4.1. Изучить устройство и принцип действия фотоэлектрических преобразователей считывания.
4.2. Ознакомиться со способами программирования робота ТУР-10.
Изучить расположение преобразователей ППК-15 в механизме робота.
Исследовать работу датчика перемещения и точность позиционирования при выполнении роботом команды поворота в различных режимах.
5.3. Определить диапазон изменения выходного сигнала датчика при полном повороте платформы.
5.4. Провести статистическую обработку результатов и определить влияние скорости перемещения и заданной степени точности на показания датчика и точность позиционирования.
5.5. Используя методы теории информации, оценить полученные результаты.
5.6. Объяснить характер движения робота в различных режимах.
К п. 5.1, Конструктивное расположение датчиков изучается па тексту методических указаний и осмотром манипулятора.
К п. 5.2. Перед проведением исследований необходимо подробно изучить указания, изложенные в разд. 3.3, 3.4, 3.5.
Выходной код датчика снимается с панели индикации, а погрешность позиционирования определяется по отклонению охвата от исходного положения. В простейшем случае в качестве измерители перемещений может быть использована обычная измерительная линейка.
Исследования следует провести для трех степеней точности при минимальной, максимальной и промежуточной скоростях перемещения робота.
Для каждого режима необходимо выполнить 8-10 опытов, изменяя угол и направление отклонения руки робота от исходного положения.
К п.5.3. В режиме ручного управления переместить робот в крайние левое и правое положения и записать значения выходного сигнала датчика. По углу поворота робота и показаниям датчика определить погрешность квантования.
К п.5.4. На основании полученных результатов определить математическое ожидание и разброс параметров (дисперсию) измеряемых величин. Оценить закон распределения вероятностей измеряемых величин.
К п.5.5. Рассчитать исходную энтропию датчика положения.
Оценить энтропию результата измерения в точке позиционирования и количество информации, полученной в результате измерения.
Какие преобразователи угла в код Вы знаете, назовите их достоинства и недостатки?
Поясните принцип действия фотоэлектрических преобразователей перемещения.
7.3. Назовите основные виды погрешностей, возникающих в ФПУ.
7.4. Объясните устройство и принцип действия преобразователей считывания.
Какие достоинства и недостатки имеет код Грея по сравнению с обычным кодом?
Поясните принцип действия преобразователя ШЖ-15.
Каким образом осуществляется согласование отсчетов в преобразователе?
Какую функцию выполняют преобразователи ППК-15 в промышленном роботе ТУР-10?
7.9. Поясните расположение преобразователей на манипуляторе.
7.10. Укажите причины возникновения погрешности позиционирования рабочего органа робота.
7.11. Как зависит точность позиционирования от заданного режима робота?
7.12. От чего зависит время выполнения заданного перемещения?
7.13.Как оценить динамическую погрешность датчика?
Лабораторная работа №5
ИССЛЕДОВАНИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ С ОЧУВСТВЛЕННЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
1.1. Оценить изменение возможностей робототехнической системы при придании роботу адаптивных свойств.
1.2. Изучить устройство индикаторных датчиков очувствления и исполнительных механизмов технологического оборудования робототехнической системы штамповки.
1.3. Закрепить навыки программирования СУ робота с опросом датчиков очувствления.
Из курса «Основы мехатроники и робототехники» студентам известно деление роботов и робототехнических систем на три поколения, которые дополняют друг друга. Адаптивные роботы относятся ко второму поколению.
Реализация принципа адаптивности в робототехнических системах придает им множество достоинств. При управлении сложными объектами - гибкими производственными модулями, линиями или участками, состоящими из многих единиц оборудования, резко возрастает количество внешних и внутренних факторов, оказывающих воздействие на работу объектов управления. Среди них могут быть ошибки позиционирования заготовок и даже их отсутствие, износ обрабатывающего инструмента, раскачивание деталей на конвейере в момент их захвата роботом, выход из строя одного из компонентов робототехнической системы (PC) и другие подобные факторы, требующие адаптации управляющей системы, те ее самонастройки, приспособления к реальным условиям эксплуатации, перехода на другую технологическую программу. Как известно, только интеллектные PC обладают возможностью принимать решения и планировать свои действия в распознаваемой ими неопределенной или меняющейся обстановке, чтобы суметь выполнить заложенное в память задание. Адаптивные же роботы и PC способны распознавать лишь строго фиксированные (заранее определенные оператором количественно и содержательно) вариации окружающей среды и реагировать только на такие предопределенные ситуации.
В случае изменения параметров окружающей среды, не предусмотренных заранее, адаптивный робот оказывается беспомощным в отличие от интеллектного. Возможны следующие варианты адаптации: алгоритмическая, параметрическая и структурная. В первом случае предусматривается переход при изменении условий функционирования робота на другой алгоритм управления. Во втором - изменение параметров подсистем робота (усиления, скорости и т.п.). В третьем - изменение структуры подсистем робота (например, включение дополнительных динамических звеньев в систему управления, смена инструмента). Адаптация роботов возможна при использовании различных информационных устройств для определения параметров окружающей робот среды, в том числе объекта манипулирования. Возможны три принципиальных варианта размещения датчиков адаптации: непосредственно на роботе, на технологическом оборудовании и автономно (применяется редко и в основном в сложных системах). Расположение датчиков на технологическом оборудовании имеет ряд преимуществ. Исполнительный механизм робота становится проще, облегчается кинематическая связь звеньев. Разместить датчики на технологическом оборудовании, как правило, легче, больше возможностей выбора различных вариантов конструкционных решений.
Однако размещение средств адаптации на технологическом оборудовании «привязывает» робот к этому оборудованию, частая замена которого становится неэффективной. Помещение такого робота в новую технологическую среду лишает его средств очувствления. Поэтому при выборе места размещения информационных устройств следует подробно анализировать все возможные условия эксплуатации робота.
Простейшим средством адаптации является контроль над наличием заготовок и деталей, с которыми должен работать робот. Такое очувствление реализуется на базе простейших индикаторных датчиков положения и обеспечивает алгоритмическую адаптацию PC, если подготовлены программы действий робота при отсутствии (при окончании) заготовок: запроса новой порции, переноса готовых деталей на транспортную (загрузочно-разгрузочную) позицию и т. п. В данной работе используется учебно-имитационная PC листовой штамповки, очувствленная индикаторными датчиками, расположенными на технологическом оборудовании - столиках для заготовок и готовых деталей.
3.1. Состав и возможности установки
В состав лабораторной установки входят: промышленный робот (ПР) РФ-202М с устройством управления СУ-202М, два столика для приема заготовок и готовой продукции, снабженные датчиками, имитатор пресса с электрическим приводом. Столик приема готовой продукции снабжен микролифтом. Промышленный робот РФ-202М, электропневматический цикловой, предназначен для автоматизации процессов загрузки-разгрузки технологического оборудования (ТО), а также для автоматизации простейших сборочных операций. Для адаптации в технологической среде можно использовать каналы связи с ТО или каналы запроса номера программы (см. ниже). Программирование производится методом набора программ, максимальное число которых - 9 при общей емкости ЗУ 266 кадров
СУ робота обеспечивает запись и перезапись любой из программ методом покадрового набора на пульте в режиме обучения; пуск и отработку программы; переход на отработку других программ, номер которых задается с пульта или по сигналам с ТО; блокировку перемещений манипулятора по сигналам от ТО. Технологические программы работы ПР заносят в ЗУ в режиме обучения по шагам (кадрам) путем набора информации каждого из них на пульте правления. В кадре задаются команды на перемещения каждого звена манипулятора технологические команды ТК на управление технологической средой, величины выдержки времени в точках позиционирования. Любая из записанных в ЗУ программ может быть многократно отработана.
Информационная система ПР состоит из датчиков внутренней информации и системы управления, обрабатывающей поступающие сигналы Датчиками являются пары герконов, расположенных непосредственно на степенях подвижности робота. В роботе, входящем в состав лабораторной установки, установлено 8 герконов. Так, внутри каждого модуля горизонтального перемещения находятся герконовые датчики, срабатывающие при максимально выдвинутом и максимально вдвинутом положениях руки манипулятора. Два геркона контролируют крайние положения колонны («опущена - поднята»), два - поворот модулей горизонтального перемещения. Остальные координаты (ориентирующие) датчиками не контролируются
Система управления в процессе работы робота обеспечивает подачу управляющих сигналов на отработку изменения координат степеней подвижности ПР. анализирует состояние датчиков внутренней информации и сигналы с ТО, xapактеризующие взаимодействие ПР с технической средой, ведет отсчет временных задержек. Для связи системы управления с ПР и ТО используются разъемы, расположенные на правой боковой панели СУ. Верхний ряд разъемов предназначен, для управления манипулятором, нижний - для связи с ТО. При этом по каждому кабелю подается питание на датчики внутренней информации манипулятора и датчики внешней информации, расположенные на ТО, управляющие сигналы к оборудованию и снимаются сигналы, подтверждающие выполнение той или иной операции ПР.
Для более полного представления о СУ необходимо рассмотреть структуру команды. Программирование осуществляется на микропрограммном уровне, таким образом, каждый кадр является микрокомандой. Кадр программы состоит из 25 разрядов. При работе СУ происходит анализ содержимого микрокоманды, при этом каждый БИТ в диапазоне 0 ... 10 разрядов определяет ЗАДАННОЕ СОСТОЯНИЕ определенной степени подвижности (11 пар состояний). В соответствии с значением разряда выдается команда на один из двух пневмоклапанов (например, «поворот влево», если в первом разряде лог. 1, и «поворот вправо», если в нем лог. 0). Затем опрашиваются датчики положения (где они есть). При совпадении заданного и фактического положения задание считается отработанным (например, поворот вправо отработан, если сработал датчик крайнего правого положения).
Таким образом, фактически выполняются только те действия, для которых заданное положение не соответствует исходному фактическому. В позициях 11... 17 каждого кадра задаются команды на технологическое оборудование (7 команд). Их отработка контролируется так же, как и положение степеней подвижности манипулятора. В том же кадре (позиции 18 ... 21) содержится и информация временной задержки перед переходом к вводу следующего кедра. В позиции 22 лог. 1 помещается, если это начальный кадр программы (адресный кадр). На позициях 18 ... 21 в этом случае записывается номер программы, поэтому в первом кадре выдержку времени задавать нельзя. В позиции 23 лог. 1 помещается, если данный кадр является последним в программе. Последний разряд 24 несет служебную информацию («ячейка занята»).
Таким образом, основой алгоритма отработки команд является выдача управляющих воздействий, соответствующих состояниям разрядов 0 ... 17 управляющего слова (кадра) и ожидание получения сигналов о переходе соответствующей степени подвижности или технологического оборудования в заданное положение и окончания заданных интервалов времени. В результате возможна одновременная отработка заданий по нескольким (в пределе по всем) координатам и по всем технологическим командам, которые соответствуют структуре имитационной модели робототехнической системы, функционирующей согласно заложенному алгоритму работы.
Переход к следующему кадру программы не производится до тех пор. пока не будут получены все подтверждающие сигналы. В случае, когда подтверждения выполнения действия не требуется (или технически невозможна его реализация, например, при команде «сжать схват» для вакуумного схвата) и поэтому соответствующий датчик не используется или отсутствует, в разъеме устанавливают перемычки, непосредственно соединяющие контакты управления оборудованием с контактами опроса датчиков. Таким образом, сигнал команды становится одновременно и сигналом ее выполнения
Если в кадре все ответные сигналы считываются с перемычек, необходимо задавать временную задержку, достаточную для отработки заданий. Если состояние какого-либо технологического оборудования нужно только контролировать (без управляющих воздействий), то это можно реализовать, подключив к одному из каналов технологических команд только его датчики и записывая в соответствующие кадры эту команду Переход к следующему кадру программы произойдет лишь тогда, когда будет получен сигнал о переходе оборудования в заданное состояние (например, об освобождении приемной позиции, о подаче паллеты и т. п.).
После полной отработки одной из программ СУ опрашивает входы выбора команд и переходит на отработку той программы, номер которой задан единицей на соответствующем контакте разъема «запрос программы». Одновременный запрос нескольких программ недопустим (система приоритетов отсутствует) Если запросов нет, выполняется программа, номер которой установлен на пульте управления. Таким образом, состояние технологического оборудования может воздействовать на функционирование робота не только по каналам ТК, но и путем вызова той или иной программы
Как указан выше, в состав лабораторной установки входят два очувствленных столика для приема заготовок и готовой продукции. Столик для приема заготовок снабжен торцевым генераторным датчиком. По сигналу от этого датчика при отсутствии заготовок на столике осуществляется запрос программы №2. Столик приема готовой продукции снабжен датчиком давления, срабатывающем при опускании на него включенной присоски робота без детали. Сигнал этого датчика вызывает запрос программы №1.11
3.2. Органы управления ПР
Основная часть органов управления ПР расположена на внутренней панели откидывающейся крышки устройства управления. В нижней части корпуса (на передней вертикальной панели) находятся кнопки ВЫКЛ и ВКЛ, также кнопки ПУСК и СТОП. На правой вертикальной панели расположены разъемы: верхний ряд для управления модулями манипулятора и контроля (подключения датчиков), нижний ряд - для связи СУ с технологической средой.
Перед началом работы следует убедиться, что все органы управления отжаты, переключатель «номер программы» в положении 0. Включить питание кнопкой ВКЛ, проверить наличие питания ЗУ по свечению светодиода нажав кнопку «контроль батареи» Включить индикацию состояния. При необходимости очистить ЗУ от всех ранее записанных программ - нажать и отпустить кнопку # при нажатой кнопке стирания. Привести ПР в режим ручного управления. Проверить индикацию Таймера времени при обоих множителях (0.5 с, 1 с).
Проверить работоспособность модулей ПР и цепей формирования передачи ТК переключателями на панели СУ При необходимости управлять ТО следует учитывать коммутацию сигналов ТК (клавиши «команда») ТК1 - включение двигателя пресса, ТК2 - подъем пресса. ТКЗ - прессование, ТК4 - отключение двигателя пресса и подъем приемного столика (шаг микролифта), ТК5 - сигнал от другого оборудования автоматической линии (взаимозапуск при отсутствии сигнала «блокировка»), ТК6, ТК7 - не задействованы. Все ответные сигналы ТК заведены через перемычки, поэтому рекомендуется вводить в соответствующие кадры выдержки времени: для ТК 2 - 4 с, для остальных -1 с.
3.3. Программирование
Установите номер программы соответствующим переключателем Установите модуль ПР в исходное положение, наберите при необходимости технологическую информацию клавишами «команда». Набранную информацию (первый кадр) занесите в ЗУ.
При записи всех последующих кадров на панели управления набирают команду следующего положения манипулятора или технологические команды, устанавливают выдержку времени по таймеру, т.е. перезаписывают кадр программы в ЗУ. При записи последнего шага необходимо проследить, чтобы геометрическая, технологическая и вспомогательная информация соответствовала информации первого кадра. Занесение в ЗУ последнего кадра выполняют нажатием # при нажатой кнопке конца цикла. Перед записью в ЗУ следующей программы необходимо повторить ранее изложенные действия. Для исправления предыдущих кадров можно воспользоваться кнопкой «исправление». Однако выполнение исправлений сложно, т. к. необходимо знать номер кадра с ошибкой и контролировать смену кадра по индикаторам, расположенным под съемной крышкой блока управления.
3.4. Воспроизведение программ
Установите нужную программу, включите режим автоматического управления воспроизведения программ. При наличии ошибок в программе или переполнении ЗУ загорается индикация «Переполнение ЗУ». В этом случае необходимо очистить ЗУ и начать набор программы заново.
Включите воспроизведение программы кнопкой ПУСК. Для остановки программы следует нажать кнопку СТОП. Для повторного запуска программы снова нажать кнопку ПУСК.