ТРАНСПОРТНО-НАКОПИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ И

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
(рабочая учебная программа дисциплины)
ТРАНСПОРТНО-НАКОПИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Направление подготовки
151900 «Конструкторско-технологическое
обеспечение машиностроительных
производств»
Профиль подготовки
Металлообрабатывающие станки
и комплексы
Квалификация (степень)
бакалавр
Форма обучения
дневная
Составитель программы
Савилов А.В., доцент кафедры «Оборудования и автоматизации
машиностроения», к.т.н., доцент.
Иркутск
2013 г.
1.Информация из ФГОС, относящаяся к дисциплине
1.1. Вид деятельности выпускника
Дисциплина охватывает круг вопросов относящихся к виду деятельности выпускника:
научно-исследовательская деятельность;
проектно-конструкторская деятельность;
производственно-технологическая.
1.2. Задачи профессиональной деятельности выпускника
В дисциплине рассматриваются указанные в ФГОС
задачи профессиональной
деятельности выпускника:
- сбор и анализ исходных информационных данных для проектирования
технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств
технологического оснащения, автоматизации и управления;
- выбор средств автоматизации технологических процессов и машиностроительных
производств;
- участие в работах по доводке и освоению технологических процессов, средств
технологического оснащения, автоматизации машиностроительных производств, и
управления, контроля, диагностики в ходе подготовки производства новой систем
продукции, оценке инновационного потенциала проекта.
1.3. Перечень компетенций, установленных ФГОС
Освоение программы настоящей дисциплины позволит сформировать у обучающегося
следующие компетенции:
Способность и готовность:
 принимать
участие
в
разработке
средств
технологического
оснащения
машиностроительных производств (ПК-9);
 участвовать в разработке проектов модернизации действующих машиностроительных
производств, создании новых (ПК-10);
 использовать современные информационные технологии при проектировании
машиностроительных изделий, производств (ПК-11);
 выбирать средства автоматизации технологических процессов и производств (ПК-12);
 использовать информационные, технические средства при разработке новых
технологий и изделий машиностроения (ПК-19);
 участвовать в разработке программ и методик испытаний машиностроительных
изделий, средств технологического оснащения, автоматизации и управления (ПК-28);
 выполнять работы по доводке и освоению технологических процессов, средств и
систем технологического оснащения, автоматизации машиностроительных производств
управления, контроля, диагностики в ходе подготовки производства новой продукции,
оценке их инновационного потенциала (ПК-33);
 применять алгоритмическое и программное обеспечение средств и систем
машиностроительных производств (ПК-48);
 участвовать в приемке и освоение вводимых в эксплуатацию средств и систем
машиностроительных производств (ПК-53)
1.4. Перечень умений и знаний, установленных ФГОС
После освоения программы настоящей дисциплины студент должен:
знать:
 технико-экономические показатели и критерии работоспособности оборудования
машиностроительных производств, классификацию оборудования;
2
 средства для контроля, испытаний, диагностики, и адаптивного управления
оборудованием;
уметь:
 собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования
технологических процессов изготовления машиностроительной продукции, средств
технологического оснащения, автоматизации и управления;
 выбирать средства автоматизации технологических процессов и машиностроительных
производств;
 выполнять анализ технологических процессов и оборудования как объектов
автоматизации и управления;
владеть;
 навыками анализа технологических процессов, как объекта управления и выбора
функциональных схем их автоматизации.
2. Цели и задачи освоения программы дисциплины
Целью изучения дисциплины: формирование у студентов знаний о транспортнонакопительных системах (ТНС) и промышленных роботах (ПР), системах автоматического
управления технологическими процессами и объектами машиностроительного производства,
разработке алгоритмов управления промышленными роботами и их реализации посредством
современных средств программирования на языках высокого и низкого уровней.
Основными задачами изучения дисциплины являются:
 изучение студентами принципов построения ТНС и ПР в современных отраслях
машиностроения;
 освоение программирования технологических операций в автоматизированных ячейках,
включая движения ПР по заданной траектории;
 умение составлять управляющие программы на языках высокого и низкого уровня;
 умение выбирать комплектацию и средства оснащения ТНС и ПР, их аппаратные и
программные опции.
3. Место дисциплины в структуре ООП
Для изучения дисциплины необходимо освоение содержания дисциплин:
- Информатика
- Информационные технологии
- Прикладное программирование
- Теория автоматического управления
- Основы технологии машиностроения
- Управление системами и процессами
- Оборудование машиностроительных производств
- Аппаратные и программные средства систем управления
- Программирование станков с ЧПУ
Знания и умения, приобретаемые студентами после освоения содержания дисциплины,
будут использоваться в:
- Станочная оснастка
- Управление станками и станочными комплексами
- Система инструментообеспечения станков с ЧПУ
4.
Основная структура дисциплины
Трудоемкость, часов
Вид учебной работы
Всего (ЗЕТ)
Семестр
№8
3
Общая трудоемкость дисциплины
108 (3)
Аудиторные занятия, в том числе:
48
лекции
24
практические работы
24
Самостоятельная работа (в том числе курсовое
60
задание)
Вид промежуточной аттестации (итогового зачет
контроля по дисциплине), в том числе
курсовое задание
108 (3)
48
24
24
60
зачет
5. Содержание дисциплины
5.1 Перечень основных разделов и тем дисциплины
Раздел 1. Предмет и задачи курса
Тема 1.1. Классификация ПР их общее устройство и назначение.
Тема 1.2. Системы управления ПР.
Раздел 2. ПР с цикловой системой управления (СУ)
ПР МП-9С. Область применения. Программирование СУ ЭЦПУ-6030.
Раздел 3. ПР с позиционной СУ
Тема 3.1. ПР «Электроника НЦТМ-01».
Тема 3.2. СУ ПР «Электроника НЦТМ-01». Архитектура. Программное обеспечение.
Разработка управляющих программ.
Раздел 4. ПР с контурной СУ
Тема 4.1. ПР РМ-01 с системой управления «Сфера-36».
Тема 4.2. Архитектура и системное программное обеспечение СУ ПР «Сфера-36».
Тема 4.3. Программирование СУ «Сфера-36» ПР «РМ-01».
Раздел 5. Транспортно-накопительные системы
Автоматизированные транспортно-накопительные системы. Общее устройство.
Основные компоновки. Применение.
5.2 Краткое описание содержания теоретической части разделов и тем
дисциплины
Предмет и задачи курса. Классификация систем управления (СУ)
машиностроительным оборудованием.
Одним из основных признаков классификации систем управления (СУ)
промышленными роботами (ПР) является характер и способ задания перемещения. По этому
классификационному признаку они делятся на цикловые, позиционные и контурные.
В цикловых СУ положение звена манипулятора задаётся номером точки
позиционирования. Чаще всего задаются крайние положения звена, ограничиваемые
жёсткими механическими упорами (двухпозиционное цикловое управление). Область
применения ПР с цикловыми СУ: литейное производство, термообработка, штамповка,
ковка. Типичным представителем данного класса СУ является ЭЦПУ – 6030.
В позиционных СУ положение звена манипулятора задаётся номером или именем и
координатами точки. Между точками, ограничивающими перемещение звена можно задать
некоторую последовательность точек, количество точек в которой ограничено только
ёмкостью памяти программоносителя. Область применения ПР с позиционными СУ:
загрузка металлорежущих станков, контроль изделий. Например, ПР "Электроника НЦТМ01" служит для загрузки заготовок в токарные станки с ЧПУ типа 16К20Т1.
4
В контурных СУ задается непрерывная траектория, аппроксимированная дискретной
совокупностью точек. Областью применения контурных СУ является линейная сварка,
окраска, сборка.
СУ ПР "ПУМА 560" "Сфера-36" относится к классу сложных
мультипроцессорных систем и имеет программное обеспечение высокого уровня.
Программирование этой СУ осуществляется в ARPS – мощной системе программирования
робота, построенной на базе языка BASIC.
ПР с цикловой системой управления (СУ)
НАЗНАЧЕНИЕ РОБОТА МП-9С И ЕГО ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
Промышленный робот МП-9С предназначен для обслуживания штамповочных
прессов, а также для автоматизации таких технологических процессов, где необходимо
обеспечить захват детали, ее перенос и установку на соответствующем технологическом
оборудовании.
В состав робота входят следующие узлы: манипулятор, электронное цикловое
программное устройство (ЭЦПУ-6030), два соединительных кабеля, узел подготовки воздуха
(блок пневмопитания), захваты.
Технические данные робота:
а) грузоподъемность - 2 Н;
б) погрешность позиционирования - 0.05 мм;
в) число степеней свободы - 3;
г) перемещениявертикальное (ход 30 мм, скорость 100 мм/с),
горизонтальное (ход 150 мм, скорость 300 мм/с),
поворот (1200, скорость 120 мм/с).
д) система управления имеетБлок
30 переходов
за цикл;
пневмопитания
е) пневматический привод;
ж) 6 технологических команд;
з) 2 точки позиционирования на каждой степени подвижности;
команды
и) пневмопитание с давлением
воздуха от 294 200 до 490 330 Па;
к) электропитание от сети переменного тока частотой 500.5 Гц и напряжением 220 В.
л) габариты
506х232х305
мм, масса
40 кг, ЭЦПУ400х435х220
Оператори масса: манипулятора
Блок
пневмопитания
ЭЦПУ
Захват
Деталь
мм, масса 26 кг.
ответы
УСТРОЙСТВО И РАБОТА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ РОБОТА
Функциональная схема основных узлов приведена на рис.1.1.
220 В
Рис. 1.1
5
На манипулятор подается сжатый воздух под давлением 294 200- 490 330 Па от блока
пневмопитания, а также напряжение постоянного тока 24 В от ЭЦПУ, который подключен к
сети переменного тока 220 В.
В электрической схеме манипулятора (см. 71.330.017 ЭС) на каждое задаваемое
движение имеется клапан с дросселем, регулировка которого позволяет изменять скорость
движения руки.
Алгоритм работы манипулятора - последовательность и количество движений (в
соответствии с принятой технологической схемой)- задается набором программ в
электронно-цифровом программном устройстве (ЭЦПУ). Контроль за движениями
манипулятора осуществляется с помощью КЭМ (контактов электромагнитных), которые при
выполнении каждого движения (команды) выдает сигнал “ответ”, после чего выдается
команда на выполнение следующего движения. При отсутствии сигнала ответа от КЭМ о
выполнении заданного движения манипулятор останавливается и до получения сигнала
ответа последующих действий не производит.
Амортизация выдвижения и поворот руки манипулятора осуществляется
гидравлическими демпферами, амортизация подъема и опускания- дросселированием подачи
и отвода воздуха.
Манипулятор промышленного робота, функциональная схема которого приведена
на рис.1.2, состоит из следующих основных частей:
а) корпуса с узлами распределения воздуха, включающего электропневмоклапаны с
дросселями;
б) механизмов подъема, поворота и перемещения руки вперед-назад;
в) муфты с упорами;
г) руки (цилиндр перемещения руки вперед-назад);
д) амортизаторов руки и поворота;
е) двух захватов, предназначенных для взятия детали путем сжатия или разжатия
губок захвата, переноса детали и установки ее в штампе.
На звеньях манипулятора расположены датчики перемещений (герконовые реле),
срабатывающие при достижении звеном соответсвующего конечного положения.
Механизм
подъема
Корпус с
блоком
пневмораспре
делительных
клапанов
Механизм
перемещения
вперед-назад
Амортизатор
руки
Захват
сжатием
Муфты с
упорами
Амортизатор
поворота
Захват
разжатием
Механизм
поворота
Рис.1.2
ЭЦПУ предназначено для управления манипулятором промышленного робота
МП-9С при автоматизации мелкосерийного технологического производства.
Функциональная схема ЭЦПУ приведена на рис. 3. Подробное описание взаимодействия
составных элементов ЭЦПУ дано в соответствующем разделе работы 2 (Описание
ЭЦПУ).
На манипулятор
Пульт
управления
Блок
управления
6
Блок
выходных
усилителей
На технологическое
оборудование
+5 В
Пульт
управления
+6.3 В
Блок
питания
Рис.1.3
ПР с позиционной системой управления
ПР «Электроника-НЦТМ-01»
Манипулятор робота имеет пять степеней подвижности и два схвата,
расположенных под углом 900. Один направляется на захват заготовки, другой - на захват
детали. Привода по всем степеням подвижности электромеханические, привод схвата пневматический.
Рис. 4.1. Общий вид манипулятора робота "Электроника НЦТМ-01"
Конструктивно манипулятор (рис. 4.1) состоит из следующих основных узлов:
- механизм горизонтального перемещения 1, координата перемещения по оси Х, обозначение
механизма А;
- механизм поворота 2, координаты перемещения 0, обозначение механизмов В;
- механизм горизонтального перемещения 3, координата перемещения по оси Y,
обозначение механизма С;
- механизм подъема 4, координата перемещения по оси Z, обозначение механизма D;
- механизм захвата деталей состоит из двух схватов и устройства ротации схватов;
- устройство ротации схватов 5, координата перемещения Q2, механизм обозначается
Е;
- схват 1, обозначение механизма F;
- схват 2, обозначение механизма G.
7
Структурная схема типовой системы управления ПР на базе микроЭВМ "Электроника
60М" представлена на рис.1.
ПРЦ
ОЗУ
ПЗУ
ППЗУ
Канал микроЭВМ "Электроника 60М"
УПО
Дисплей
ИВВ1
ИВВN
Приводы
Датчики
Рис. 1. Архитектура СУ на базе микроЭВМ "Электроника 60М":
где
ЦП - центральный процессор,
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство,
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство,
ППЗУ - перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство,
УПО - устройство последовательного обмена,
И2 - параллельный интерфейс.
МикроЭВМ представляют собой систему функциональных блоков, связь между
которыми реализуется через единый системный канал обмена информацией (системные
шины). Связь между устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу
"активный – пассивный". В любой момент времени только одно устройство является
активным и управляет циклами обмена информацией в канале. Передача данных через канал
выполняется по асинхронному принципу при помощи специальных сигналов синхронизации,
т.е. на инициализирующий обмен данными от активного устройства должен поступить
ответный сигнал от назначенного пассивного устройства. Канал позволяет адресоваться к
32К 16 разрядных слов или к 64К байт.
Процессор выполняет все необходимые операции по приему команд, их
исполнению, по обработке внешних и внутренних прерываний программы, а также по
управлению каналом. Формат параллельной обработки данных 16-разрядное слово или 1
байт. Процессор выполнен на основе БИС 1801ВМ1 и подключается к каналу через
корректор сигналов управления канала.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для оперативного
хранения данных и программ. Емкость ОЗУ 56 Кбайт (28 Кслов), выполнено на основе
микросхем К565РУЗ. ОЗУ динамического типа и требует периодической регенерации.
Постоянное запоминающее устройство предназначено для хранения следующих
программ:
программа режима начального пуска микроЭВМ;
программа пультового режима работы;
8
программа начального загрузчика с накопителя на гибких магнитных дисках;
ПЗУ выполнено на основе интегральной схемы 1801РЕ1-000;
ППЗУ предназначено для хранения программ пользователя, позволяет осуществлять
многократное программирование.
Устройство последовательного обмена (УПО) предназначен для связи микроЭВМ с
внешними устройствами по асинхронному последовательному каналу ввода. УПО
осуществляет обмен информацией с каналом микроЭВМ с помощью четырех регистров,
может производить прерывание программы с выдачей адреса вектора прерывания, как от
приемника, так и от передатчика, обеспечивает обмен с внешними устройствами. Связь с
внешними устройствами (в данном случае - дисплеем) УПО осуществляет через узел
оптронной развязки.
Интерфейс И2 предназначен для подсоединения к каналу микроЭВМ “Электроника
60М” устройств ввода-вывода, обменивающихся с микроЭВМ данными в 16-разрядном
параллельном коде. Интерфейс содержит три адресуемых регистра: регистр состояния (РС),
регистр данных передатчика (РД ПРД), регистр данных приемника (РД ПРМ). Адресация
регистров интерфейса И2 производится переключателями SA1, SA3, SA4 [1] (табл. 2).
На заводе изготовителе установлены следующие адреса:
РС - 1677708; РД ПРД - 1677728; РД ПРМ - 1677748.
Разряд
адреса
03
04
05
06
07
Таблица 2. Адресация регистров интерфейса И2
Номер
Номер
Разряд Номер
переключателя, переключателя, адреса переключателя,
замыкаемого для замыкаемого для
замыкаемого для
установки в
установки в
установки в
разряде
разряде
разряде
логической “1”
логического “0”
логической “1”
SA3.7
SA3.8
08
SA1.6
SA3.5
SA3.6
09
SA1.4
SA3.3
SA3.4
10
SA1.2
SA3.1
SA3.2
11
SA4.3
SA1.7
SA1.8
12
SA4.2
Номер
переключателя,
замыкаемого для
установки в
разряде
логического “0”
SA1.5
SA1.3
SA1.1
SA4.4
SA4.1
Работа интерфейса И2 в качестве средства сопряжения ЭВМ с роботом и ТО
отличается от работы в режиме связи со стандартными устройствами ввода-вывода. Это
обусловлено тем, что через регистры данных передатчика и приемника может
осуществляться связь одновременно с несколькими устройствами (приводами и датчиками
степеней подвижности робота и ТО). Регистр состояния при этом фактически не
используется, за исключением режимов отладки.
Управление приводами степеней подвижности осуществляется следующим
образом. Рассмотрим структуру РД ПРД СУ промышленного робота “Электроника НЦТМ01” (рис. 3).
Для того, чтобы заставить одно из звеньев манипулятора двигаться в прямом
направлении соответствующий разряд РД ПРД (например для звена 1 это разряд 0)
устанавливается в состояние “1”. Установка этого разряда в “0” приводит к прекращению
движения. Разряд 2 служит для управления скоростью движения звена 1. Если он установлен
в состояние “0” движение осуществляется с медленной скоростью. Установка этого разряда в
состояние “1” увеличивает скорость движения. Конкретные значения скоростей
обеспечиваются настройкой приводов манипулятора.
9
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6
5 4 3 2 1 0
движение звена
направлении
.....................................
.......................
движение звена
направлении
1
1
в
в
прямом
обратном
управление скоростью звена 1
управление схватом
движение звена 2 в прямом
направлении
движение звена n в прямом направлении
Рис.3. Типовая структура РД ПРД интерфейса И2 СУ РТС
Кроме сигналов управления приводами манипулятора и захватными устройствами в
РД ПРД присутствуют сигналы управления ТО. Например, установка соответствующего
разряда в состояние “1” приводит к срабатыванию пресса, включению шпинделя
металлорежущего станка, запуску управляющей программы системы ЧПУ обслуживаемого
станка и т.д. Рекомендуется резервировать часть разрядов РД ПРД под технологические
команды, которые могут понадобиться в процессе эксплуатации РТС.
РД ПРМ обычно отвечает за состояние датчиков степеней подвижности робота, ТО и
ограждения рабочей зоны РТС. Состояние “1” разряда РД ПРМ означает, что
соответствующий ему концевой выключатель находится в замкнутом положении, состояние
“0” в свою очередь означает, что соответствующий концевой выключатель разомкнут.
Разряды РД ПРМ используются также для получения информации от системы ЧПУ ТО.
Например, состояние “1” соответствующего разряда устанавливается после получения
команды “Конец обработки” запрограммированной в кадре управляющей программы СЧПУ
станка.
Кроме одиночных дискретных сигналов РД ПРМ принимает последовательности
импульсов генерируемые такими устройствами как фотоимпульсные преобразователи,
используемые в качестве датчиков положения. Это позволяет реализовать позиционное
управление манипулятором. Принципы организации такого управления рассматриваются
ниже.
Таким образом очевидно, что при помощи одного интерфейса И2 можно организовать
управление объектом по 16 входным и 16 выходным каналам. Если этого числа каналов
недостаточно, то устанавливают дополнительные платы И2 предварительно назначив им
разные адреса при помощи переключателями SA1, SA3, SA4 (см. табл. 2).
Интерфейс устройства последовательного обмена (УПО) предназначен для
подсоединения к каналу микроЭВМ “Электроника 60М” устройств ввода-вывода,
обменивающихся с микроЭВМ данными в последовательном коде. Зарубежным аналогом
устройства является интерфейс RS 232C.
Устройство содержит четыре адресуемых регистра:
регистр состояния приемника РС ПРМ;
регистр данных приемника РД ПРМ;
регистр состояния приемника РС ПРД;
регистр данных передатчика РД ПРД.
Адресация регистров устройства задается с помощью перемычек Е3 - Е12 (табл. 3).
Перемычка, установленная в положение “а”, соответствует логической “1”, в положение “б”
- логическому “0” в выбранном разряде адреса.
Перемычки, установленные на предприятии-изготовителе, определяют следующие
адреса регистров:
РС ПРМ - 1775608, РД ПРМ - 1775628, РС ПРД - 1775648, РД ПРД - 1775668.
10
Таблица 3. Адресация регистров интерфейса УПО
Разряд
адреса
03
04
05
06
07
Перемычка,
замыкаемая для
установки
в
разряде
логической “1”
E3.a
E4.a
E5.a
E6.a
E7.a
Перемычка,
Разряд
замыкаемая для адреса
установки
в
разряде
логического “0”
E3.б
08
E4.б
09
E5.б
10
E6.б
11
E7.б
12
Перемычка,
замыкаемая для
установки
в
разряде
логической “1”
E8.а
E9.а
E10.а
E11.а
E12.а
Перемычка,
замыкаемая для
установки
в
разряде
логического “0”
E8.б
E9.б
E10.б
E11.б
E12.б
Для связи устройства с удаленным внешним абонентом используется стартстопный
метод передачи, в котором восьмибитные знаки передаются как отдельные элементыпосылки, которые могут разделяться произвольными временными интервалами. В начале
каждой посылки вводится пауза - “старт-бит”, ее значение равно нулю, чтобы обеспечить
переход от предыдущего знака к последующему, в конце посылки передается “стоп-бит”, его
значение равно единице. В данном устройстве принята следующая структура передаваемой
посылки: “старт-бит + 8 бит информации + 2 стоп-бита”. Следовательно, внешний абонент
должен иметь аналогичную структуру посылки, устанавливаемую программно или
аппаратно с помощью перемычек. Кроме структуры посылки, абоненты должны иметь
одинаковую скорость передачи данных. Скорость передачи данного устройства составляет 9600 бод.
Для работы в режиме прерывания УПО имеет вектора прерывания. Адрес
вектора прерывания задается перемычками (табл.4). На предприятии-изготовителе
установлен базовый адрес вектора прерывания 608, т.е. адрес вектора прерывания приемника
- 608, передатчика - 648.
Таблица 4. Формирование адреса вектора прерывания интерфейса УПО
Разряд
Номер перемычки,
замыкаемой
для
установки в разряде
логического “0”
Е13
Е14
Е15
Е16
Е17
03
04
05
06
07
15 14 13 12 11 10 9 8
7 6 5 4 3 2 1 0
Разрешение прерывания
Флаг приемника
Рис.4. Структура РС ПРМ УПО
РС ПРМ содержит два значащих разряда (см. рис. 4).
11
Разряд 07 - Флаг приемника - устанавливается схемой УПО в состояние “1”, если
прием информации из линии закончен и РД ПРМ УПО заполнен. Доступен ЦП только по
чтению. Обнуление разряда производится после считывания РД ПРМ или сигналом канала
магистрали Сброс.
Разряд 06 - Разрешение прерывания - состояние разряда устанавливается ЦП для
управления работой модуля УПО в режиме прерывания по готовности ПРМ. Доступен ЦП
по записи и чтению. Содержимое разряда обнуляется также по сигналу Сброс.
РС ПРД содержит четыре значащих разряда (рис. 5).
15 14 13 12 11 10 9 8
7 6 5 4 3 2 1
0
Разрыв линии
Проверка работы
Разрешение прерывания
Флаг передатчика
Рис.5. Структура РС ПРД УПО
Разряд 07 - Флаг передатчика - устанавливается схемой УПО в состояние “1”, если
РД ПРД УПО свободен от информации. Сбрасывается в нуль после загрузки РД ПРД и вновь
устанавливается сразу после начала передачи; доступен ЦП только по считыванию.
Содержимое разряда устанавливается также сигналом Сброс.
Разряд 06 - Разрешение прерывания - установкой этого разряда управляет ЦП,
разрешая или запрещая работу ПРД УПО в режиме прерывания по его готовности. Доступен
ЦП по записи и чтению. Содержимое разряда обнуляется также по сигналу Сброс.
Разряд 02 - Проверка работы - установка в “1” этого разряда обеспечивает передачу
информации не в линию, а на вход приемника. Состояние разряда формируется ЦП и
доступно ему по записи и считыванию. Обнуление разряда осуществляется также сигналом
Сброс.
Разряд 00 - Разрыв линии - установка разряда в “1” приводит линию передачи в
состояние “разрыв”. Состояние разряда формируется ЦП и доступно ему по записи и
считыванию. Обнуление разряда осуществляется также сигналом Сброс.
Обычно в СУ РТС, построенной на базе микроЭВМ “Электроника 60М” через УПО
подключен видеотерминал для связи с оператором. Кроме этого рекомендуется установка
дополнительного модуля УПО для связи с ЭВМ верхнего уровня.
Программное обеспечение СУ
Процесс ввода и отладки управляющих программ в системы управления (СУ),
построенные на базе микроЭВМ "Электроника 60М" осуществляется при помощи
системного программного обеспечения, основным ядром которого является монитор.
Монитор – программа, которая находится в ПЗУ СУ и начинает свою работу
сразу после включения питания. Монитор обеспечивает чтение информации, содержащейся
в регистрах общего назначения и в ячейках ОЗУ, ввод в них новой информации, запуск и
пошаговую отладку прикладных программ. Команды монитора приведены в табл. 1.
Табл. 1
Имя команды
Назначение команды
/
Открыть ячейку или регистр общего назначения
<Ввод>
Закрыть ячейку или регистр общего назначения
<ПС> - перевод строки Закрыть текущую ячейку или регистр и открыть следующую
Закрыть текущую ячейку или регистр и открыть предидущую

12
Ri, где i=0…7
G
P
Регистр общего назначения
Запустить программу с выбранного адреса
Продолжить выполнение программы в пошаговом режиме
ПР с контурной системой управления.
“ПУМА 560” - антропоморфный манипулятор с шестью степенями подвижности.
Звенья манипулятора соединяются друг с другом в суставах и вращаются вокруг осей
систем координат, идущих через центры суставов. Звенья манипулятора представлены на
рис. 6.1. Степени подвижности манипулятора показаны на рис. 6.2. Каждое звено имеет
свой следящий привод постоянного тока с постоянным магнитом. Трансмиссия
осуществляется через зубчатые редукторы.
Текущее положение манипулятора определяется в отношении известного исходного
(абсолютного) положения. Установка абсолютного положения (калибровка) производится с
помощью потенциометров.лечоКалибровка должна быть выполнена каждый раз после
включения питания робота.
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ РОБОТА
Для обеспечения легкости программирования имеет две системы координат, в
отношении которых он движется: основную систему координат и систему координат
инструмента.
Основная система координат состоит из трех перпендикулярных друг к другу осей
(X, Y и Z), пересекающихся в плече манипулятора (рис. 6.3).
Основная система координат не движется при перемещении звеньев манипулятора.
Она используется, например, при обучении робота новым точкам. В ручном режиме WORLD
нажимая кнопки пульта X, Y и Z ручного управления пользователь может перемещать
инструмент прямолинейно по осям. Обучение легко производится, поскольку отдельные
степени подвижности не требуют индивидуального управления.
Система координат инструмента также состоит из трех осей, но они пересекаются не
в плече, а во фланце кисти. Система координат движется с фланцем по движениям
манипулятора. Также система координат инструмента может эффективно использоваться
при обучении. С пульта ручного управления выбирается режим TOOL. Нажатием кнопок X,
Y и Z пользователь перемещает конец инструмента прямолинейно по осям системы
координат инструмента. Ему не надо управлять каждой степенью подвижности отдельно.
(Например, сверление производится вращением инструмента в направлении оси Z)
Рис. 6.2. Степени подвижности манипулятора “ПУМА 560”
13
Рис. 6.3. Системы координат манипулятора “ПУМА 560”
Архитектура СУ «Сфера-36». Функциональные и интерфейсные модули СУ
«Сфера-36».
ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЭВМ И ПРОЦЕССОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ
ЦЭВМ является главным модулем системы управления. Она вычисляет траекторию
манипулятора и обменивается информацией с окружающей средой через комплектующие
устройства.
Основные модули ЦЭВМ:
- модуль центрального процессора, длина слова 16 бит;
- модули последовательного интерфейса для связи с комплектующими;
- модули параллельного интерфейса для связи с модулями управления, приводами и
модулями ввода/вывода;
- модуль ППЗУ, хранящий системную программу ARPS;
- модуль ОЗУ для записи программ пользователя;
- модуль АЦП для выполнения калибровки.
ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ
На панели управления расположены все переключатели, кнопки и сигнальные
лампочки, нужные при эксплуатации робота, а также клавиатура для программировния
робота.
ДИСПЛЕЙ
Дисплей вместе с клавиатурой используется для программирования робота.
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Усилители мощности служат для управления приводами манипулятора и содержат
электронную схему защиты от перегрузки.
ПЕРВИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
Через этот блок осуществляется электропитание стойки управления. Блок питания
содержит главный предохранитель, ряд индивидуальных предохранителей, главный
контактор, фильтр шума и разъем для нужд техобслуживания.
ИСТОЧНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Эти блоки генерируют необходимые для работы системы управления градации
постоянного тока.
14
ПУЛЬТ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Пульт ручного управления используется для управления манипулятором путем
перемещения либо отдельных сочленений, либо средней точки фланца кисти по
координатным системам робота. Он имеет пять режимов работы.
- Управление манипулятором от ЭВМ (COMP).
В этом режиме, полностью управляемом от ЭВМ, кнопки для управления степенями
подвижности манипулятора находятся в блокированном состоянии.
- Ручное управление в основной системе координат (WORLD).
- Ручное управление по степеням подвижности (JOINT).
- Ручное управление в системе координат инструмента (TOOL).
- Отключение приводов степеней подвижности (FREE).
Выбранный режим индицируется сигнальной лампочкой.
Для обучения перемещению из точки в точку на пульте ручного управления имеется
кнопка “STEP” нажатием которой в ЗУ робота запишется информация о текущем положении
манипулятора.
Скорость движения манипулятора регулируется с помощью кнопок “SPEED+”.
Выбранная скорость индицируется светодиодами.
На пульте ручного управления имеется также 12-и значый индикатор “ASCII”, на
который выводится информация о выбранном режиме работы и другие сообщения
оператору.
НАКОПИТЕЛЬ НА ГИБКОМ МАГНИТНОМ ДИСКЕ (НГМД)
Из ЗУ центральной ЭВМ программу можно записать на гибкий магнитный диск. В
НГМД используются диски размером 5.25". Использование магнитных дисков позволяет
создать библиотеку программ.
ВХОДЫ И ВЫХОДЫ ДЛЯ СВЯЗИ С ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ
С помощью входных и выходных каналов обеспечивается электрическая связь робота
с различными внешними устройствами, например, концевыми и ручными выключателями,
сигнальными лампами, вентилями, программируемыми логическими контроллерами, ЭВМ,
другими роботами.
Через входные каналы роботу можно дать, например, команду останова, команду
перехода в определенный адрес программы и т.д. Также через входной канал роботу можно
сообщить о поступлении в его рабочую зону очередного изделия.
Через выходные каналы робот может управлять работой внешних устройств,
например, станков, конвейеров и т.д.
Программное обеспечение СУ ПР «Сфера-36». Программная оболочка ARPS
При запуске программы в ОЗУ центральный процессор начинает вычислять
предусмотренную программой траекторию манипулятора. Значения, вычисленные на основе
текущего положения манипулятора, передаются в модули управления приводами. Новые
значения вычисляются десятки раз в секунду. Таким образом, принцип управления
движением манипулятора состоит в том, что при движении манипулятора от одной
запрограммированной точки в другую ему дают несколько “промежуточных целей”.
Для каждой степени подвижности предусмотрены индивидуальный модуль
управления приводом и усилитель мощности, которые обеспечивают управление
соответствующим звеном манипулятора в соответствии с полученной от центрального
процессора информацией. Необходимая для управления обратная связь обеспечивается
установленными на двигателях фотоэлектрическими импульсными датчиками. Таким
образом, между модулями управления приводом и двигателями манипулятора создаются
замкнутые петли управления.
Расчет новых промежуточных значений на модулях управления приводом
производится намного быстрее, чем в центральном процессоре, примерно тысяча раз в
15
секунду. Применяемый способ (линейная интерполяция) обеспечивает максимальную
плавность движения звеньев манипулятора.
Построение СУ РТК механообработки
В настоящее время наибольшее число станков с ЧПУ и технологических комплексов на
их основе в нашей стране эксплуатируются на предприятиях «уникального
машиностроения» (ракетно-космическое производство, атомная промышленность, тяжелая
энергетика). Здесь растущая конструктивная сложность, весовые характеристики, сложность
формы и требования к геометрической точности уникальных деталей делают практически
невозможным обеспечение требований к их качеству без наличия рабочих-станочников
уникальной квалификации. Это поколение стареет и уходит, достойная замена не
подготовлена, поэтому изготовление сложной и уникальной продукции возможно только на
станках с ЧПУ, какой бы высокой ценой они не обладали. Как видно, здесь определяющие
факторы внедрения станов с ЧПУ и ТК на их основе есть факторы социальноэкономические.
С точки зрения технико-экономических факторов опыт внедрения станков с ЧПУ,
полученный на отечественных предприятиях, показывает наличие на различных
предприятиях схожей проблемы. С одной стороны, программы выпуска, закрепленные за
цехами и участками станков с ЧПУ, не выполняются. С другой – отмечается низкая загрузка
станков (в понимании руководителей предприятий под загрузкой понимается доля общего
фонда времени работы, в течение которого станок занят непосредственно обработкой
деталей).
Мы полагаем, что названная проблема является неизбежным следствием ошибок,
совершенных при проектировании технологических комплексов из станков с ЧПУ и
планировании для них производственных программ. Причин этих ошибок несколько:
− отсутствие в научной и технической литературе обоснованных рекомендаций о
рациональных областях применения станков с ЧПУ;
− отсутствие методик расчета необходимого количества станков с ЧПУ, учитывающих
специфику их функционирования в составе технологических комплексов и структуру затрат
времени функционирования;
− отсутствие достоверных данных о фактической работоспособности станков с ЧПУ.
В ряде литературных источников утверждается, что станки с ЧПУ работают едва ли
100 % действительного фонда времени, а наладка и переналадка выполняются за
минимальное время. Между тем, исследования, проведенные на ряде ведущих предприятий
показали, что в условиях часто переналаживаемого производства коэффициент
экстенсивного использования оборудования с ЧПУ составляет от 0,3 до 0,5.
При этом длительность отладки новой детали, по данным, составляет от 10 до 12
времен цикла обработки для фрезерных станков и от 20 до 22 времен цикла для станков
токарных.
Таким образом, производительность станков с ЧПУ остается открытым вопросом,
требующим дальнейшей работы. Прежде всего в таких комплексах одними из ключевых
являются вопросы отладки. Это диктуется серийным характером изготовления деталей с
регламентацией поставки их на сборку, частым обновлением объектов производства. В итоге
простои для наладок, переналадок, установки заготовок неизбежно становятся сопоставимы
с длительностью периодов обработки. А если учесть неизбежные отказы в работе,
организационные и технические простои, то, согласно некоторым заводским данным,
оборудование технологических комплексов работает не более 20-25% действительного
фонда времени. Это самым непосредственным образом влияет на количество оборудования,
необходимого для выполнения заданных масштабов выпуска продукции, что чаще всего не
учитывается.
Автоматические транспортно-накопительные системы АТНС
16
1. Назначение
2. Задачи
3. Разновидности
4. Общая характеристика АТНС
АТНС - это система взаимосвязанных транспортных и накопительных устройств,
осуществляющих перемещение предметов обработки, их хранение и учет.
Назначение: обеспечение совместного функционирования ТНС и основного
технологического оборудования.
Задачи:
1. Хранение заготовок, материалов, инструментов, приспособлений
2. Транспортировка указанных предметов к рабочим местам
3. Транспортировка готовых изделий и сборка
4. Удаление отходов производства
Схема работы АТНС:
ИО - инструментальная оснастка;
З - заготовки;
ГИЗ - готовые изделия;
ОТХ - отходы;
ОТО - основное технологическое оборудование.
Связующее звено - транспортные системы.
К основному оборудованию АТНС относятся: склады, стилажи, штабелеры, конвейеры,
самоходные тележки, транспортные роботы.
К вспомогательному оборудованию АТНС относятся: накопительно-ориентирующие
устройства, перезагрузочные устройства, столы, контователи, тара.
Требования к АТНС:
1. Автоматический режим работы
17
2. Совместимость с остальными элементами ГПС
3. Возможность автоматической перенастройки при изменении объектов обработки
4. Обеспечение необходимой производительности
Различают уровни АТНС:
1. Локальный
2. Цеховой
3. Межцеховой
МЦН - межцеховые накопители (полуавтоматические);
ЦН - цеховые накопители (автоматические и полуавтоматические);
ЛН - локальные накопители (столь, контователи, могут быть только автоматическими).
Типовые схемы АТНС
В ГПС применяются следующие типовые схемы АТНС:
1. АТНС с прямой трассой обслуживания
18
1 - склад;
2 - перегрузочное устройство;
3 - трасса;
4 - транспортные средства;
5 - предстаночные накопители;
6 - основное технологическое оборудование;
7 - контрольные устройства.
Применяется при небольшом числе единиц оборудования и небольших грузопотоках,
когда перемещаются заготовки и готовые изделия.
2. АТНС с замкнутой трассой обслуживания
19
1 - склад;
2 - перегрузочное устройство;
3 - трасса;
4,5,6 - транспортные средства;
7 - предстаночные накопители;
8 - основное технологическое оборудование;
9 - контрольные устройства;
10 - сборник отходов.
Применяется при небольшом числе единиц оборудования и нескольких грузопотоках,
используется несколько транспортных средств.
3. АТНС с разветвленной трассой обслуживания
20
1 - автоматический склад;
2 - перегрузочное устройство;
3 - трасса;
4 - контрольно-измерительная машина;
5 - транспортные средства;
6 - предстаночные накопители;
7 - основное технологическое оборудование;
8 - сборник отходов.
Применяется при многорядном расположении оборудования и больших грузопотоках.
4. АТНС с одним складом и несколькими трассами
21
1 - отделение заготовок;
2 - отделение инструмента автоматического склада;
3,4 - основное технологическое оборудование;
5 - контрольно-измерительная машина;
6 - трасса заготовок;
7 - трасса инструмента;
8 - трасса готовых изделий.
Применяется для мелкосерийного производства.
5. АТНС с несколькими складами и несколькими плоскими трассами
22
1 - склад заготовок;
2 - склад инструмента;
3 - склад готовых и бракованных изделий;
4 - трасса инструмента;
5,6 - основное технологическое оборудование;
7 - трасса готовых изделий;
8 - контрольно-измерительная машина;
9 - трасса бракованных изделий;
10 - трасса заготовок.
Применяется в производстве крупногабаритных изделий.
6. АТНС с несколькими складами и несколькими пространственными трассами
23
1 - склад заготовок;
2 - склад инструмента;
3,4 - основное технологическое оборудование;
5 - контрольно-измерительная машина;
6 - трасса заготовок;
7 - трасса инструмента;
8 - трасса готовых изделий.
Применяется в крупносерийном производстве малогабаритных изделий.
Типовые компоновки АТСС
Известны 4 типа компоновок АТСС:
I тип.
Основан на использовании рельсового транспорта и роликовых конвейеров. В этом типе
компоновок складское хозяйство располагается отдельно от производственных участков. С
производственными участками связь осуществляется с помощью ТНС.
Технологическое оборудование располагается вдоль стационарных транспортных линий,
грузы доставляются с помощью рельсового транспорта или роликовых конвейеров.
а). Компоновки на основе рельсового транспорта
Могут иметь:
- прямую трассу;
24
- замкнутую трассу;
- разветвленную трассу.
Компоновка АТСС с прямой трассой обслуживания
1 - складская система;
2 - накопитель;
3 - рельсовый путь;
4 - предстаночные накопители;
5 - основное технологическое оборудование.
Компоновка АТСС с замкнутой трассой обслуживания
1 - складская система;
2 - накопитель;
3 - замкнутый рельсовый путь;
4 - предстаночные накопители;
5 - основное технологическое оборудование.
Компоновка АТСС с разветвленной трассой обслуживания
25
1 - складская система;
2 - накопитель;
3 - рельсовый путь;
4 - предстаночные накопители;
5 - основное технологическое оборудование;
6 - участковые накопители.
б). Компоновки на основе использования роликовых конвейеров
Расположение может быть:
- одинарным;
- двурядным;
- многорядным.
Количество конвейеров может быть один или несколько.
Конвейеры могут быть одноярусными и двухъярусными (с подъемником, могут
перемещаться по двум транспортным линиям).
1. Однорядная одноярусная компоновка
1 - складская система;
2 - накопитель;
26
3 - роликовый конвейер;
4 - предстаночный накопитель;
5 - основное технологическое оборудование.
2.Двурядная компоновка с одноярусным конвейером
1 - складская система;
2 - накопитель;
3 - роликовый конвейер;
4 - предстаночный накопитель;
5 - основное технологическое оборудование.
3.Одноярусная компоновка с двухъярусным конвейером
27
1 - складская система;
2 - накопитель;
3 - роликовый конвейер;
4 - предстаночный накопитель;
5 - основное технологическое оборудование.
4.Двурядная компоновка с двухъярусным конвейером
(как и 2).
5.Многорядная компоновка с несколькими многоярусными конвейерами
(как и 1).
6.Многорядная компоновка с несколькими двухъярусными конвейерами
(как и 3).
Преимущества I типа:
1. Удобство расположения вспомогательных помещений для переработки грузов.
2. Неограниченное число единиц основного технологического оборудования.
3. Большие объемы грузов и высокие объемы доставки грузов.
Недостатки I типа:
1. Большие затраты на содержание транспортных линий.
2. Большие занимаемые площади.
3. Невысокая гибкость транспортных систем.
4. Невозможность доставки какого-либо транспортного средства без остановки всей
транспортной линии.
Области применения: крупносерийное производство; среднесерийное производство деталей
небольшой номенклатуры.
II тип.
Основан на использовании штабелеров склада. Штабелеры могут быть стеллажные и
мостовые.
Компоновки на основе использования стеллажного штабелера
28
1 - стеллажи автоматизированного склада;
2 - стеллажный робот-штабелер;
3 - накопители, либо перегрузочные устройства склада;
4 - основное технологическое оборудование.
Преимущества II типа:
1. Высокие объемы обработки грузов.
2. Высокая гибкость.
3. Малая стоимость.
4. Простота управления.
Недостатки II типа:
1. Небольшое число единиц обслуживаемого оборудования.
2. Неудобство размещения вспомогательных помещений для обработки грузов.
3. Невозможность расширения участка.
III тип.
Основан на использовании подвесных транспортных средств:
- подвесных транспортных роботов;
- подвесных грузонесущих конвейеров;
- подвесных монорельсовых дорог.
А). Компоновка на основе подвесных транспортных роботов
29
1. автоматический склад;
2. штабелер склада;
3. перегрузочное устройство;
4. мост;
5. подвесной робот;
6. рельсовый путь;
7. пристаночные накопители;
8. основное технологическое оборудование.
В этом случае штабелер 2 доставляет заготовки на перегрузочные устройства 3. С последних
заготовки перемещаются к подвесным роботам на пристаночные накопители 7.
Преимущество третьего типа:
1. технологическая система не требует дополнительных площадей;
2. полностью используется возможность склада и штабелера;
30
3. более повышена гибкость по сравнению с другими компоновками.
Недостатки третьего типа:
1. дополнительные нагрузки;
2. сложность технологического обслуживания;
3. ограниченная площадь обслуживания.
Область применения: мелкосерийное производство крупногабаритных изделий.
Б). Компоновка на основе подвесных грузонесущих конвейеров
Применение грузонесущих конвейеров позволяет расширить обслуживающую площадь и
число единиц основного оборудования. При этом трасса может быть прямой и круговой, а
оборудование располагается в один или несколько параллельных рядов.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
автоматический склад;
перегрузочное устройство;
круговая трасса, которая может образовывать петли, иметь подъемы и спуски;
грузоноситель;
пристаночный накопитель;
основное оборудование.
Это компоновка применяется в ГПС уровня участка.
Пример круговой компоновки
31
1.
2.
3.
4.
5.
6.
автоматический склад;
перегрузочное устройство;
круговая трасса, которая может образовывать петли, иметь подъемы и спуски;
грузоноситель;
пристаночный накопитель;
основное оборудование.
Многорядная компоновка характерна для ГПС уровня цеха.
В). Компоновка на основе использования монорельсовых подвесных дорог
Представляет собой монорельсовый путь, по которому перемещается транспортные роботы.
В отличие от конвейерного транспорта, транспортный робот может перемещаться
независимо. При этом компоновки могут быть линейные и многорядными.
Линейные компоновки используются в ГПС уровня линии или участка, а многорядные – в
ГПС уровня цеха.
Эти компоновки отличаются большой гибкостью, по сравнению с компоновками на основе
грузонесущих конвейеров, могут использоваться как в крупносерийном, так и
среднесерийном производстве.
4 тип. Компоновки на основе использования безрельсовых транспортных средств
Функции транспортных средств выполняют транспортные роботы и самоходные тележки.
Эти компоновки наиболее характерны для ГПС.
Преимущества четвертого типа:
1. высокая гибкость;
32
2. отсутствие нагрузок на здание;
3. возможность использования проходов между оборудованиями, между другими
транспортными средствами и людьми;
4.
возможность использования транспортных средств, для связи со сменными участками
и цехами.
Недостатки четвертого типа:
1.
большие затраты;
2.
меньшая производительность.
Компоновки могут быть различные, отличаются только возможностью обслуживания
транспортными средствами оборудования.
1.
2.
3.
4.
транспортная тележка (а); транспортный робот (б);
накопители;
основное оборудование;
проходы.
5.3
Краткое описание лабораторных работ
5.3.1 Перечень рекомендуемых лабораторных работ
Не предусмотрено учебным планом.
5.3.2 Методические указания по выполнению лабораторных работ
Не предусмотрено учебным планом.
5.4 Краткое описание практических занятий
5.4.1 Перечень практических занятий
1. Изучение принципов ручного управления промышленным роботом МП9С
2. Изучение принципов автоматического управления промышленным роботом МП-9С
3. Исследование электронного циклового программного устройства ЭЦПУ-6030
4. Устройство и принцип работы системы управления роботом "Электроника НЦТМ-01"
5. Исследование методов программирования позиционных перемещений робота "Электроника
НЦТМ-01"
6. Изучение системы управления “Сфера-36” роботом “РМ-01”
7. Методы программирования системы управления роботом “Сфера-36”
8. Автоматизированный контроль деталей на КИМ Zeiss Contura G2 Active
5.4.2 Методические указания по выполнению заданий на
практических занятиях
33
Задание на практические работы №№ 1-7 является типовым и заключается в том, что
каждый студент получает индивидуальное задание для написания программ управления
перемещением ПР от преподавателя. Для лабораторной работы № 8 каждый студент
выполняет задание согласно своему варианту.
Требования к отчетам: в отчет по каждой лабораторной работе включить титульный
лист, оформленный согласно стандарту СТО ИрГТУ.027-2009 «Общие требования к
организации и проведению лабораторных работ» и цель работы. содержит цель работы,
задание на разработку управляющей программы, текст управляющей программы,
кинематические схемы исследуемых манипуляторов и структурные схемы СУ.
Практическая работа № 1
Изучение принципов автоматического управления промышленным роботом МП-9С
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Ознакомление с принципом работы ЭЦПУ, освоение методики программирования и
приобретение навыков в составлении программ управления промышленным роботом МП-9С.
ОПИСАНИЕ ЭЦПУ
Электронное цикловое программное устройство предназначено для управления
манипулятором промышленного робота МП-9С и технологическим оборудованием при
автоматизации технологических операций.
ЭЦПУ состоит из следующих основных узлов и блоков:
а) блоки управления, предназначенные для обработки информации по заданной
программе и выдачи управляющих воздействий на манипулятор и технологическое
оборудование;
б) пульт управления, обеспечивающий задание режимов работы устройства,
выполнение операций включения или отключения питания, запуска в работу, ручное
управление манипулятором;
в) программоноситель, предназначенный для набора хранения заданных программ
работы робота;
г) блоки усилителей, обеспечивающих выдачу управляющих команд необходимой
мощности на манипулятор и технологическое оборудование;
д) блоки электропитания ЭЦПУ и манипулятора.
Функциональная схема устройства приведена на рис.2.1.
Тип системы - цикловой; число управляемых звеньев манипулятора- до 6 (количество
звеньев, управляемых по путевому принципу - 4, по путевому и временному - 2). Количество
точек останова на управляемом звене- 2; количество технологических команд - до 6.
Диапазон временных интервалов 0-0.7 с; число шагов программы- до 30.
Устройство обеспечивает цифровую индикацию кадра - 2 десятичных разряда,
световую индикацию включения сети, работы по программе, состояние звеньев
манипулятора.
Элементная база устройства- интегральные микросхемы серии К155 в сочетании с
дискретными элементами.
Основные режимы работы ЭЦПУ: ручной, команды, цикл, автомат.
В ручном режиме команды задаются с пульта управления, поступают на блок
усилителей и с него на манипулятор. Контроль положения рабочих...
Кнопка +1 СЧК используется для изменения состояния СЧК.
Кнопка СЕТЬ предназначена для включения питания.
При работе робота по программе на табло индикации высвечивается текущий номер
исполняемого кадра.
В верхней части устройства расположена красная кнопка аварийного выключения
устройства.
34
Программоноситель выполнен в виде двух наборных полей из многопозиционных
переключателей и размещен в верхней части устройства в специальной нише, закрываемой
крышкой. Каждый кадр программы может содержать одну или две команды, набираемые на
верхнем и нижнем полях программоносителя.
Программа составляется по циклограмме работы робота, которая разбивается по
шагам. Максимальное число шагов рабочего цикла- 30. программоноситель, на котором
набирается программа, выполнен в виде двух наборных полей многопозиционных
переключателей по 30 шт. в каждом поле. Названия команд, их мнемоническое
обозначение и соответствующие коды приведены в таблице 2.1.
Номер
команды
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Название команды
Мнемоника
Таблица 2.1
код
кадра
верх
нижн
поле
поле
Движение исполнит. устр. вперед
1
*
2
*
3
*
4
*
*
1
*
2
*
6
*
5
9
9
9
9
9
9
7
8
0
0
*
1
2
3
4
5
6
0
0
7
8
9
Движение исполнит. устр. назад
Поворот вправо
Поворот влево
Подъем вверх
Движение вниз
Захватное устройство закрыто
Захватное устройство открыто
Технологическая команда 1
Технологическая команда 2
Технологическая команда 3
Технологическая команда 4
Технологическая команда 5
Технологическая команда 6
Опрос 1
Опрос 2
Опрос 3
Опрос 4
Выдержка времени
35
2
2
2
2
Пропуск
Переход
Останов
Конец программы
9
9
9
0
7
8
9
0
Наличие верхнего и нижнего полей позволяет выполнять одну или две команды. Если
в кадре при программировании соответствующая команда набирается на верхнем поле
программоносителя, а на нижнем поле вместо знака * устанавливается цифра 0, то данный
кадр состоит из одной команды. Кадр совместной отработки формируется из двух команд,
набираемых на одном шаге на верхнем и нижнем полях. Переход к следующему шагу
происходит только отработки текущего кадра.
Технологическая команда служит для управления технологическим оборудованием
(например, для его включения или выключения). В кадре программы может быть набрана
только одна технологическая команда. Установка режимов отработки технологических
команд производится тумблерами ТАК КАК, размещенными на шасси ЭЦПУ-6030. Каждый
из тумблеров устанавливает режим отработки сразу для двух технологических команд. В
верхнем положении переключателей команды отрабатываются по ответным сигналам с
датчиков, в нижнем- по времени.
Устройство ЭЦПУ-6030 обеспечивает также прием сигналов от блокировочных
датчиков, расположенных на манипуляторе и технологическом оборудовании. Для этого в
устройстве управления предусмотрена возможность программирования 4-х опросов.
Команда ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ служит для введения задержки между шагами
программы. В этом случае в коде команды вместо знака “*” набирается цифра “0”. Данная
команда может быть использована для формирования задержки времени на время
срабатывания захватного устройства робота. С помощью команды ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ
может быть реализован и режим совместной отработки команд, в котором следующая
команда начинает отрабатываться спустя заданное время (в зависимости от того, сколько раз
был набран код 09) после начала предыдущей.
Команда ПРОПУСК служит для организации пропуска одного кадра программы при
исполнении внешнего условия (например, срабатывании датчика наличия детали на месте
захвата). В случае, если не приходит сигнал с датчика, установленного на внешнем
оборудовании, устройство переходит к выполнению кадра, записанного на (i+1) шаге кадра
(команда ПРОПУСК стоит на i-ом шаге). Если внешнее условие выполняется, т.е.
присутствует сигнал -24 В, то пропуск кадра не происходит.
Команда ПЕРЕХОД служит для организации условного перехода к фиксированному
шагу с произвольного места программы. Условный переход осуществляется при отсутствии
на входе устройства -24 В. Если сигнал -24 В присутствует, то переход не выполняется, и
устройство переходит к исполнению шага, следующего за командой ПЕРЕХОД.
Команда ОСТАНОВ служит для остановки устройства, работающего по программе.
Команда КОНЕЦ ПРОГРАММЫ служит для зацикливания программы работы робота.
При выполнении этой команды счетчик кадров сбрасывается в нулевое состояние, и
программа запускается вновь.
Перед программированием робота МП-9С необходимо предварительно составить
программу в виде таблицы 2.2
Таблица 2.2
Номер
Код кадра
Наименование команд в кадре
11
Вперед. Подъем
шага
0
36
1
...
...
Отладка программы производится последовательно в режимах КОМАНДА, ЦИКЛ,
АВТОМАТ. Перед началом отладки необходимо звенья манипулятора вывести в
исходное положение в режиме РУЧНОЙ.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. По заданию, выданному преподавателем, составить алгоритм функционирования
робота МП 9С в форме таблицы 2.2.
2. Набрать программу на программоносителе. Показать преподавателю.
3. Включить ЭЦПУ 6030. Произвести отладку программы последовательно в режимах
КОМАНДА, ЦИКЛ, АВТОМАТ.
4. Продемонстрировать преподавателю функционирование робота по составленой
программе.
5. По указанию преподавателя, воспользовавшись командами 19, 20, 21, 22 из таблицы
1, усложнить программу.
6. Отладить модифицированную программу и продемонстрировать ее преподавателю.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Задания №№ 1, 2
2. Словесное описание алгоритмов работы робота
3. Алгоритмы программ (в кодах)
Практическая работа № 2
Исследование электронного циклового программного устройства ЭЦПУ-6030
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение структуры устройства ЭЦПУ
функционирования при реализации различных режимов и команд.
6030,
принципов
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЦПУ-6030
ЭЦПУ-6030 предназначено для управления цикловыми двухпозиционными
манипуляторами и технологическим оборудованием при автоматизации серийного
производства.
Структурная схема блока управления ЭЦПУ-6030 представлена на рис.3.1 и состоит
из узлов управления 1 и 2 и узла согласования.
Узел управления 1 включает в себя следующие функциональные схемы:
- счетчик кадров (СЧК);
- дешифратор выборки кадров (ДВК);
- схема помехозащиты СЧК;
- схема пуска-останова;
- схема обработки команд ПРОПУСК, ПЕРЕХОД.
Счетчик обеспечивает прием 6-разрядного кода номера кадра. С пульта управления
можно задавать номер кадра кнопками СБРОС СЧК и +1СЧК, с помощью которых можно
соответственно привести в нулевое состояние содержимое счетчика или увеличить его на 1.
На пульте управления высвечивается номер кадра. Схема отработки команд ПРОПУСК и
ПЕРЕХОД формирует необходимое содержание счетчика. Сброс счетчика в режиме
АВТОМАТ осуществляется схемой пуска-останова. В режимах АВТОМАТ и ЦИКЛ со
схемы помехозащиты СЧК поступают сигналы, увеличивающие содержимое счетчика на 1.
В состав счетчика входят счетчики числа единиц и десятков.
Дешифратор выборки кадров обеспечивает выборку команд из программоносителя в
соответствии с текущим номером кадра при наличии разрешающего сигнала.
Схема помехозащиты СЧК служит для подавления дребезга контактов датчиков
37
манипулятора и технологического оборудования, который может привести к ложному
срабатыванию счетчика.
Схема пуска-останова обеспечивает запуск и останов устройств во всех режимах
работы. Основным элементом схемы является триггер, который находится в состоянии 1 при
работе устройства по программе и сбрасывается в 0 при останове программы. Установка
триггера в 1 осуществляется от кнопки ПУСК. Сброс триггера (установка нуля)
осуществляется в двух случаях:
1) при считывании команды ОСТАНОВ;
2) в режиме КОМАНДА после выполнения каждого кадра программы.
Схема отработки команд ПРОПУСК и ПЕРЕХОД.
По команде ПРОПУСК при отсутствии сигнала 24В на входе УСЛ.ПРОП
осуществляется пропуск одной команды, а при наличии сигнала на входе УСЛ ПРОПпереход к следующей команде. Разрешающий сигнал на дешифратор в первом случае
подается после увеличения содержимого счетчика на 2, а во втором- на 1. По команде
ПЕРЕХОД при отсутствии сигнала на входе УСЛ ПРОП осуществляется переход к кадру,
номер которого реализован схемным путем, а при наличии сигнала- переход к следующему
кадру программы.
Узел управления 2 включает в себя следующие схемы:
- отработки команд управления звеньями манипулятора;
- отработки технологических команд;
- отработки команд опроса датчика;
- отработки команд выдержки времени;
- отработки команд ОСТАНОВ и КОНЕЦ ПРОГРАММЫ;
- формирования сигнала перехода к следующему шагу.
Схема отработки команд управления звеньями манипулятора обеспечивает
запоминание команды, формирование управляющего воздействия и выдачу сигнала об
отработке команды. На рис.3.2 приведена структурная схема отработки команд управления
звеньями манипулятора. Схема состоит из регистра состояния звеньев, схемы опроса
датчиков, дешифратора команд и формирователя выдержки команд.
Регистр состояния звеньев состоит из шести триггеров, на которых может
запоминаться состояние шести звеньев манипулятора. Информация, содержащаяся в
регистре, высвечивается на пульте управления звеньев манипулятора. В случае, когда
устройство управляет роботом МП-9С, состояние манипулятора определяется положением
четырех звеньев. Каждое звено может находиться в одном из двух состояний (например,
выдвинуто или нет исполнительное устройство).
В дешифраторе команд код команды, поступающей со схемы сопряжения,
преобразуется в логический 0 на одном из выходов. С дешифратора поступает сигнал
логического 0 на усилитель, соответствующий управляемому звену.
Схема опроса датчиков принимает информацию с датчиков, установленных на
звеньях манипулятора, обрабатывает ее и выдает управляющий сигнал на схему
формирования перехода. Обработка команды ЗАХВАТ может осуществляться как по
сигналу с датчика, установленного на захватном устройстве, так и по выдержке времени.
Выбор режимов отработки захватного устройства осуществляется переключателями 3В5В и
3В6В; регулировка выдержки времени - подстройкой потенциометра РЕГУЛИРОВКА ВВ1.
После того, как задержка времени, необходимая для надежного срабатывания захватного
устройства, реализована на формирователе выдержки команд, можно переходить к
следующему кадру программы.
Схема отработки технологических команд (см.рис.3.3) обеспечивает выдачу
управляющих сигналов на сопутствующее технологическое (до 6 единиц) оборудование,
например, выключение станка после завершения цикла работы манипулятора в связи с
отсутствием деталей в накопителе. В кадре программы может записываться одна
технологическая команда. Подтверждение отработки технологических команд может
38
осуществляться как по выдержке заданного интервала времени, так и по сигналу с датчика,
установленного на технологическом оборудовании.
На рис.3.3 приведена схема отработки технологических команд по сигналу с
датчиков. Схема выдачи технологической команды дешифрирует код команды,
поступающей с программоносителя, и формирует управляющие сигналы для
технологического оборудования. После отработки технологическим оборудованием
управляющего сигнала на схему поступают сигналы с датчиков.
Схема опроса датчиков формирует сигнал для перехода к следующему кадру
программы при наличии сигналов с датчиков. На обратной стороне панели устройства
установлены переключатели ТК 1,2,3,4; ТК 5,6. Переключатели ТК устанавливают режимы
обработки одновременно двух технологических команд. В верхнем положении
переключателей команды отрабатываются по ответным сигналам с датчиков, в нижнем- по
времени.
В режиме отработки технологических команд по времени сигнал подтверждения
отработки технологической команды формируется после временной выдержки, которая
задается потенциометром РЕГУЛИРОВКА ВВ2.
Схема отработки команд опроса датчиков позволяет существенно расширить
функциональные возможности манипулятора. Команда опроса датчика записывается в кадре
совместно с командой управления одним из звеньев на нижнем поле программоносителя.
При поступлении сигнала с датчика, установленного в промежуточном положении на звене
манипулятора, содержимое счетчика кадров увеличивается на 1 и осуществляется переход к
следующему кадру программы, что позволяет обходить препятствия в зоне работы
манипулятора.
Схема отработки команды ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ обеспечивает временную
задержку для синхронизации работы манипулятора и технологического оборудования, а
также для того, чтобы переход к следующему элементу движения начинался после затухания
вибраций, возникающих в конце движения. Схема задержки строится на RC-цепочках.
Отработка команд ОСТАНОВ, КОНЕЦ ПРОГРАММЫ происходит следующим
образом. По команде ОСТАНОВ триггер схемы пуска-останова сбрасывается в 0, и
манипулятор останавливается. Команда ОСТАНОВ, включенная в программу после
ПРОПУСК, может использоваться для прекращения работы после прихода сигнала с
датчика, установленного на внешнем оборудовании (например, накопителе деталей).
Команда КОНЕЦ ПРОГРАММЫ может использоваться для зацикливания программы.
По этой команде счетчик приводится в нулевое состояние, и программа выполняется заново.
Схема формирования сигнала перехода обеспечивает объединение по ИЛИ сигналов
отработки всех команд и формирование сигнала прибавления 1 в счетчик команд (+1СЧК)
после отработки любой команды, а также при нажатии кнопки +1СЧК на пульте управления
(см. рис.3.1).
Узел согласования состоит из схем сопряжения с датчиками и программоносителем
(см. рис.3.1).
Схема сопряжения с датчиками обеспечивает согласование уровней сигналов
датчиков с уровнями логических сигналов устройства. Сигнал с датчика с уровнем -24В
соответствует уровню -0,3В (логический 0) в устройстве управления.
В схеме сопряжения с программоносителем имеется 20 диодно-резисторных ячеек,
соединенных с соответствующими контактами переключателей программоносителя. Ячейки
формируют логические 0 и 1 на соответствующих выходах. Эти сигналы подаются на
дешифраторы кодов команд, входящие в состав схем отработки команд. Выходы всех ячеек
программоносителя, соответствующие одинаковым позициям переключателей, объединены
по ИЛИ. В блоке дешифраторов в зависимости от кода входной команды подается низкий
потенциал на выход, соответствующий реализуемой команде.
39
Пульт управления предназначен для ручного управления манипулятором, задания
режимов работы, индикации состояния звеньев и устройства, задания номера команды,
запуска и останова устройства.
Программоноситель построен на базе многопозиционных переключателей,
сгруппированных в два наборных поля по 30 штук в каждом. Каждая из 30 ячеек
программоносителя состоит из двух переключателей (верхнего и нижнего).
Программоноситель выполняет функции ввода, хранения информации, а также функции
коммутатора. Кадр программы набирается на двух 10- позиционных переключателях.
Каждой позиции переключателя соответствует определенный выход программоносителя. В
зависимости от положения переключателей коммутируются два из 20 выходов ячеек, на
которые в узле согласования подаются логические 0, а на остальные выходы- 1. Определение
кода состояния ячейки (кадра программы) осуществляется подачей 0 с одного из выходов
дешифратора выборки кадров на контакты требуемой ячейки.
Блок усилителей предназначен для выдачи управляющих команд на звенья
манипулятора и технологическое оборудование. Блок преобразует сигналы логических 0 и 1,
поступающие из блока управления, в сигналы, управляющие электромагнитами
манипулятора и технологическим оборудованием.
Блок питания предназначен для преобразования переменного напряжения (220В,
50Гц) в постоянные стабилизированные напряжения (5В, 6.3В, -24В), необходимые для
питания
электронного
оборудования
программного
устройства
управления
электромагнитами манипулятора и технологического оборудования.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить общее устройство и принцип работы оборудования.
2. Изучить назначение разъемов, расположенных на обратной стенке устройства.
3. Определить наименование разъемов и номера контактов, на которые (с которых)
поступает сигнал при выполнении команды в соответствии с заданием, приведенным в
таблице 3.1.
Таблица 3.1
Номер варианта
Наименование команды
1
Вверх
2
Вперед
3
Закрытие захватного устройства
4
Технологические команды 1,2,3
5
Технологические команды 4,5,6
4. Снять осциллограммы с определенных контактов разъемов при выполнении команд в
соответствии с вариантом задания.
5. В соответствии с вариантом, выданным преподавателем, составить алгоритм работы
устройства при выполнении различных команд. Варианты задания приведены в таблице3.2.
Таблица 3.2
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
7
40
Наименование команды или режима
Вверх. Пропуск.
Команда. Автомат.
Цикл. Переход.
Ручное управление. Конец программы.
Опрос датчиков. Выдержка времени.
Останов.
Технологическая команда
ОТЧЕТ ПО РАБОТЕ ДОЛЖЕН СОДЕРЖАТЬ:
1) схему устройства ЭЦПУ-6030 и блока управления;
2) алгоритм работы устройства в соответствии с вариантом задания;
3) осциллограммы сигналов при выполнении заданных команд;
4) анализ результатов и выводы по работе.
41
Схемы отработки команд
УЗЕЛ
СОГЛАСОВАНИЯ
На вых. усилит.
УЗЕЛ
УПРАВЛЕНИЯ 2
Технологических
Схема
24 В
Схема сопряжения с
датчиками
Сигналы
3,3В
формиования
Опроса датчиков
отработки
перехода
Выдержки времени
команд
Схема сопряжения с
программоносителем
КОНЕЦ
ОСТАНОВ
программы
Код кадра
УЗЕЛ УПРАВЛЕНИЯ 1
+1 СЧК
0,+1 СЧК
Схема помехозащиты СЧК
Счетчик кадров
Код кадра
1
Разрешающий сигнал
Схема
пуска-останова
Дешифратор
выборки кадров
На программоноситель
Блокировка
сигнала
Рис.3.1. Структурная схема блока управления при отработке технологических команд
разрешающего
0
На органы индикации
Регистр
состояния
звеньев
Схема опроса
Захватное устройство
К схеме формирования перехода
Со схемы сопряжения
программоносителем
с
Формирователь
выдержки команд
Схема опроса
К выходным усилителям
Рис.3.2. Структурная схема отработки команд управления
Программоноситель
Код технологической
На схему перехода
Выходной сигнал
команды
Схема выдачи
технологической команды
Схема опроса датчиков
Управляющий
сигнал
На технологическое
оборудование
Сигнал
отработки
технологической
С датчиков технологикоманды
ческого оборудования
Рис.3.3. Схема отработки технологических команд по сигналу с датчиков
43
Практическая работа № 3. Устройство и принцип работы системы управления
роботом "ЭЛЕКТРОНИКА НЦТМ-01"
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Знакомство с общим устройством системы управления роботом "Электроника
НЦТМ-01", изучение принципов управления перемещением робота в режиме "от упора до
упора" и выдачи управляющих сигналов на технологическое оборудование
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Система управления (СУ) предназначена для управления позиционным роботом
"Электроника НЦТМ-01", обслуживающим металлорежущие станки и имеющего 5
степеней подвижности с электроприводом, два совмещенных захватных механизма и
пневматический привод ротации схвата на 900. СУ выполнена на базе микроЭВМ
"Электроника 60М" и
снабжена символьным дисплееем, интерфейсом связи с
электроавтоматикой станка и интерфейсом с приводом манипулятора. Программирование
системы осуществляется на языке низкого уровня и позволяет реализовать практически
неограниченное число точек позиционирования при подключении внешней памяти на
ГДМ или КНМЛ.
КОНСТРУКЦИЯ МАНИПУЛЯТОРА
Манипулятор робота имеет пять степеней подвижности и два схвата,
расположенных под углом 900. Один направляется на захват заготовки, другой - на захват
детали. Привода по всем степеням подвижности электромеханические, привод схвата пневматический.
Рис. 4.1. Общий вид манипулятора робота "Электроника НЦТМ-01"
Конструктивно манипулятор (рис. 4.1) состоит из следующих основных узлов:
- механизм горизонтального перемещения 1, координата перемещения по оси Х,
обозначение механизма А;
- механизм поворота 2, координаты перемещения 0, обозначение механизмов В;
44
- механизм горизонтального перемещения 3, координата перемещения по оси Y,
обозначение механизма С;
- механизм подъема 4, координата перемещения по оси Z, обозначение механизма D;
- механизм захвата деталей состоит из двух схватов и устройства ротации схватов;
- устройство ротации схватов 5, координата перемещения Q2, механизм
обозначается Е;
- схват 1, обозначение механизма F;
- схват 2, обозначение механизма G.
Основные характеристики узлов и обозначения применяемых датчиков приведены
в таблице 4.1.
В лабораторной работе механизм захвата с ротацией заменен электромагнитным
устройством, т.е. используются только координаты А, В, С и D. Далее в описании
звездочкой (*) отмечены сигналы, связи и другие данные, не используемые в работе из-за
замены механизма захвата.
Таблица 4.1
Наименование механизма Координата Обозначение Применяемый
Примечание
датчик (об.)
1
2
3
4
5
Механизм
Х
А
ДНП-Ан
Два уровня
горизонтального
ДКП-Ак
скорости
перемещения 1
ИДП-А*
Механизм поворота 2
Q1
В
ДНЦ - вн Поворот на 900
ДКП - вк
Механизм
Y
С
ДНП - сн Два уровня
горизонтального
ДКП - ск скорости
перемещения 3
ИДП - с*
Механизм подъема 4
Z
D
ДНП - dн Два уровня
ИДП - d* скорости
Устройство
ротации
Q2
Е
ДНЦ - eн Поворот на 900
схватов 5
ДКП - er Пневмопривод
Схват 1
F
датчик - fн
Пневмопривод
датчик - fк
Схват 2
G
датчик - qн
Пневмопривод
датчик - qк
ДНП - датчик начального положения
ДКП - датчик конечного положения
ИДП - импульсный датчик пути (0,4 мм/имп)
АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
СУ функционально может быть разделена на две части (рис. 4.2):
микропроцессорная управляющая вычислительная система;
блок управления робота.
Рассмотрим состав, назначение и принцип работы отдельных узлов системы.
Микропроцессорная управляющая вычислительная система состоит из
следующих элементов:
процессор (ПРЦ);
оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
интерфейсы параллельного обмена (ИПО1, ИПО2);
устройство последовательного обмена (УПО);
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
перепрограммируемое ПЗУ (ППЗУ);
45
дисплей.
ПРЦ
ОЗУ
ПЗУ
ППЗУ
Канал микроЭВМ "Электроника 60М"
УПО
Дисплей
ИПО1
ИПО2
Приводы
Датчики
Рис. 4.2. Архитектура СУ роботом "Электроника НЦТМ-01"
УСТРОЙСТВО И РАБОТА МИКРОЭВМ
МикроЭВМ представляют собой систему функциональных блоков, связь между
которыми реализуется через единый системный канал обмена информацией (системные
шины). Связь между устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по
принципу "активный – пассивный". В любой момент времени только одно устройство
является активным и управляет циклами обмена информацией в канале. Передача данных
через канал выполняется по асинхронному принципу при помощи специальных сигналов
синхронизации, т.е. на инициализирующий обмен данными от активного устройства
должен поступить ответный сигнал от назначенного пассивного устройства. Канал
позволяет адресоваться к 32К 16 разрядных слов или к 64К байт.
Процессор выполняет все необходимые операции по приему команд, их
исполнению, по обработке внешних и внутренних прерываний программы, а также по
управлению каналом. Формат параллельной обработки данных 16-разрядное слово или 1
байт. ПРЦ выполнен на основе БИС 1801ВМ1 и подключается к каналу через корректор
сигналов управления канала.
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для оперативного
хранения данных и программ. Емкость (ОЗУ) 56 Кбайт (28 Кслов), выполнено на основе
микросхем К565РУЗ. ОЗУ динамического типа и требует периодической регенерации.
Постоянное запиминающее устройство предназначено для хранения следующих
программ:
программа режима начального пуска микроЭВМ;
программа пультового режима работы;
программа начального загрузчика с накопителя на гибких магнитных дисках;
ПЗУ выполнено на основе интегральной схемы 1801РЕ1-000;
ППЗУ предназначено для хранения программ пользователя, позволяет
осуществлять многократное программирование.
Устройство последовательного обмена (УПО) предназначен для связи микроЭВМ с
внешними устройствами по асинхронному последовательному каналу ввода. УПО
46
осуществляет обмен информацией с каналом микроЭВМ с помощью четырех регистров,
может производить прерывание программы с выдачей адреса вектора прерывания, как от
приемника, так и от передатчика, обеспечивает обмен с внешними устройствами. Связь с
внешними устройствами (в данном случае - дисплеем) УПО осуществляет через узел
оптронной развязки.
ИНТЕРФЕЙС ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ОБМЕНА И2
Для связи микроЭВМ с блоком управления робота в СУ используется два
устройства параллельного обмена И2. Для устройства 1 формат входного регистра (адрес
регистра 167774) и формат выходного регистра (адрес регистра 167772) представлены в
табл. 4.2. Для устройства 2 формат входного регистра (адрес регистра 167764) и формат
выходного регистра (адрес регистра 167762) представлены в табл. 4.3. Устройства И2
служат для осуществления связи между шиной ЭВМ и периферийными устройствами
(робот, станок).
Таблица 4.2
Входной регистр 167774
Выходной регистр 167772
Номер
Наименование сигнала
Номер
Наименование сигнала
разряда
разряда
00
Схват детали зажат
00
движение механизма А влево
01
Схват детали разжат
01
движение механизма А вправо
02
Схват заготовки зажат
02
переключение скорости механизма А
03
Схват заготовки разжат
03
04
Ротация схвата
04
движение механизма С назад
05
Ротация схвата
05
движение механизма С вперед
06
Датчик dн (механизм D)
06
переключение скорости механизма С
07
Датчик вк (механизм В)
07
08
Датчик вн (механизм В)
08
09
Датчик СК (механизм С)
09
10
Датчик СН (механизм С)
10
11
Датчик ак (механизм А)
11
12
Датчик ан (механизм А)
12
Схват детали зажать
13
Переключение
скорости 13
Схват детали разжать
механизма А
14
14
Схват заготовки зажать
15
15
Схват заготовки разжать
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОМ
Блок управления роботом состоит из:
блока трансформаторов;
ячейки стабилизации;
ячеек инвертирования;
ключей релейных;
ячеек усилителей;
датчиков.
Блок трансформаторов служит для подачи сетевого напряжения на привод робота.
Ячейки стабилизации предназначены для подачи стабилизированного напряжения
5 В постоянного тока на схему управления роботом.
Ячейки инвертирования выполнены на микросхемах серии К155 и предназначены
для инвертирования информационных сигналов в системе управления и индикации
состояния. Ячейки имеют 22 независимых канала, каждый из которых имеет индикацию
на лицевой панели.
Ключи релейные предназначены для коммутации двигателей постоянного тока
напряжением 24 В, мощностью до 48 Вт с динамическим торможением.
47
Таблица 4.3
Входной регистр
Номер
Назначение сигнала
разряда
00*
Патрон станка разжат
01*
Патрон станка зажат
02
03
Импульсный датчик а* (механизм А)
04
Импульсный датчик с* (механизм С)
05
Импульсный датчик d* (механизм D)
06*
Конец обработки на станке
07
Выходной регистр
Номер
Назначение сигнала
разряда
00
поворот механизма В к станку
01
поворот механизма В от станка
02*
Ротация
03*
Ротация
04
05
движение механизма D вниз
06
движение механизма D вверх
07
Переключение
скорости
механизма D
08
08
09
09*
Деталь разжать
10
10*
Деталь зажать
11
11
Пуск программы
12
12*
Пуск шпинделя
13
13
Ответ
14
14
15
15
Ячейки усилителей предназначены для коммутации управляющих цепей
напряжением 24 В постоянного тока, мощностью не более 20 Вт. Ячейка имеет 8
независимых усилителей постоянного тока. На лицевой панели имеется индикация
работы каждого усилителя. Индикация информационных и управляющих сигналов на
лицевой панели блока управления приведены в таблице 1.4.
Таблица 4.4
№ ячейки № позиции
Наименование сигналов
2
3
1
Ячейка 5
1
датчик ан механизм горизонтального
2
датчик ак перемещения 1 (по Х)
3
датчик а*
4
Датчик сн механизм горизонтального
5
Датчик ск перемещения 3 (по Y)
6
датчик с*
7
датчик dн механизм подъема 4
8
датчик d* (по )
9
датчик bн механизм поворота 2 (Q1)
10
датчик bк
11
датчик fн датчик схвата 1
12
датчик fk
13
датчик qн
14
датчик qк схват 2
15
датчик ен устройство ротации схватов
16
датчик ек 5 (по Q2)
19
сигнал от станка - патрон зажат
20
сигнал от станка – патрон разжат
21
сигнал от станка – конец обработки
Ячейка 6
1
механизм D вниз механизм подъема
48
Продолжение таблицы 4.4.
1
Ячейка 12
Ячейка 15
Ячейка 11
Ячейка 1
Ячейка 2
Ячейка 3
2
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
1
2
3
1
2
3
4
1
2
1
2
3
4
3
механизм D вверх механизм подъема
механизм С вперед
механизм С назад
механизм А влево
механизм А вправо
Схват заготовки зажать
Схват заготовки разжать
Схват детали зажать
Схват детали разжать
Ротация схватов Е (деталь горизонтальна)
Ротация схватов Е (деталь вертикальна)
Команда станку - деталь зажать
Команда станку - деталь разжать
Команда станку - пуск программы
Команда станку - пуск шпинделя
Ответ станка
Переключение скорости механизма А
Переключение скорости механизма С
Переключение скорости механизма D
механизм А влево
механизм А вправо
механизм В к станку
механизм В от станка
механизм С вперед
механизм С назад
механизм D вниз, 1 двигатель
механизм D вверх, 1 двигатель
механизм D вниз, 2 двигатель
механизм D вверх, 2 двигатель
Для ячеек 12, 15, 11, 1, 2, 3 отсчет светодиода на лицевой панели вести слева сверху.
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Программное обеспечение (ПО) состоит из системного ПО и ПО пользователя.
Системное программное обеспечение записано в постоянное запоминающее
устройство (ПЗУ) (рис. 4.2). Оно состоит из следующих программ:
1. Программа начального пуска, которая определяет последовательность операций,
выполняемых при включении питания (переход на выполнение программы связи с
пультовым терминалом, выполнение программы с заданного адреса и т.д.).
2. Программа связи с пультовым терминалом.
Для управления ЦП может применяться любое устройство, которое способно
передавать в ЦП и принимать из ЦП коды, соответствующие буквенно-цифровым
символам. Такое устройство называется пультовым терминалом. Связь с пультовым
терминалом осуществляется микропрограммно. В режим связи с пультовым терминалом
микроЭВМ может войти при пуске, либо перейти в него из режима программной работы.
Существует ряд команд пультового терминала, которые воспринимаются ЦП. Полный
перечень команд пультового терминала приведен в [1].
49
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
Программное обеспечение пользователя представляет собой набор подпрограмм,
предназначенных для выполнения движений робота по заданной программе. Оно
включает в себя программы задания перемещений, отработки перемещений и сервисные
программы. Для организации движения робота по какой-либо координате необходимо
установить в "1" соответствующий разряд выходного регистра, данной координаты.
Например, для отработки перемещения робота по координате X влево (механизм А)
необходимо установить в "1" 0-й разряд выходного регистра с адресом 167772 (см. табл.
4.2). При обнулении этого разряда перемещения по координате X влево прекращается.
Адреса выходных
регистров, с помощью которых производится управление
манипулятором - 167772 (механизм А, С), 167762 (механизмы В, D) (см. табл. 4.2, 4.3).
Программное обеспечение пользователя может быть записано либо в ППЗУ
пользователя, либо в ППЗУ (см. рис.4.2).
Сигналы от импульсных и конечных датчиков заведены в соответствующие
разряды регистров, которые имеют адреса 167764 и 167774 (см. табл.4.2, 4.3). Для
организации движения робота по какой-либо координате на заданную величину
осуществляется подсчет количества изменений состояния соответствующего регистра.
После повышения определенного значения производится обнуление соответствующего
разряда выходного регистра и движение прекращается.
Для приведения в действие электромагнитов захвата выставляется в единицу 4-ый
разряд регистра 167762. При обнулении этого разряда электромагнит обесточивается.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Исследование входных и выходных регистров СУ робота.
1.1. Прочитать содержимое входных регистров СУ робота (адреса 167764 и
167774). По содержимому регистров определить конфигурацию манипулятора робота,
включая состояние схватов, и сравнить её с действительной.
1.2. Привести в движение механизм А, установив в состояние "1" соответствующий
разряд выходного регистра. Обнулить этот разряд после того как механизм А
переместиться в одно из крайних положений.
1.3. Проверить, как отразилось изменение положения механизма А на содержимом
входных регистров.
1.4. Повторить п.п. 1.2, 1.3 для остальных механизмов манипулятора, изменяя
также скорости их перемещения.
2. Исследовать программирование робота в цикловом режиме.
2.1. Перевести в машинный код следующую программу управления цикловым
перемещением робота:
M:
BIS #120125, @#167762
BIS #301, @#167772
MOV @#167774, R0
BIC #165265, R0
CMP #12512, R0
BNE M
BIC #120125, @#167762
BIC #301, @#167772
HALT
; Пуск приводов степеней
; подвижности и механизма ротации
; Цикл
; проверки
; концевых
; датчиков.
; Выключение приводов степеней
; подвижности и механизма ротации.
; Останов программы.
2.2. Записать программу в ОЗУ начиная с адреса 1000.
2.3. Запустить программу директивой 1000G.
2.4. Проанализировать изменение конфигурации манипулятора, происшедшее
после окончания работы программы.
50
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчёт должен содержать: кинематическую схему манипулятора; структурную
схему СУ робота; текст управляющей программы на языке ассемблера (см. п.2.1) и в
машинных кодах.
Практическая работа №4.
Исследование методов программирования позиционных перемещений
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Изучить принципы программирования перемещений звеньев робота на заданное
расстояние.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
По трём координатам ПР "ЭЛЕКТРОНИКА НЦТМ-01" – X, Y, Z может быть
организовано позиционное управление. Информацию о текущем значении какой-либо из
этих координат можно получить от импульсных датчиков положения соответсвующих
звеньев манипулятора. Во время перемещения звена, датчик положения генерирует
последовательность имульсов, при этом цена каждого импульса составляет 0.4 мм.
Следовательно чтобы определить относительную величину перемещения звена
необходимо подсчитать количество импульсов поступивших с датчика. Зная, номер
разряда входного регистра, соответсвующий импульсному датчику положения,
необходимо программно отслеживать изменение его состояния из "1" в "0" и наоборот.
Количество изменений при этом будет равно количеству импульсов.
При программировании движения на заданное расстояние одновременно по двум
степеням подвижности необходимо организовать циклы проверки состояния датчиков
положения обеих степеней, учитывающие все возможные варианты сочетания сигналов.
Всего существует четыре таких варианта:
1) датчик 1 - “0” , датчик 2 - “0”;
2) датчик 1 - “0” , датчик 2 - “1”;
3) датчик 1 - “1” , датчик 2 - “0”;
4) датчик 1 - “1” , датчик 2 - “1”.
В случае, когда движение одной из степеней подвижности прекращается, то
программа управления движением вырождается в программу из п 1.1.
ХОД РАБОТЫ
1. Исследовать программирование перемещения на заданное расстояние ПР по
одной координате.
1.1.Перевести в машинный код и занести в ОЗУ СУ начиная с адреса 1000 следущую
программу.
BIS R1, @#167772
; Пуск привода выдвижения руки.
BIT R2, @#167764
; Проверка начального состояния датчика
BNE TEST1
; положения руки.
TEST0:
BIT R2, @#167764
; Цикл проверки перехода состояния датчика
BEQ TEST0
; из “0” в “1”.
DEC R0
;
BEQ STOP
;
TEST1:
BIT R2, @#167764
; Цикл проверки перехода состояния датчика
BNE TEST1
; из “1” в “0”.
DEC R0
;
BNE TEST0
;
STOP:
BIC R1, @#167772
; Останов привода.
HALT
;
51
1.2. Занести в регистр R0 число, эквивалентное перемещению в мм, заданному
преподавателем.
1.3. Занести в R1 код, соответсвующий приведению в движение на малой скорости
звена манипулятора согласно полученному заданию, а в R2 – код, соответствующий
импульсному датчику положения этого звена.
1.4. Запустить программу директивой 1000G.
1.5. Измерить при помощи линейки расстояние пройденное звеном и сравнить его с
заданным, убедившись при этом, что они совпадают. В случае несоответсвия проверить
программу.
1.6. Повторить п.п. 1.4, 1.5.
2. Исследовать программирование перемещения на заданное расстояние ПР по
двум координатам одновременно.
2.1. Перевести в машинный код и занести в ОЗУ СУ начиная с адреса 1000
следующую программу.
M1:
TEST10:
M2:
TEST11:
M3:
TEST00:
M4:
BIS XD1, @#167772 ; Пуск приводов
BIS XD2, @#167772
BIT R2, @#167764 ; Проверка начального состояния
BNE M1
; датчиков положения
BIT R3, @#167764
BNE TEST01
BR TEST00
BIT R3, @#167764
BNE TEST11
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчиков
BNE M2
; для варианта датчик 1 - “1” , датчик 2 - “0”.
DEC R0
BEQ TESTY0
BR TEST00
BIT R3, @#167764
BEQ TEST10
DEC R1
BEQ TESTX1
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчиков
BNE M3
; для варианта датчик 1 - “1” , датчик 2 - “1”.
DEC R1
BEQ TESTY1
BR TEST01
BIT R3, @#167764
BNE TEST11
DEC R1
BEQ TESTX1
BR TEST10
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчиков
BEQ M4
; для варианта датчик 1 - “0” , датчик 2 - “0”.
DEC R0
BEQ TESTY0
BR TEST10
BIT R3, @#167764
BEQ TEST00
DEC R1
BEQ TESTX0
52
TEST01:
M5:
TESTX0:
TEST0:
TEST1:
STOP:
TESTX1:
TESTY0:
TESTY1:
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчиков
BEQ M5
; для варианта датчик 1 - “0” , датчик 2 - “1”.
DEC R0
BEQ TESTY1
BR TEST11
BIT R3, @#167764
BNE TEST01
DEC R1
BEQ TESTX0
BR TEST00
BIC XD2, @#167772 ; Останов привода 2-го звена робота при
MOV XD1, R1
; состоянии “0” датчика 1-го звена
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчика
BEQ TEST0
; из “0” в “1”.
DEC R0
BEQ STOP
BIT R2, @#167764 ; Цикл проверки перехода состояния датчика
BNE TEST1
; из “1” в “0”.
DEC R0
BNE TEST0
BIC R1, @#167772 ; Останов последнего привода и
HALT
; конец программы
BIC XD2, @#167772; Останов привода 2-го звена робота при
MOV XD1, R1
; состоянии “1” датчика 1-го звена
BR TEST1
BIC XD1, @#167772 ; Останов привода 1-го звена робота при
MOV R1, R0
; состоянии “0” датчика 2-го звена робота
MOV XD2, R1
MOV R3, R2
BR TEST0
BIC XD1, @#167772 ; Останов привода 1-го звена робота при
MOV R1, R0
; состоянии “1” датчика 2-го звена робота
MOV XD2, R1
MOV R3, R2
BR TEST1
2.2. Занести в R0 число, эквивалентное перемещению первого звена в мм,
заданному преподавателем.
2.3. Занести в R1 число, эквивалентное перемещению второго звена в мм,
заданному преподавателем.
2.4. Занести в ячейку XD1 код, соответсвующий приведению в движение на малой
скорости первого звена манипулятора согласно полученному заданию, а в R2 – код,
соответствующий импульсному датчику положения этого звена.
2.5. Занести в ячейку XD2 код, соответсвующий приведению в движение на малой
скорости второго звена манипулятора согласно полученному заданию, а в R3 – код,
соответствующий импульсному датчику положения этого звена.
2.6. Запустить программу директивой 1000G.
2.7. Измерить при помощи линейки расстояния пройденные звеньями и сравнить
их с заданными, убедившись при этом, что они совпадают. В случае несоответсвия
проверить программу.
2.8. Повторить п.п. 2.6, 2.7.
53
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Отчёт должен содержать: тексты программ п.п. 1.1, 2.1 на языке ассемблера и в
машинных кодах; задание на программирование перемещения; результаты измерения
п.п. 1.5, 2.7.
Практическая работа № 5. Изучение системы управления “сфера-36” роботом “РМ-01”
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Знакомство с общим устройством системы управления “Сфера 36”, изучения
режимов работы и анализ штатного программного обеспечения системы управления.
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
МАНИПУЛЯТОР
“ПУМА 560” - антропоморфный манипулятор с шестью степенями подвижности.
Звенья манипулятора соединяются друг с другом в суставах и вращаются вокруг осей
систем координат, идущих через центры суставов. Звенья манипулятора представлены на
рис. 6.1. Степени подвижности манипулятора показаны на рис. 6.2. Каждое звено имеет
свой следящий привод постоянного тока с постоянным магнитом. Трансмиссия
осуществляется через зубчатые редукторы.
Плечо
Предплечье
Двигатель
1-го сустава
Верхняя часть руки
Кисть (без схвата)
Рис. 6.1. Звенья манипулятора “ПУМА 560”
лечо
Текущее положение манипулятора определяется в отношении известного
исходного (абсолютного) положения. Установка абсолютного положения (калибровка)
производится с помощью потенциометров. Калибровка должна быть выполнена каждый
Колонна питания робота.
раз после включения
СИСТЕМЫ КООРДИНАТ РОБОТА
Для обеспечения легкости программирования имеет две системы координат, в
отношении которых он движется: основную систему координат и систему координат
инструмента.
Основная система координат состоит из трех перпендикулярных друг к другу осей
(X, Y и Z), пересекающихся в плече манипулятора (рис. 6.3).
Основная система координат не движется при перемещении звеньев манипулятора.
Она используется, например, при обучении робота новым точкам. В ручном режиме
WORLD нажимая кнопки пульта X, Y и Z ручного управления пользователь может
54
перемещать инструмент прямолинейно по осям. Обучение легко производится, поскольку
отдельные степени подвижности не требуют индивидуального управления.
Система координат инструмента также состоит из трех осей, но они пересекаются
не в плече, а во фланце кисти. Система координат движется с фланцем по движениям
манипулятора. Также система координат инструмента может эффективно использоваться
при обучении. С пульта ручного управления выбирается режим TOOL. Нажатием кнопок
X, Y и Z пользователь перемещает конец инструмента прямолинейно по осям системы
координат инструмента. Ему не надо управлять каждой степенью подвижности отдельно.
(Например, сверление производится вращением инструмента в направлении оси Z)
Основная система координат
Рис. 6.2. Степени подвижности манипулятора “ПУМА 560”
Система координат
инструмента
Рис. 6.3. Системы координат манипулятора “ПУМА 560”
ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЭВМ И ПРОЦЕССОРЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДАМИ
ЦЭВМ является главным модулем системы управления. Она вычисляет траекторию
манипулятора и обменивается информацией с окружающей средой через комплектующие
устройства.
Основные модули ЦЭВМ:
- модуль центрального процессора, длина слова 16 бит;
- модули последовательного интерфейса для связи с комплектующими;
55
- модули параллельного интерфейса для связи с модулями управления, приводами
и модулями ввода/вывода;
- модуль ППЗУ, хранящий системную программу ARPS;
- модуль ОЗУ для записи программ пользователя;
- модуль АЦП для выполнения калибровки.
ПАНЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ
На панели управления расположены все переключатели, кнопки и сигнальные
лампочки, нужные при эксплуатации робота, а также клавиатура для программировния
робота.
ДИСПЛЕЙ
Дисплей вместе с клавиатурой используется для программирования робота.
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ
Усилители мощности служат для управления приводами манипулятора и содержат
электронную схему защиты от перегрузки.
ПЕРВИЧНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ
Через этот блок осуществляется электропитание стойки управления. Блок питания
содержит главный предохранитель, ряд индивидуальных предохранителей, главный
контактор, фильтр шума и разъем для нужд техобслуживания.
ИСТОЧНИКИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Эти блоки генерируют необходимые для работы системы управления градации
постоянного тока.
ПУЛЬТ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Пульт ручного управления используется для управления манипулятором путем
перемещения либо отдельных сочленений, либо средней точки фланца кисти по
координатным системам робота. Он имеет пять режимов работы.
- Управление манипулятором от ЭВМ (COMP).
В этом режиме, полностью управляемом от ЭВМ, кнопки для управления
степенями подвижности манипулятора находятся в блокированном состоянии.
- Ручное управление в основной системе координат (WORLD).
- Ручное управление по степеням подвижности (JOINT).
- Ручное управление в системе координат инструмента (TOOL).
- Отключение приводов степеней подвижности (FREE).
Выбранный режим индицируется сигнальной лампочкой.
Для обучения перемещению из точки в точку на пульте ручного управления
имеется кнопка “STEP” нажатием которой в ЗУ робота запишется информация о текущем
положении манипулятора.
Скорость движения манипулятора регулируется с помощью кнопок “SPEED+”.
Выбранная скорость индицируется светодиодами.
На пульте ручного управления имеется также 12-и значый индикатор “ASCII”, на
который выводится информация о выбранном режиме работы и другие сообщения
оператору.
НАКОПИТЕЛЬ НА ГИБКОМ МАГНИТНОМ ДИСКЕ (НГМД)
Из ЗУ центральной ЭВМ программу можно записать на гибкий магнитный диск. В
НГМД используются диски размером 5.25". Использование магнитных дисков позволяет
создать библиотеку программ.
ВХОДЫ И ВЫХОДЫ ДЛЯ СВЯЗИ С ВНЕШНИМИ УСТРОЙСТВАМИ
С помощью входных и выходных каналов обеспечивается электрическая связь
робота с различными внешними устройствами, например, концевыми и ручными
56
выключателями, сигнальными лампами, вентилями, программируемыми логическими
контроллерами, ЭВМ, другими роботами.
Через входные каналы роботу можно дать, например, команду останова,
команду перехода в определенный адрес программы и т.д. Также через входной канал
роботу можно сообщить о поступлении в его рабочую зону очередного изделия.
Через выходные каналы робот может управлять работой внешних устройств,
например, станков, конвейеров и т.д.
УПРАВЛЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРОМ
Упрощенная функциональная схема робота приведена на рис. 6.4. При запуске
программы в ОЗУ центральный процессор начинает вычислять предусмотренную
программой траекторию манипулятора. Значения, вычисленные на основе текущего
положения манипулятора, передаются в модули управления приводами. Новые значения
вычисляются десятки раз в секунду. Таким образом, принцип управления движением
манипулятора состоит в том, что при движении манипулятора от одной
запрограммированной точки в другую ему дают несколько “промежуточных целей”.
Для каждой степени подвижности предусмотрены индивидуальный модуль
управления приводом и усилитель мощности, которые обеспечивают управление
соответствующим звеном манипулятора в соответствии с полученной от центрального
процессора информацией. Необходимая для управления обратная связь обеспечивается
установленными на двигателях фотоэлектрическими импульсными датчиками. Таким
образом, между модулями управления приводом и двигателями манипулятора создаются
замкнутые петли управления.
Расчет новых промежуточных значений на модулях управления приводом
производится намного быстрее, чем в центральном процессоре, примерно тысяча раз в
секунду. Применяемый способ (линейная интерполяция) обеспечивает максимальную
плавность движения звеньев манипулятора.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТА
МАНИПУЛЯТОР “ПУМА 560”
Количество степеней подвижности
Привод
Наибольшая грузоподъемность
Статическое усилие в рабочей
точке оснастки, не более
Точность позиционирования
Скорость движения с максимальным грузом
- по свободной траектории
- по прямолинейной траектории
6
Двигатели постоянного тока
с защитными тормозами
2.5 кг, включая оснастку
60 Н
 0.1 мм
не более 1.0 м/с
не более 0.5 м/с
Таблица 6.1. Технические характеристики звеньев манипулятора
№ звена
1
2
3
4
5
6
Диапазон
вращения, град
320
266
284
280
200
532
Макс. скорость,
рад/с
1.4
0.9
2.1
4.0
4.2
4.0
Макс. момент,
Нм
67
113
57
14
12
14
57
Сигналы обратной свяи
Управление приводами
Усилители
мощности
(ШИП)
Панель
оператора
Модули
приводов
ЦЭВМ
Язык программирования ARPS
ВТУ
Пульт
ручного
управления
НГМД
Блок
входов/
выходов
Принтер
Рис. 6.4. Функциональная схема робота ПУМА-560
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ “СФЕРА 36”
Принцип
Язык программирования
Устройтва обучения
ЗУ программ
Внешнее ЗУ
Входы и выходы
Питание от сети
двухуровневое микропроцессорное
ARPS
дисплей с клавиатурой, пульт ручного
управления и программирования
емкостью 12 килослов, с произвольным
доступом
и
резервным
питанием
от
аккумулятора
НГМД, емкость одного диска примерно 33.8
кслов
по 32 гальванически развязанных дискретных
входа и выхода
220 В, 50 Гц, 1 фаза, не более 2 кВА
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. ИЗУЧЕНИЕ ПУЛЬТА РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ
58
1.1. Включить сетевое питание поворотом ключа под лампочкой “Сеть” в
положение “1”. Включить питание системы управления нажатием кнопки ”СУ”. Через
несколько секунд на дисплее должно появиться сообщение “Zero memory (y, n) or
AUTOSTART” Набрать “y” и нажать <RETURN>. Система должна вывести символ “>”
свидетельствующий о том, что она загружена и готова принимать команды. Кроме того,
загорается красная кнопка “ПРИВОДА”.
Включить привода нажатием зеленой кнопки “ПРИВОДА”. Привода включаются и
начинает мигать лампочка на манипуляторе.
Откалибровать манипулятор. Для этого ввести с клавиатуры команду “CAL” и
нажать <RETURN>. Об успешном окончании калибровки свидетельствует сообщение
“Ok”.
1.2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА “WORLD”
Перевести робот в режим “WORLD” нажав соответствующую кнопку на пульте
ручного управления. Загоревшийся светодиод справа от кнопки показывает, что пульт
переведен в режим “WORLD”. Установить скорость движения манипулятора равную
двум делениям светодиодного указателя скорости на пульте ручного управления.
Нажимая попеременно кнопки X, Y, Z убедиться, что схват манипулятора двигается
вдоль соответствующих координатных осей системы координат “WORLD”. Нажимая
попеременно кнопки RX, RY, RZ убедиться, что схват манипулятора вращается вокруг
соответствующих координатных осей системы.
1.3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА “TOOL”
Перевести робот в режим “TOOL” нажав соответствующую кнопку на пульте
ручного управления. Загоревшийся светодиод справа от кнопки показывает, что пульт
переведен в режим “TOOL”. Установить скорость движения манипулятора равную двум
делениям светодиодного указателя скорости на пульте ручного управления. Нажимая
попеременно кнопки <X>, <Y>, <Z> убедиться, что схват манипулятора двигается вдоль
соответствующих координатных осей системы
координат “TOOL”. Нажимая
попеременно кнопки <RX>, <RY>, <RZ> убедиться, что схват манипулятора вращается
вокруг соответствующих координатных осей системы координат “TOOL”.
1.4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА “JOINT”
Перевести робот в режим “JOINT” нажав соответствующую кнопку на пульте
ручного управления. Загоревшийся светодиод справа от кнопки показывает, что пульт
переведен в режим “JOINT”. Установить скорость движения манипулятора равную двум
делениям светодиодного указателя скорости на пульте ручного управления. Убедиться,
что при нажатии кнопки <X> приходит в движение 1-й сустав, при нажатии кнопки <Y>
приходит в движение 2-й сустав и т.д.
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ КОМАНД МОНИТОРА
2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМАНД УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРОМ
Ввести с клавиатуры команду WHERE - непрерывный вывод на дисплей текущих
координат манипулятора. На экране появляется строка состоящая из шести значений
текущих координат манипулятора. Перевести пульт ручного управления в режим
“JOINT”. При помощи пульта ручного управления изменить конфигурацию
манипулятора. Убедиться, что изменение текущих координат непрерывно отражается на
экране.
При помощи команды HERE A1 записать в ЗУ координаты текущей точки
позиционирования. Перевести схват манипулятора в другую точку используя пульт
ручного управления. Записать координаты этой точки в ЗУ командой HERE A2. Записать
в ЗУ еще несколько точек Ai.
Ввести с клавиатуры команду .GO A1 - перемещение схвата манипулятора в точку
A1. Убедиться, что схват манипулятора переместился в точку A1. Повторить несколько
раз команду .GO для ряда точек Ai.
Проделать аналогичную операцию, используя команду .GOS - перемещение
59
схвата манипулятора из точки в точку по прямой линии.
Ввести с клавиатуры команду .GO READY - выход в нулевую точку. Манипулятор
должен занять положение “рука вверх”.
Ввести с клавиатуры команду LLIST. На экран выводится список всех введенных
ранее точек.
Исследовать команду SPEED n, где n= 1...100 - изменение скорости движения
манипулятора. Для этого ввести с клавиатуры SPEED 50 и .GO A1. Затем ввести
команды SPEED 100 и .GO A1. Повторить опыт с другими значениями скоростей.
Исследовать команду SPEED % n, где n= 1...100 - величина скорости движения
манипулятора в процентах. Для этого ввести с клавиатуры SPEED % 50 и .GO A1. Затем
ввести команды SPEED % 50 и .GO A2. Повторить опыт с другими значениями скоростей.
2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМАНД УПРАВЛЕНИЯ КОНФИГУРАЦИЕЙ
МАНИПУЛЯТОРА
Исследовать команду .J2 RIGHT(LEFT) - определение конфигурации движения
манипулятора (RIGHT - правая конфигурация, LEFT - левая конфигурация). Ввести с
клавиатуры команду .J2 RIGHT, если конфигурация манипулятора левая, или .J2 LEFT,
если конфигурация правая. Ввести команду .GO A1 и убедиться, что манипулятор
изменил свою конфигурацию. Повторить опыт, используя другие аргументы команд .J2 и
.GO.
Исследовать команду .J3 UP(DOWN) - определение конфигурации движения
манипулятора (UP- конфигурация “локоть вверх”, DOWN- конфигурация “локоть вниз”).
Ввести с клавиатуры команду .J3 UP, если конфигурация манипулятора “локоть вниз”,
или .J3 DOWN, если конфигурация “локоть вверх”. Ввести команду .GO A1 и убедиться,
что манипулятор изменил свою конфигурацию. Повторить опыт, используя другие
аргументы команд .J3 и .GO.
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕДАКТОРА EDIT
Ввести с клавиатуры команду ED <имя программы> - вызов редактора для
создания или редактирования (если она уже создана) программы. На дисплее должно
появиться приглашение к вводу текста программы: 1.>. Ввести следующий текст:
1. SPEED 100
2. GO A1
3. GO A2
4. GO A3
Для возврата из редактора ввести команду E. Ввести команду PLIST <имя
программы> - вывод на дисплей текста программы. Убедиться, что выведенный на
дисплей текст программы соответствует тексту, набранному в редакторе EDIT.
4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НГМД
Вставить дискету в карман дисковода. Ввести с клавиатуры команду FDIRраспечатка на дисплее директории гибкого диска. Директория выводится на дисплей.
Ввести команду STORE <имя программы> - запись на диск программ и точек.
Проконтролировать результат выполнения команды STORE вводом команды FDIR.
Директория гибкого диска должна включать в себя имя прграммы с расширениями .P текст программы и .L - массив точек. Удалить из ОЗУ программу и точки при помощи
команд PDEL и LDEL. Убедиться при помощи команды LIST, что программа и точки
удалены.
Ввести команду LOAD <имя программы> - загрузка в ОЗУ с гибкого диска
программы и массива точек. Убедиться с помощью команды LIST, что программа и точки
загружены в ОЗУ.
Ввести команду FDEL <имя программы> - удаление с гибкого диска программы и
точек. Убедиться при помощи команды FDIR, что файлы программы и точек удалены с
диска.
60
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Отчет должен содержать кинематическую схему манипулятора робота с
обозначенными системами координат WORLD и TOOL; функциональнуюную схему СУ
"Сфера-36".
Практическая работа № 6. Методы программирования системы управления роботом “Сфера36”
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение методов программирования системы управления “Сфера-36”.
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ
Система программирования ARPS (Advanced Robot Programming System усовершенствованная система программирования робота) - это система на базе ЭВМ,
предназначенная для управления роботом таким образом, что задание вида работы,
выполняемой роботом, осуществляется посредством введения программ в ЭВМ.
Возможность программирования, обеспечиваемая системой ARPS, позволяет обучить
робот быстро и аккуратно выполнять простые и сложные операции.
Операционная система ARPS постоянно хранится в перепрограммируемом
постоянном запоминающем устройстве (ППЗУ) устройства управления. Она содержит
инструкции управления роботом, а также ряд вспомогательных функций, с помощью
которых выполняется программирование робота методом обучения, запись данных на
гибкий магнитный диск и т.д. Обеспечивается возможность составления новых программ
во время работы робота.
ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ ARPS
Первая задача перед запуском робота - это установить подходящую для данной
программы величину скорости перемещения. Установка скорости осуществляется
командой SPEED (см. Лаб. раб. № 1). Когда установлено требуемое значение скорости,
программа может быть запущена. Если манипулятор перемещается не так, как надо, то
нажать кнопку останова на торце пульта ручного управления или кнопку “OFF”.
Питание привода можно также выключить нажимая кнопку “ПИТАНИЕ ПРИВОДА
0” или кнопку аварийного останова. Программа снова запусается командой RUN.
> RUN PR1 <СR>
RUN>
Робот выполнит заданную прграмму до конца перемещаясь через записанные в
ЗУ точки и потом остановится. После этого на экране дисплея выводится сообщение:
RUN>Exit
Stopped at STEP n
Та же программа может быть выполнена 5 раз последовательно командой
> RUN PR1 5 <СR>
Программа может быть остановлена тремя разными способами.
а). Директивой ABORT. Данная директива разрешает выполнить текущую команду
до конца, после чего робот останавливается. Потом на экран выводится номер
следующего по порядку шага программы.
RUN> ABORT<CR>
Aborted
Stopped at STEP n
>
б). Нажатие кнопки на торце пульта ручного управления или кнопки
“OFF” немедленно остановит выполнение программы.
61
в). Путем нажатия кнопки “ПИТАНИЕ ПРИВОДА 0” выполнение программы
немедленно прекращается.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. ОБУЧЕНИЕ ТОЧКАМ
Для того, чтобы блок управления знал, в каком направлении ему необходимо
перемещать руку робота во время выполнения программы, точки (инструмента) должны
регистрироваться в ЗУ блока управления. Существует два способа определения точек.
1.1. КОМАНДА HERE
Текущее положение манипулятора можно регистрировать с помощью команды
HERE, используя терминал.
а). Установить манипулятор в требуемое положение с помощью пульта ручного
управления в режиме “JOINT”.
б). Зарегистрировать позицию точки A с помощью команды HERE следующим
образом:
>H A <CR>
>
Переместить манипулятор в другое положение, используя режим “WORLD”
а) Нажать кнопку <WORLD> пульта ручного управления.
б) Нажать переключатели 1, 2 или 3.
Обучить точке В используя команду HERE аналогично обучению точке А.
1.2. ОБУЧЕНИЕ В РЕЖИМЕ TEACH
Запись точки может выполняться с помощью кнопки <STEP> ПУР.
а). Ввести с клавиатуры команду LTEACH и после этого название точки. Блок
управления переходит при этом в режим “TEACH”.
б). Используя ПУР, переместить манипулятор в требуемое положение и нажать
кнопку <STEP>.
в). Повторить пункт б) 4 раза. Точки записываются автоматически, индекс названия
увеличивается на единицу (т.е. X0, X1 и т.д.).
г). Закончить операцию обучения, нажав клавишу <RETURN>.
Любая точка может быть изменена командой <CHANGE>
д). Изменить точку А с помощью команды CHANGE:
>CH A <CR>
Сhange location : ...........<CR>
2. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ РОБОТА
Инструмент робота может перемещаться в требуемое положение на уровне
монитора при помощи команд .GO и .GOS следующим образом:
а) нажать кнопку <COMP> ПУР
б) нажать клавиши ”.” и GO
>.GO A<CR>
>
По команде .GOS инструмент движется к заданной позиции по прямолинейной
траектории. Повторить пункт б) для остальных точек, записанных в ЗУ.
3. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ ARPS
Простую программу на языке ARPS можно составить, перемещая инструмент в
составленные выше точки. Всем программам в ARPS даются названия, например PR1.
Программирование осуществляется в режиме EDIT, который получают набором команды
EDIT и названия программы. Выход из режима EDIT осуществляется набором на
клавиатуре буквы “E” и нажатием клавиши “RETURN”.
Пример
>ED PR1 <CR>
62
Programm PR1
1. GO X0 <CR>
2. GOS X1 <CR>
3. GOS X2 <CR>
4. GO X3 <CR>
5. E <CR>
>
4. ЗАПРОГРАММИРОВАТЬ ТРАЕКТОРИЮ ДВИЖЕНИЯ РОБОТА, заданную
преподавателем основываясь на пунктах 1-3. Запустить программу на выполнение после
проверки ее преподавателем.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА
Отчёт должен содержать задание на траекторное движение (см. п.4) и текст
программы реализующей это движение.
Практическая работа №7. Конструирование и расчет механических захватных устройств
Расчет захватных устройств сводится к определению следующих основных
характеристик:
 номинальная сила захватывания, определяемая как сила, с которой контактные
элементы (губки) действуют по нормали к зажимаемой поверхности объекта;
 геометрические размеры и масса захватного устройства;
 время захватывания (отпускания);
 характерные размеры захватываемого объекта, на которые расчитан схват.
Выбор величины силы захватывания обусловлен требованиями надежности
удержания объекта и производится исходя из массы, формы, материала объекта с учетом
динамических нагрузок, обусловленных его движением, а также характера силового
взаимодействия захваченного объекта с внешним оборудованием (например, при сборке
или установке заготовки в патрон станка). Накопленный опыт показывает, что значение
силы захватывания должно в несколько раз превосходить вес захватываемой детали.
В зависимости от способа удержания заготовки механические захватные
устройства делят на открытые и закрытые. При использовании открытых захватных
устройств заготовки при транспортировании лежат свободно на призмах и удерживаются
под действием собственного веса. В закрытых захватных устройствах зажим и разжим
заготовок осуществляется с помощью приводов. Их применяют при сложных траекториях
перемещения, больших динамических нагрузках, а также в тех случаях, когда требуется
точная фиксация заготовки в различных точках ее траектории. Применяют неуправляемые
и управляемые закрытые захватные устройства. В неуправляемых захватных устройствах
заготовки закрепляются с помощью пружины, а в управляемых – губки захватных
устройств перемещаются от пневмо- или гидроприводов.
Определение удерживающих моментов
Можно выделить две основные расчетные схемы для определения необходимого
удерживающего момента [1]:
1) При перемещении захватного устройства вес заготовки и сила инерции действуют
в плоскости, перпендикулярной к оси заготовки; заготовка удерживается благодаря
запирающему действию губок при ограниченном воздействии сил трения.
2) При перемещении захватного устройства сила инерции действует вдоль оси
заготовки; заготовка удерживается благодаря запирающему действию губок при
значительном воздействии сил трения. Сила трения и сила инерции действуют вдоль оси
детали.
63
На рис. 1 приведена схема захватного устройства с симметричными
призматическими губками. На рисунке обозначено: G з – вес заготовки; M 1 , M 2 –
удерживающие моменты относительно осей поворота губок; a, b – размеры рабочих
элементов; D – диаметр заготовки;  – угол наклона траектории захватного устройства;
 – угол призмы; Fи – сила инерции, действующая на заготовку при радиальном
перемещении захвата; N1 , N 1, N 2 , N 2 – нормальные силы, действующие на заготовку при
ее зажиме призматическими губками.
На устойчивое положение заготовки во время ее перемещения существенное
влияние оказывают: ускорение при торможении, угол  между направлением движения
захватного устройства и вертикалью, угол 2 призмы губок, сила привода захватного
устройства.
Сила привода захватного устройства определяется с учетом имеющихся схем
нагружения для критического для критического действия нагрузок. Для ее определения
необходимо знать удерживающий момент относительно осей поворота губок.
Рис. 1. Схема захватного устройства с симметричными призматическими губками
Рассмотрим случай, когда    и захватное перемещаются в радиальном
направлении. При этом условии вес заготовки G з и сила инерции Fи при торможении
(разгоне) будут действовать на нижнюю призму до тех пор, пока заготовка находится в
состоянии покоя и ускорение a к не превысит определенного критического значения a  .
Критическое значение ускорения a  зависит от соотношения углов  и  и определяет
распределение сил в захватном устройстве при его перемещении. При aк  a  возможно
перемещение заготовки в открытом захватном устройстве.
Для определения a  составим уравнение моментов относительно точки С (рис. 1)
M
C
 G з  h   Fи  h  0
(1)
64
где h  ( D / 2)  sin(    ); h  ( D / 2)  sin  ; Fи  (G з / g )  a  .
Решив уравнение (1) получим
a   g  (sin   ctg ( )  cos  ) .
(2)
При aк  a  вес заготовки G з и сила инерции Fи действуют на нижнюю
призму и суммарный удерживающий момент
(3)
 M  M 1 G з l  Fи  a ,
где l – плечо действия веса заготовки G з ,
l  b  sin   a  cos  .
После преобразования получим
 a


 M  G з  gк  cos    a  b  sin  



(4)
Рассмотрим случай, когда    , но захватное устройство перемещается
вдоль оси заготовки. При этом до некоторого допустимого значения ускорения a к ,
равного a  , возможно перемещение заготовки в открытых захватных устройствах
благодаря силам трения между заготовкой и поверхностью губок. Сила трения в данном
случае действует параллельно оси заготовки и определяется
Fтр  ( N1  N 2 )  ,
(5)
где N1 , N 2 – реакции от веса заготовки;  – коэффициент трения заготовки о
поверхность губок.
После подстановки N1 и N 2 получаем
Fтр  2  G з  sin   sin    .
(6)
Для определения критического значения допустимого ускорения при
перемещении заготовки в открытом захватном устройстве составим уравнение равновесия
Fтр  2  G з  sin   sin     Fи ,
(7)
a 
где Fи  G з 
– сила инерции, которая действует параллельно оси заготовки.
g
После преобразования получим
a   2  g    sin   sin  .
(8)
Формула (8) справедлива при   90 .
Необходимый удерживающий момент относительно оси поворота нижней
губки определяем из уравнения (4) при a к  0
 M  M 1  Gз  (b  sin   a  cos  ) .
(9)
Из формул (2) и (8) вытекает, что при   0 и   90 критическое
ускорение a  всегда больше a  . Поэтому при aк  a  наиболее нагруженным захватное
устройство будет под действием силы инерции вдоль оси заготовки. Тогда для
предотвращения смещения заготовки в захватном устройстве необходимо приложить к
губкам дополнительный момент
65
a
 b  sin 
.
M  G з  к  2  sin   sin     

 g

(10)
Тогда суммарный удерживающий момент относительно осей поворота губок
 M  M 1  M , или
 a b  sin 

  к 
 b  sin   sin 2  a  cos   .

 g

Формула (11) справедлива при    и   90 .
M  G
з
(11)
Определение движущей силы привода
Зная удерживающий момент относительно осей поворота губок, можно
определить силу, которую должен развивать привод захватного устройства. Необходимо
отметить, что эта сила привода несколько отличается от расчетной. Это объясняется тем,
что при автоматической загрузке и разгрузке обрабатываемых заготовок на станок ось
заготовки не совпадает с осью захватного устройства. Для учета несоосности при расчете
силы привода захвата вводится коэффициент запаса K.
Необходимую силу привода захватного устройства определяют с учетом
механизма зажима. На рис. 2 приведены схемы механизмов зажима захватных устройств.
Рис. 2. Схемы захватных устройств
Для клинового захватного устройства (рис. 2, а) сила привода может быть
определена по формуле
 M  tg (   )  K
(12)
P
l  1
Для рычажного привода (рис. 2, б, в)
 M  cos  K .
(13)
P
l  2
Для реечного привода (рис. 2, г)
2M
(14)
P
K ,
m  z  3
66
где  – приведенный угол трения;   110 – при осях на подшипниках качения;
  3 – при осях на подшипниках скольжения; 1  0,9,  2  0,9...0,95,  3  0,94 – КПД
шарниров;   4...8 – угол клина; m – модуль сектора, мм; z – полное число зубьев
сектора (колеса); K=1,6 при эксцентриситете e  2,5 мм; K=2при эксцентриситете
e  2,5...5 мм.
Практическое занятие № 8. Конструирование вакуумных захватных устройств
Для подачи штучных заготовок наибольшее распространение получили вакуумные
захватные устройства (рис. 4). Основным рабочим органом вакуумных схватов являются
присоски, изготавливаемые из резины или пластмассы. Из последних, после контакта с
деталью, отсасывается воздух. Вакуум создаётся поршневым, центробежным и
эжекторным насосами.
Эжекторный насос является самым простым и распространённым способом
создания вакуума, который получается без специальной насосной установки, за счёт
энергии сжатого воздуха из цеховой пневмосети. Вакуумные захватные устройства
применяются для удержания заготовок из немагнитных материалов, мелких тонких
деталей, листового материала, деталей неправильной формы и др.
Рис. 4. Вакуумный схват
Присоска может быть выполнена в виде гофрированной резиновой трубки для
захвата и переноса лёгких и хрупких деталей. Наличие гофра обеспечивает амортизацию
при перемещении и опускании деталей.
Диаметр присосок может быть определен по формуле
  D2
F  Кa  Кэ
( Pа  Pb ) ,
4
67
где Ка=0,85 – коэффициент, учитывающий непостоянство атмосферного давления;
Кэ=(0,6–0,7) – коэффициент, учитывающий изменение площади присоски в
процессе захвата;
Ра, Рb – давление атмосферное и внутри присоски (обычно берется (Рa – Рb)=(0,03 –
0,035) МПа);
D – диаметр присоски;
F – удерживающая сила.
Удерживающая сила должна превосходить силу тяжести детали с захватным
устройством и инерционные нагрузки, действующие на деталь в процессах разгона и
торможения звеньев ПР
Fm0g+Ф,
где Ф= mа; а – ускорение (а=3g).
5.4
Краткое описание видов самостоятельной работы
5.4.1
Общий перечень видов самостоятельной работы
1 Подготовка к практическимм работам.
2 Оформление отчетов по практическим работам
3 Подготовка к зачёту.
5.5.2 Методические рекомендации по выполнению каждого вида
самостоятельной работы
1. Подготовка к практическим работам.
ЦЕЛЬ вида СРС: максимально использовать аудиторное время, отводимое для
выполнения практических работ.
ЗАДАНИЕ :повторить теоретический материал по теме работы, ознакомиться с
ходом выполнения работы.
РЕКОМЕНДАЦИИ:
Краткие теоретические сведения и ход выполнения практических работ приведены
в следующих методических указаниях:
1. Управление роботами и РТС: метод. указания по выполнению лаб. работ для
специальности «Робототехнические системы и комплексы» / Иркут. гос. техн.
ун-т; сост. А. В. Савилов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. – 1 с.
Имеется электронный экземпляр (в Читальном зале электронной информации)
Индивидуальное задание для каждой лабораторной работы можно получить у
преподавателя или в локальной сети кафедры в ауд. Д-208, Д-220
2. Оформление отчетов практических работ
ЦЕЛЬ: оформить отчеты практических работ
ЗАДАНИЕ: повторить теоретический материал по теме работы, ответить на
контрольные вопросы:
1. Приведите возможные области использования промышленного робота МП-9С.
Нарисуйте компоновку оборудования для каждого примера (на схеме укажите
основное технологическое оборудование, промышленный робот, стойку управления,
транспортно-накопительное оборудование).
2. С помощью чего обеспечивается регулировка скорости позиционирования звеньев
манипулятора?
3. Нарисуйте принципиальные схемы, обеспечивающие плавное позиционирование
промышленного робота.
4. Объясните назначение герконовых реле, укажите места их расположения на промышленном
роботе.
68
5. Объяснить принцип позиционирования в цикловых роботах.
6. Назвать виды программоносителей и методы записи программ в цикловых системах
управления.
7. Объяснить функциональное назначение следующих команд в системе ЭЦПУ-6030:
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КОМАНДА, ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ, ПРОПУСК, ПЕРЕХОД,
ОСТАНОВ, КОНЕЦ ПРОГРАММЫ.
8. Объяснить функциональные возможности системы ЭЦПУ-6030 в режимах: РУЧНОЙ,
КОМАНДА, ЦИКЛ, АВТОМАТ.
9. Что такое работа по путевому принципу? Что такое работа по временному принципу?
10. Объяснить функциональное назначение обратной связи в цикловых системах
управления.
11. В каких технологических процессах допускается применение цикловых роботов?
12. Объяснить принцип работы блока управления, программоносителя, пульта
управления, счетчика кадров, дешифратора выборки кадров, схемы пуска-останова,
схемы перехода, узла согласования.
13. Объяснить назначение разъемов, расположенных на задней панели.
14. Пояснить принцип действия схемы отработки технологических команд.
15. Пояснить принцип действия схемы отработки команд опроса датчиков.
16. Пояснить схему отработки команд ОСТАНОВ и КОНЕЦ ПРОГРАММЫ.
17. Указать все степени подвижности манипулятора робота "Электроника НЦТМ-01".
18. Какими приводами и датчиками оснащён робот "Электроника НЦТМ-01"?
19. Указать назначение модулей входящих в состав СУ робота (см. рис. 4.2).
20. Где находиться системное программное обеспечение СУ и какие функции оно
выполняет?
21. Где находиться прикладное программное обеспечение СУ и какие функции оно
выполняет?
22. Каким образом осуществляется програмный доступ к приводам, датчикам и ТО?
23. Объяснить работу управляющей программы из п.2.1.
24. По каким звеньям робота "Электроника НЦТМ-01" может быть организовано
позиционное управление?
25. Какие датчики положения используются для измерения расстояния пройденного
звеньями?
26. Какая связь между количеством импульсов, полученным от датчика положения и
пройденным расстоянием?
27. Объяснить принцип организации позиционного управления роботом "Электроника
НЦТМ-01" по одной координате.
28. Объяснить принцип организации позиционного управления роботом "Электроника
НЦТМ-01" по двум координатам одновременно.
29. Зачем в роботе "ПУМА-560" используются две системы координат?
30. Что представляет из себя метод "промежуточных целей"?
31. При помощи каких команд изменяется конфигурация манипулятора?
32. При помощи каких команд производится работа с НГМД?
33. Каким образом осуществляется ввод точек в ОЗУ СУ в системе ARPS?
34. Что такое режим обучения?
35. Как можно изменить координаты точки, ранее введённой ОЗУ СУ?
36. Для чего служат цифровые сигналы ввода-вывода робота?
37. Объяснить принцип работы программ исследованных в лабораторной работе.
Отчет по лабораторной работе должен содержать цель, краткое описание хода работы,
программы, блок-схемы алгоритмов согласно индивидуальному заданию.
69
Оформление отчета должно быть выполнено в соответствии с СТО ИрГТУ 027-2009
СИСТЕМА МЕНЕДЖМЕНТА КАЧЕСТВА. «Учебно-методическая деятельность. Общие
требования к организации и проведению лабораторных работ».
Защита лабораторных работ проводится в устной форме. В процессе защиты студент
должен показать знание теории, ответить на контрольные вопросы и вопросы, связанные с
ходом выполнения работы.
Кроме этого, можно использовать учебную и дополнительную литературу из п. 8
3. Подготовка к экзамену.
РЕКОМЕНДАЦИИ: В качестве средства для оценки уровня подготовки по
дисциплине можно использовать систему опроса. Примерные вопросы приведены в п. 7.
5.5.3 Описание курсового проекта (курсовой работы)
Не предусмотрено учебным планом.
6 Применяемые образовательные технологии
При реализации данной программы применяются инновационные технологии
обучения, активные и интерактивные формы проведения занятий, указанные в таблице
6.2.
Таблица 6.2 - Применяемые образовательные технологии
Технологии
Компьютерная презентация
Виды занятий
Лекция
7 Методы и технологии контроля уровня подготовки по дисциплине
7.3
Виды контрольных мероприятий, применяемых контрольноизмерительных технологий и средств.
В качестве средств для оценки уровня и качества подготовки по дисциплине можно
использовать систему опроса по контрольным вопросам.
7.4
Критерии оценки уровня освоения учебной программы (рейтинг).
Критерием оценки уровня освоения учебной программы в восьмом семестре
служит факт выполнения практических работ в соответствии с графиком учебного
процесса.
7.5
Контрольно-измерительные материалы и другие оценочные средства для
итоговой аттестации по дисциплине.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Особенности создания и история развития ГАП.
Состав, структура и классификация ГАП.
Типовые компоновки ГАП.
Общая характеристика основных элементов ГАП.
Основные этапы проектирования ГАП
Особенности анализа производства с целью создания ГАП.
Выбор основного технологического оборудования ГАП.
Критерии выбора манипуляционного оборудования.
Назначения и общая характеристика автоматизированных транспортно-накопительных
систем.
10.Принципы устройства и работы автооператоров для смены инструмента.
11.Инструментальные магазины.
12.Типовые конструкции автоматизированных систем инструментального обеспечения.
70
13.Назначение и разновидности систем автоматического контроля.
14.Критерии выбора и общая характеристика технологических средств автоматического
контроля.
15.Принцип устройства работы координатно-измерительных машин.
16.Основные компоновки КИМ
17.Программное обеспечение КИМ
18.Назначение и общая характеристика автоматизированных систем управления ГАП.
19.Типовые структурно-функциональные схемы автоматизированных систем управления
ГАП.
20.Общие сведения о системах автоматизированного проектирования ГАП.
21.Общая характеристика ГПС механообработки.
22.Типовые компоновки и примеры ГПС механообработки деталей типа тел вращения.
23.Типовые компоновки и примеры ГПС механообработки корпусных деталей.
24.Общие сведения о шлифовальных, зубообрабатывающих, протяжных и электрофизикохимических ГПМ.
25.Особенности создания ГПС кузнечно-штамповочного производства.
26.Типовые компоновки ГПМ кузнечно-штамповочного производства.
27.Общая характеристика и примеры ГПС литейного производства.
28.Особенности создания сборочных ГПС.
29.Интегрированные ГПС.
30.Основные тенденции и перспективы развития ГПС.
1
2
3
4
5
1
2
3
4
8
Рекомендуемое информационное обеспечение дисциплины
8.3
Основная учебная литература
Схиртладзе А.Г. и др. Автоматизация производственных процессов в
машиностроении: В 2-х т.: Т.1. – М.: Славянская школа, 2002. – 276 с.
Робототехнические комплексы и гибкие производственные системы в
машиностроении: Альбом схем и чертежей. Учеб. пособие / Под ред. Ю.М.
Соломенцева – М.: Машиностроение, 1989. – 192 с.
Ковальчук Е.Р. и др. Основы автоматизации машиностроительного производства:
Учебник для вузов / Под ред. Ю.Н. Соломенцева. – М.: Высшая школа, 1999. – 312 с.
Бараниукова И.М. и др. Проектирование технологии автоматизированного
машиностроения: Учебник для машиностроительных специальностей вузов / Под ред.
Ю.М. Соломенцева. – М.: Высшая школа, 1999. – 416 с.
Компьютерные технологии в науке, технике и производстве: Учеб. Пособие/ Под общ.
ред. А.И.Промптова. Иркутск, Изд-во ИрГТУ.-2000.-396 с.
8.4
Дополнительная учебная и справочная литература.
Лин Вэн. PDP-11 и VAX-11. Архитектура ЭВМ и программирование на языке
ассемблера. /Пер. с англ.- М.: Радио и связь, 1989.- 315 с.
Управление роботами и РТС. Методичес-кие указания по выполнению лаборатор-ных
работ. Составители А.С.Беломестных, А.В.Савилов. - Иркутск, 2003.
Митрофанов С.П. и др. Гибкие технологические системы холодной штамповки. – Л.:
Машиностроение, 1987. – 287 с.
Б.Г. Коровин, Г.И.Прокофьев, Л.Н.Рассудов «Системы программного управления ПР и
РТК».- 1990.
8.5.
Электронные образовательные ресурсы:
8.5.1. Ресурсы ИрГТУ, доступные в библиотеке университета или в локальной
сети университета.
1. Аппаратные и программные средства систем управления : метод. указания по
выполнению лаб. работ для направления "Технология, оборудование и автоматизация
71
машиностроит. пр-ва" / Иркут. гос. техн. ун-т; сост. А. В. Савилов . - Иркутск: Изд-во
ИрГТУ, 1999
2. Автоматизация технологических процессов и производств : метод. указания по
выполнению курсового проекта для студентов специальности 210200 «Автоматизация
технол. процессов и пр-в» / Иркут. гос. техн. ун-т; сост. Н. К. Кузнецов . – Иркутск:
Изд-во ИрГТУ, 2008. – 58 c/
8.5.2. Ресурсы сети Интернет
1.
http://www.fanuc.com/
2.
http://www.kuka.com
9.
Рекомендуемые специализированные программные средства
Программное обеспечение автоматизированного контроля деталей на КИМ Calipso
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Научно-исследовательская лаборатория «Технологий высокопроизводительной
механообработки, формообразования и упрочнения деталей машин» в которой находится
следующее оборудование:
Промышленный робот МП-9С – 2 шт;
Промышленный робот «Электроника НЦТМ-01»;
Промышленные роботы РМ-01 – 2 шт;
РТК механообработки на базе фрезерного обрабатывающего центра DMU80P
DuoBlock и промышленного робота FANUC 710iC50T;
РТК механообработки на базе промышленного робота KUKA KR210.
КИМ Zeiss Contura G2 Activ
72
Программа составлена в соответствии с ФГОС 151900 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств»
Программу составил:
доцент кафедры ОиАМ Савилов А.В. к.т.н.
73