Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

Если робот не предназначен для операций по захвату объекта, то рычаг с грейфером может быть заменен на соответствующий инструмент для выполнения специальных технологических операций: сварки, сверления, монтажа, покраски краскопультом и т. д.

Задача привода промышленного робота — приводить в движение отдельные его звенья. Каждый промышленный робот оснащен несколькими независимыми друг от друга приводами, оси которых, как уже говорилось, могут перемещаться различными узлами вращательного и поступательного движения. Это позволяет ему учитывать такие параметры, как масса, проходимый путь, угол, скорость, время работы и т. д.

Вид привода зависит от сферы применения робота. Так, при большой массе обрабатываемого изделия необходим совершенно иной привод, чем, скажем, при работе с элементами для электронных схем. При выборе привода решающее значение имеет траектория движения — должны ли детали робота вращаться, или описывать кривые в пространстве, или перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Необходимо учитывать и особенно трудные условия внешнего воздействия, например загрязнения, агрессивные химические растворы или чрезвычайно высокие температуры.

Промышленные роботы работают от гидравлических, электрических и пневматических приводов, что позволяет решать различные задачи наиболее рационально и экономично. В зависимости от исполнения стоимость приводов составляет 5–20 % общей стоимости промышленного робота.

Свои усилия через механическую систему передач приводы передают на рычаг с грейфером.

Гидравлические приводы отличаются простотой регулировки, прочностью, а также высокой энергетической плотностью. Они могут быть установлены с большой точностью и при этом обеспечивать скорости до 1000 мм/с при работе с массами до 50 кг. Поэтому они пригодны для загрузочных роботов.

Электрические приводы, которые несколько дороже, отличаются относительно простым способом подведения энергии, они просто монтируются и регулируются. При их использовании легко достигается высокая степень точности. Поэтому их применяют в первую очередь при создании роботов, которые предназначены для решения специальных технологических задач.

Пневматические устройства имеют невысокую стоимость и маломощны, поэтому их применяют преимущественно при работе с малыми массами. Как правило, это — приведение в действие грейферов и небольших манипуляторов.

Иногда для увеличения эффективности приводы комбинируются, что позволяет добиваться лучших позиций обрабатываемых деталей и инструмента. Роботы могут применяться для стыковки швов при выполнении монтажных операций. На основе электропневматического привода были созданы сервоприводы, которые позволяют осуществлять электронное регулирование скорости и находить позицию для пневматических приводных элементов электромагнитных тормозов.

У промышленного робота конструкционные узлы должны при помощи приводов перемещаться целенаправленно и координирование. В промышленной робототехнике под термином «управление» понимают процесс, который обеспечивает перемещение соответствующих элементов робота по заданной программе и получение сигналов для координации действий периферийных приспособлений, например транспортирующих устройств или магазинов. Система управления может в свою очередь получать информацию от датчиков, от устройств, которые замеряют пройденное расстояние, или от периферийных устройств робота. Эта информация обрабатывается в соответствии с заданной программой через систему управления. При этом одна или несколько полученных величин являются для системы управления основой для воздействия на исходные величины.

Современная система управления промышленным роботом должна:

управлять, контролировать и координировать выполнение тех или иных действий в соответствии с заданной программой;

понимать, накапливать и перерабатывать информацию о внешних условиях и приспособлении процессов движения и действиях промышленного робота;

обеспечивать связь между промышленным роботом и вышестоящей системой управления, т. е. человеком — оператором и программистом;

соответствовать требованиям, вытекающим из условий эксплуатации, программирования и удобства обслуживания, надежности эксплуатации, распознавания ошибок и т. п.

Данным требованиям соответствует пока не каждая схема управления промышленным роботом. На практике же каждая система управления должна соответствовать всем пунктам этого перечня.

В основном для процессов управления в промышленных роботах используются электронные и пневматические схемы.

Пневматические системы управления хорошо зарекомендовали себя в большинстве промышленных роботов I поколения. Их преимущества по сравнению с электронными — относительно низкая стоимость одной функциональной единицы управления, хороший обзор для оператора, незначительная восприимчивость к помехам и малые затраты на устранение помех. Поэтому и в будущем они будут находить применение в простых конструкциях.

Электронные системы управления обладают рядом замечательных свойств, позволяющих использовать их в самых разнообразных конструкциях промышленных роботов: высокой надежностью и долговечностью, удобством в обслуживании, программировании и демонстрации рабочих показателей, эффективной техникой накопления данных, высокой частотой переработки информации — до нескольких сот мегагерц, передачей сигнала на большие расстояния с минимальным запаздыванием, а также высокой комплексностью функций управления.

Современные промышленные роботы оснащаются одной или несколькими микроЭВМ. Система управления на микроЭВМ имеет высокие временные и вычислительные показатели. МикроЭВМ анализируют информацию и перерабатывают ее в новые команды управления, передаваемые, например, на оси приводов. Они пользуются запоминающим устройством для компоновки программы робота, берут на себя организацию управления, привлекаются для выполнения других задач.

Системы управления промышленными роботами на микроЭВМ имеют иерархическую структуру исполнения (в соответствии с важностью их задачи), причем центральный координационный блок осуществляет управление по двум каналам — геометрическому (определяющему движение основных узлов робота и управляющему ими через сервоприводы отдельных осей) и технологическому (выполняющему технологические операции робота и его периферийных органов через узлы установки и включения).

Взаимодействие системы управления, основу которой образует микроЭВМ, с другими системами наглядно представлено на схеме. Через блоки программирования и обслуживания оказывается воздействие на систему управления и тем самым на промышленный робот. В шарнирном роботе микроЭВМ координирует взаимодействие между системой управления, измерения и механической системой. МикроЭВМ обрабатывает связанные с рабочим процессом или с периферийными задачами сигналы либо осуществляет подачу сигналов. Необходимые исходные программы, обеспечивающие функционирование промышленного робота, содержатся в блоке памяти. Различные рабочие программы, содержащие разнообразные движения, разрабатываются в соответствии с предусмотренным рабочим циклом и в зависимости от дифференцированных частных задач могут быть изменены или заменены на новые.

Принципиальное построение электронной системы управления роботом (по Шпуру и Зиннингу).

Иерархическое структурное построение системы управления промышленного робота. Для различных элементов построения характерны информационные обратные связи. Свое выражение они находят в способности управления реагировать на изменение ситуации. Обратная связь типа А (без обработки в системе управления) осуществляется через соответствующие механические элементы конструкции, например устройства для манипулирования. Уровень иерархии В (обратная связь на уровне сервоприводов) и С (геометрическое управление) характерны для роботов второго поколения. Они обеспечивают количественные коррективы траектории (тип С) в зависимости от сигналов датчиков и качественные изменения траектории, например при обходе препятствий (тип С). Обратная связь на уровне координационного управления (тип D) делает возможным самостоятельное планирование движений и действий на основе комплексного охвата технологического процесса (третье поколение) (по Хаферкорну и Шварцу).

Сервоусилители, составляющие упомянутую на схеме сервосистему, быстро и точно превращают слабые электрические сигналы управления в сильные механические движения по изменению положения и таким образом принимают участие в исполнении команд в рамках определенного контура управления. Сервопривод может перемещать робот или один из его элементов по управляющему сигналу. Сервомотор (установочный мотор) — это вспомогательное устройство, предназначенное для увеличения усилий по регулированию, управлению и торможению. В зависимости от вида применяемой энергии различают пневматические, гидравлические и электрические сервомоторы.