CC BY
18
УДК 621.86-182.7, 62-112.5
Д.С. Ласков, D. Laskov, e-mail: dr.dailer@mail.ru Н.В. Путеев, N. Puteev, e-mail: mail.vstu.by
УО «Витебский государственный технологический университет», г. Витебск, Беларусь Educational Institution «Vitebsk State Technological University», Vitebsk, Belarus
КОРРЕКТИРОВАНИЕ СМЕЩЕНИЯ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА
CORRECTION OF SHIFT OF THE MANIPULATOR
Объектом исследования является макромодель промышленного робота с элементами управления жёсткостью и компенсацией смещения координат под нагрузкой.
Object of study is the macro model of an industrial robot with stiffness controls with the possibility of coordinate's compensation under the force.
Ключевые слова: промышленный робот; манипулятор; жёсткость; позиционирование
Keywords: industrial robot; manipulator; stiffness; positioning
В современном производственном оборудовании жёсткость является важнейшим технологическим фактором, определяющим точность выполняемой операции. Поэтому необходимо придать некое свойство производственному оборудованию, чтобы оно за счет своих функциональных свойств компенсировало потерю координат под нагрузкой. В качестве объекта исследования выбран промышленный робот, т.к. именно у этого класса механизмов недостаточная жёсткость является препятствием для расширения области применения в качестве универсального металлообрабатывающего оборудования.
Анализ роботизированных систем с незамкнутой и замкнутой кинематическими цепями показал, что замкнутая структура обладает более высокой точностью и позволяет использовать манипулятор для выполнения высокоточных операций (измерительные работы, лазерная обработка). Манипуляторы данного типа имеют малую массу, потому способны работать на высоких скоростях [4]. В то же время в промышленных роботах с незамкнутой кинематической цепью параметры грузоподъёмности, точности и скорости позиционирования пропорционально зависят от массы несущей системы, поэтому к современным промышленным роботам предъявляется комплекс различных и во многом противоречивых требований. Требуются высокое быстродействие при заданной плавности движения, высокая точность отработки программных движений, минимальные масса и габаритные размеры исполнительных механизмов. Утяжеление конструкции роботов приводит к ухудшению их характеристик и в результате это снижает производительность операций. Тяжелые механические конструкции требуют также применения мощных приводных механизмов, которые во многих случаях дополнительно нагружают предшествующие звенья, тем самым еще больше увели-
чивают общий вес системы. Так как динамические и статические ошибки возникают при воздействии сил инерции (и тяжести), прямой метод повышения жёсткости является недостаточно эффективным. Из всего этого следует, что недостатками компоновки промышленного робота с незамкнутой кинематической цепью является недостаточная жёсткость и сложность контроля угловой координаты рабочих звеньев [1, 2, 3].
При проектировании универсального промышленного робота, следует ориентироваться на простые структуры, имеющие наименьшее количество элементов, поскольку сокращение количества элементов является существенной мерой повышения надежности.
Основной принцип работы разрабатываемого промышленного робота показан на примере перемещения груза 8 кН (рис. 1), который создаёт деформации изгиба и скручивания элементов несущей системы.
а) б) в)
Рис. 1. Принцип адаптивного управления жёсткостью промышленного робота при помощи устройств с обратной связью
В ненагруженном состоянии рабочий орган имеет нулевую координату (Хо; Уо) - исходное положение (начальное положение робота). Эта точка определена относительно конструктивных элементов робота. Относительно нулевой точки промышленного робота в управляющей программе задают абсолютные размеры перемещений рабочих органов, если начало отсчета перемещений не смещено с помощью плавающего нуля. Плавающий нуль -свойство УЧПУ помещать начало отсчета перемещений рабочего органа в любое положение относительно нулевой точки промышленного робота. На рис. 1 (а) показан робот в ненагруженном состоянии (звено «2» находится в нулевой точке).
При нагружении звена «2», Р=8 кН, рабочий орган смещается от нулевой координаты (АХ; АУ), как показано на рисунке 1 (б). Для корректного выполнения операции требуется вывести рабочий орган обратно в нуль и сформировать новую координату с учётом приложенной нагрузки. Шарико-винтовой привод «Ь» отвечает за устранение смещения А У, а ша-рико-винтовой привод «а» за устранение смещения АХ.
Для того чтобы вывести нагруженный рабочий орган в нуль, потребуется совершить угловое перемещение звеньев 1 и 2 при помощи линейных перемещений ШВП а и Ь, показанных на рисунке 1 (в).
Для измерений деформаций звеньев робота (получение численных данных для решения задач корректировки), предложено использовать датчики и сенсоры, смонтированные на максимально подверженные напряжениям участки несущей системы робота.
После корректировки положения рабочего органа, управляющая программа будет совершать отсчет от нулевой точки, с новым угловым положением звеньев.
Система позволит считывать условия, в которых находится несущая система робота, подавать сигналы и изменять траекторию перемещения робота. То есть, с помощью измерения напряжений, данная система получила адаптивность и позволит устранить ошибку (посредством корректировки положения рабочего органа), которая способна повредить деталь.
Рис. 2. Принципиальная блок-схема управления роботом
Синхронизированные данные по позиционированию можно сохранить в виде данных журнала событий и отобразить на графике с использованием конкретного компьютерного программного обеспечения, что особенно полезно при проведении анализа ошибок.
Впоследствии такие данные могут использоваться для контроля точности производимых операций.
Вид управления промышленным универсальным роботом будет соответствовать контурному типу методом обучения. Блок-схема разделена на три блока: № 1 - системная программа ПР; № 2 - рабочая программа ПР; №3 - программа корректировки и выполнения основной операции (рис. 2).
При включении системы начинается загрузка системной программы (№ 1), после этого проводится самодиагностика узлов и блоков управления с целью анализа их работоспособности. Если найдена неисправность, сообщается ее номер и дается возможность устранения ошибки. Если ошибки не найдены, то вступает в силу дополненный вариант алгоритма № 2.
Далее алгоритм (№ 2) отрабатывается без дополнительных изменений, то есть происходит загрузка выбранной рабочей программы робота, ее анализ на ошибки и исполнение. При окончании загрузки программы происходит ее исполнение роботом в тестовом режиме (№ 3) с учетом корректировок. Если корректировка не требуется (датчик не передал сигнал), то по получении стартовой команды и при соблюдении условий работы, робот переходит к выполнению операции.
При перегрузке, когда датчик передает сигнал о превышении значений, программа начинает совершать расчёты в режиме корректировки (№ 3) с учётом полученных данных. Программа сохраняет рассчитанные данные и подает команду на выполнение основной операции с учётом новых скорректированных значений рабочей программы.
Библиографический список
1. KUKA [Электронный ресурс] / KUKA Roboter GmbH - Режим доступа: http://www.kuka-robotics.com/ru (Дата обращения: 14.11.2013).
2. ABB [Электронный ресурс] / 2014 ABB — Режим доступа: http://www. abb. com — (Дата обращения: 14.11.2013).
3. FANUC [Электронный ресурс] / FANUC Robotics - Режим доступа: http://www.fanucrobotics.ru - (Дата обращения: 14.11.2013).
4. Машиностроение [Электронный ресурс]: Механизмы параллельной структуры в металлорежущих станках / Е.Б. Щелкунов, С.В. Виноградов. URL http://www.uzknastu.ru/files/pdf/2012-12-1/52-61.pdf - (Дата обращения: 14.11.2013).
