а так же мембранные камеры. 26

Схемы поршневых исполнительных двигателей 27

Спасибо за внимание