Detaljeret forklaring af strukturen af ​​industrirobotters driv- og kontrolsystem

I. Almindelige kinematiske konfigurationer

1. Cartesisk betjeningsarm

Fordele: let at realisere gennem computerstyring, let at opnå høj præcision. Ulemper: hæmmer arbejdet og dækker et stort område, lav bevægelseshastighed, tætning er ikke god.

①Svejsning, håndtering, lastning og losning, emballering, palletering, depalletering, testning, fejldetektion, sortering, samling, mærkning, sprøjtning, mærkning, (blød imitation) sprøjtning, målfølge, detonation og en række arbejde.

② Især velegnet til multi-arter, så spiller partiet af fleksible operationer, for stabilitet, forbedring af produktkvalitet, forbedre arbejdsproduktivitet, forbedre arbejdsforhold og hurtig produktudskiftning en meget vigtig rolle.

2. Hængslet betjeningsarm (leddet)

Ledene på leddelte robotter er alle roterende, ligesom den menneskelige arm, den mest almindelige struktur i industrirobotter. Dens arbejdsområde er mere komplekst.

① bildele, forme, metalpladedele, plastprodukter, sportsudstyr, glasprodukter, keramik, luftfart og anden hurtig detektion og produktudvikling.

② Karosserisamling, generel maskinmontering og anden produktionskvalitetskontrol, såsom tre-koordinater og fejldetektering.

③ Hurtig prototyping af antikviteter, kunst, skulptur, modellering af tegneseriefigurer, portrætprodukter osv.

④ On-måling og inspektion af hele bilen.

⑤ Måling af menneskelig kropsform, produktion af medicinsk udstyr såsom skelet, produktion af menneskelig kropsform og medicinsk plastikkirurgi.

3.SCARA betjeningsarm

SCARA-robotter er almindeligt anvendt i montageoperationer, det mest bemærkelsesværdige træk er, at deres bevægelse i x-y-planet har en stor fleksibilitet, mens den langs z--aksen har en stærk stivhed, så den har en selektiv fleksibilitet. Denne type robotter har fået gode anvendelsesmuligheder i montageoperationer.

①Meget brugt til samling af printkort og elektroniske komponenter.

② Flytning og opsamling og placering af genstande, såsom integrerede kredsløbskort osv.

③ Udbredt i plastindustrien, bilindustrien, elektronikindustrien, medicinalindustrien og fødevareindustrien.

④ Bevægelige dele og montagearbejde.

​

​4.Sfærisk koordinattype betjeningsarm

Karakteristika: Arbejdsområdet nær midterbeslaget er stort, de to roterende drev er lette at forsegle og dækker et stort arbejdsrum. Koordinaterne er dog komplekse, svære at kontrollere, og der er tætningsproblemer med det lineære drev.

​

5.Cylindrisk overfladekoordinattype Betjeningsarm

 

Fordele: og enkel beregning; lineær del kan være hydraulisk drevet, kan udsende en stor mængde strøm; i stand til at nå ind i hulrumsmaskinen. Ulemper: dens arm kan nå rummet er begrænset, kan ikke nå rummet nær søjlen eller nær jorden; den lineære drivdel er svær at forsegle, støvtæt; den bagerste arm arbejder, kan ikke nå pladsen nær søjlen eller nær jorden.

Den lineære drivdel er svær at forsegle og støvtæt; når den bagerste arm arbejder, vil den bageste ende af armen røre andre genstande i arbejdsområdet.

6. Overflødige institutioner

Normalt kræves der 6 frihedsgrader til rumlig positionering, og brug af yderligere led kan hjælpe mekanismen med at undgå ulige bitformer. Figuren nedenfor viser manipulatorarmens positionsform på 7-graders-frihed

​

7. Lukket-løkkestruktur

Lukket-løkkestruktur kan forbedre mekanismens stivhed, men det vil reducere rækkevidden af ​​ledbevægelser, og arbejdsområdet er noget reduceret.

① Bevægelsessimulator;

② Parallelle værktøjsmaskiner;

③ Mikromanipulationsrobot;

④ Kraftsensorer;

⑤ Cellemanipulationsrobotter i biomedicinsk teknik, celleinjektion og -deling kan realiseres;

⑥ Mikrokirurgiske robotter;

⑦ Holdningsjusteringsanordninger til store radioastronomiteleskoper;

⑧ hybridudstyr, såsom SMT's Tricept hybridmanipulatormodul, er et vellykket eksempel på modulært design baseret på parallelle mekanismenheder.

II. Robottens vigtigste tekniske parametre

Robottens tekniske parametre afspejler det arbejde, robotten kan udføre, med den højeste operationelle ydeevne og så videre, hvor robottens design og anvendelse skal overvejes. De vigtigste tekniske parametre for robotten er frihedsgrad, opløsning, arbejdsområde, arbejdshastighed, arbejdsbelastning og så videre.

1. Frihedsgrad

Robot har antallet af uafhængige koordinataksebevægelser. Robottens frihedsgrad er antallet af uafhængige bevægelsesparametre, der kræves for at bestemme robottens position og holdning i rummet. Åbning og lukning af fingre og frihedsgrader for fingerled er generelt ikke inkluderet.... Antallet af frihedsgrader for en robot er generelt lig med antallet af led. Antallet af frihedsgrader, der almindeligvis anvendes i robotter, er generelt ikke mere end 5 til 6.

2. Led (led)

Det vil sige bevægelsesskruestik, der tillader robotarmen dele af den relative bevægelse mellem institutionerne.
 

3. Arbejdsrum

Alle områder med plads, der er tilgængelige for robotarmen eller håndmonteringspunkter. Dens form afhænger af robottens antal frihedsgrader og typen og konfigurationen af ​​hvert bevægelsesled. Robottens arbejdsområde er normalt repræsenteret af både grafiske og analytiske metoder.

4. Arbejdshastighed

Robot i arbejdsbelastningsforholdene, ensartet hastighedsbevægelsesproces, midten af ​​den mekaniske grænseflade eller midten af ​​værktøjet i tidsenheden for den bevægede afstand eller rotationsvinklen.

5. Arbejdsbelastning

Henviser til robotten i enhver position inden for arbejdsområdet for den maksimale belastning, der kan modstå, generelt udtrykt i form af masse, moment, inertimoment. Også og kørehastighed og accelerationsstørrelse og retning kan de generelle bestemmelser for høj-hastighedsdrift forstå vægten af ​​emnet som en bæreevneindikator.

6. Opløsning

Kan realisere den mindste bevægelsesafstand eller den mindste rotationsvinkel.

7. Præcision

Gentagelighed eller gentagen positioneringsnøjagtighed: refererer til graden af ​​forskel mellem robotten gentagne gange når en bestemt målposition. Eller i samme positionsinstruktioner fortsætter robotten med at gentage spredningen af ​​sin position et antal gange. Det er et mål for tætheden af ​​en kolonne med fejlværdier, det vil sige graden af ​​repeterbarhed.

III. Robot almindeligt anvendte materialer

(1) carbon strukturelt stål og legeret strukturelt stål Disse materialer har god styrke, især legeret strukturelt stål, dets styrke øget med 4 til 5 gange, elasticitetsmodulet E er stort, stærk modstandsdygtighed over for deformation, er de mest udbredte materialer.

(2) aluminium, aluminiumslegeringer og andre letlegeringsmaterialer. Det fælles kendetegn ved disse materialer er letvægt, elasticitetsmodul E er ikke stort, men materialets tæthed er lille, så forholdet mellem E / ρ kan stadig sammenlignes med stål. Nogle sjældne aluminiumslegeringer har været mere signifikante forbedringer i kvalitet, såsom tilføjelse af 3,2% (vægtprocent) af lithium aluminiumlegering, elasticitetsmodulet steg med 14%, E / ρ-forhold steg med 16%.

3) Fiber-forstærkede legeringer Disse legeringer, såsom borfiber-forstærkede aluminiumslegeringer og grafitfiber-forstærkede magnesiumlegeringer, har E/ρ-forhold på henholdsvis 11,4 × 107 og 8,9 × 107. disse fiber-forstærkede metalmaterialer har meget høje E/ρ-forhold, men de er dyre.

(4) Keramik Keramiske materialer har gode kvaliteter, men skrøbelige, ikke lette at bearbejde, Japan har forsøgt at producere en keramisk robotarmprøver, der bruges i små høj-præcisionsrobotter.

(5) Fiber-forstærkede kompositter Disse materialer har fremragende E/ρ-forhold og har også den meget fremtrædende fordel ved stor dæmpning. Konventionelle metalliske materialer kan ikke have så stor dæmpning, så der er flere og flere eksempler på, at kompositmaterialer bliver brugt i højhastighedsrobotter.

6) Viskoelastiske store dæmpningsmaterialer Forøgelse af dæmpningen af ​​robotforbindelseselementer er en effektiv måde at forbedre robotternes dynamiske egenskaber på. Der er mange måder at øge dæmpningen af ​​konstruktionsmaterialer på, en af ​​de mest velegnede til robotter er at bruge viskoelastiske store dæmpningsmaterialer til det oprindelige element i begrænsningslagets dæmpningsbehandling.
 

IV. Hovedrobotstruktur
 

(i) Robotdrev

Koncept: for at få robotten til at løbe op, behovet for hvert led, der er hver grad af bevægelsesfrihed til at placere transmissionsanordningen Rolle: at give alle dele af robotten, leddene af virkningen af ​​drivkraften.

Drivsystem: kan være hydraulisk drev, pneumatisk drev, elektrisk drev eller en kombination af dem anvendt på det integrerede system; kan drives direkte eller indirekte gennem synkronrem, kæde, hjulsystem, harmoniske gear og andre mekaniske transmissionsinstitutioner.

1.Elektrisk drev

Elektrisk drivenhed energi er enkel, hastighedsændringsområde, høj effektivitet, hastighed og positionsnøjagtighed er meget høj. Men de er mere forbundet med decelerationsenheden, direkte kørsel er vanskeligere.

Elektrisk drev kan opdeles i jævnstrøm (DC), vekselstrøm (AC) servomotordrev og stepmotordrev. DC servomotorbørster er tilbøjelige til at blive slidt og er tilbøjelige til gnistdannelse. Børsteløse DC-motorer bliver også brugt mere og mere udbredt. Trinmotordrev er for det meste åben-sløjfekontrol, enkel styring, men ikke meget strøm, bruges mest til lav-præcisions-robotsystem med lille kraft.

Følgende kontroller skal udføres, før den elektriske strøm sættes i drift:

(1) om strømforsyningsspændingen er passende (overspænding vil sandsynligvis forårsage skade på drevmodulet); for DC-indgang + / - må polariteten ikke være tilsluttet forkert, drev motortypen på regulatoren eller den aktuelle indstillingsværdi er passende (ikke for stor i begyndelsen);

(2) styresignalledninger tilsluttet sikkert, industristedet er bedst at overveje afskærmning (såsom brug af snoet-parkabel);

(3) Start ikke behovet for at forbinde alle ledninger, kun forbundet til det mest basale system, kører godt, og derefter gradvist forbundet.

4) Sørg for at finde ud af jordingsmetoden, eller brug flydende luft uden tilslutning.

(5) begynde at køre en halv time for nøje at observere status for motoren, såsom om bevægelsen er normal, lyden og temperaturstigningen, konstaterede, at problemet straks lukkes ned for at justere.

2. Hydraulisk drev

Gennem den høje-præcisionscylinder og stempel for at fuldføre, gennem cylinderen og stempelstangens relative bevægelse for at opnå lineær bevægelse.

Fordele: høj effekt, kan eliminere decelerationsanordningen direkte forbundet til den drevne stang, kompakt struktur, god stivhed, hurtig respons, servodrev med høj præcision.

Ulemper: Behovet for yderligere hydraulisk kilde, let at producere væskelækage, er ikke egnet til lejligheder med høje og lave temperaturer, så det hydrauliske drev bruges i øjeblikket til robotsystem med ekstra-effekt.

Vælg den passende hydraulikvæske. Undgå at faste urenheder blandes ind i det hydrauliske system, forhindre luft og vand i at trænge ind i det hydrauliske system. Mekanisk drift skal være blød og glat mekanisk drift bør undgå ru, ellers vil det uundgåeligt producere stødbelastninger, så hyppige mekaniske fejl, i høj grad forkorte levetiden. At være opmærksom på kavitation og overløbsstøj. Betjening skal altid være opmærksom på lyden af ​​den hydrauliske pumpe og aflastningsventilen, hvis den hydrauliske pumpe "kavitation" støj, efter udstødning ikke kan elimineres, skal identificeres for at eliminere årsagen til fejlen før brug. Oprethold den passende olietemperatur. Driftstemperaturen for det hydrauliske system er generelt styret mellem 30 ~ 80 grader er passende.

3. Pneumatisk drev

Pneumatisk drev enkel struktur, ren, følsom handling, med en buffereffekt. . Men sammenlignet med det hydrauliske drev er kraften mindre, dårlig stivhed, støj, hastighed er ikke let at kontrollere, så den bruges mest til punktstyringsrobotter med lav præcision.

(1) har en hurtig hastighed, enkel systemstruktur, nem vedligeholdelse, lav pris og så videre. Velegnet til brug i mellemstore og små belastningsrobotter. Men fordi det er vanskeligt at realisere servostyring, bruges det mest i program-kontrollerede robotter, såsom i indlæsnings-, aflæsnings- og stemplingsrobotter, der oftere bruges.

(2) I de fleste tilfælde bruges det til realisering af to-positions- eller begrænset punktstyring af mellemstore og små robotter.

(3) Kontrolenheden er i øjeblikket det meste af valget af programmerbar logisk controller (PLC controller). Pneumatiske logiske komponenter kan bruges til at danne en kontrolanordning i brandfarlige og eksplosive situationer.

(ii) Lineær transmissionsmekanisme.

Transmissionsenhed er en vigtig del af forbindelsen mellem strømkilden og bevægelsesforbindelsen, i henhold til formen af ​​leddene er de almindeligt anvendte former for transmissionsmekanisme lineær transmission og roterende transmissionsmekanisme.

Lineær transmission kan bruges til X-, Y-, Z-retningsdrev af retvinklet- koordinatrobot, radialdrev og vertikalløftdrev af cylindrisk koordinatstruktur og radial teleskopisk drev af kuglekoordinatstruktur.

Lineær bevægelse kan konverteres fra roterende bevægelse til lineær bevægelse ved hjælp af transmissionselementer såsom tandstang og tandhjul, skrue og møtrik osv., eller der kan være lineært drivmotordrev, eller det kan genereres direkte af cylinderens eller hydrauliske cylinders stempel.

2. Kugleskruer

Kugler er indlejret i skruens og møtrikkens spiralrille, og styrerillen i møtrikken gør det muligt for kuglerne at cirkulere kontinuerligt.

Fordele: lav friktion, høj transmissionseffektivitet, ingen kravling, høj præcision.

Ulemper: høje produktionsomkostninger, kompleks struktur.

Selv-låsende problem: teoretisk set kan skruestikket med kugleskruen også være selv-låsende, men den faktiske anvendelse af denne selv-låsning bruges ikke, hovedårsagen er: dårlig pålidelighed, eller behandlingsomkostningerne er meget høje; fordi diameteren af ​​guiden med et meget stort forhold generelt føjes til et sæt snekkegear og andre selv-låsende enheder.

(iii). Roterende drivmekanisme

Formålet med den roterende drivmekanisme er at konvertere den højere hastighedsydelse fra motorens drivkilde til en lavere hastighed og opnå et større drejningsmoment. Den mere udbredte roterende drivmekanisme i robotter er gearkæder, tandremme og harmoniske gear.

1. Gearkæde

(1) Hastighedsforhold

(2) Momentforhold

2. Synkronbælte

Synkronrem er en rem med mange type tænder, som går i indgreb med den synkrone remskive med samme type tænder. Det svarer til et fleksibelt gear, når du arbejder.

Fordele: ingen glidning, god fleksibilitet, billig, høj gentagen positioneringsnøjagtighed.

Ulemper: en vis grad af elastisk deformation.

3. Harmonisk gear

Harmonisk gear er sammensat af tre hoveddele: stift gear, harmonisk generator og fleksibelt gear, generelt stift gear er fast, og harmonisk generator driver fleksibelt gear til at rotere. Hovedtræk:

(1), transmissionsforholdet er stort, enkelt-trin for 50-300.

(2), glat transmission, høj belastningskapacitet.

(3), høj transmissionseffektivitet, op til 70% -90%.

(4), høj transmissionsnøjagtighed, 3-4 gange højere end almindelig geartransmission.

(5), afkastforskellen er lille, kan være mindre end 3'.

(6), kan ikke få den mellemliggende udgang, flexhjulsstivheden er lav.

Harmonisk drev er blevet meget brugt i lande med mere avanceret robotteknologi. Alene i Japan er 60 % af robotdrevenheden brugt harmonisk drev.

USA sendte til månen på robotten, dens forskellige leddele bruges i harmonisk drev, en af ​​overarmen med 30 harmoniske drivmekanisme.

Sovjetunionen sendte til månen mobile robot "månelander", dens par af otte hjul er monteret med lukket harmonisk drivmekanisme er individuelt drevet.

(iv). Robot sensing system

1. Sensorsystemet består af et internt sensormodul og et eksternt sensormodul, som bruges til at opnå meningsfuld information om tilstanden af ​​det interne og eksterne miljø.

2. Brugen af ​​smarte sensorer forbedrer robottens mobilitet, tilpasningsevne og intelligensniveau.

3. Brugen af ​​smarte sensorer forbedrer robottens mobilitet, tilpasningsevne og intelligens.

4. For nogle specielle oplysninger er sensorer mere effektive end menneskelige sansesystemer.

(v). Robotpositionsdetektering

Roterende optisk encoder er den mest almindeligt anvendte positionsfeedback-enhed. Den optiske detektor konverterer lysimpulser til binære bølgeformer. Akslens omdrejningsvinkel opnås ved at tælle antallet af impulser, og rotationsretningen bestemmes af den relative fase af de to firkantbølgesignaler.

Den induktive synkronisator udsender to analoge signaler - et sinussignal og et cosinussignal for akselvinklen. Akselvinklen beregnes ud fra de relative amplituder af disse to signaler. En induktiv synkronisator er generelt mere pålidelig end en encoder, men den har en lavere opløsning.

Et potentiometer er den mest direkte form for positionsdetektering. Den er forbundet i en bro og er i stand til at generere et spændingssignal proportionalt med akselvinklen. Men på grund af lav opløsning, dårlig linearitet og følsomhed over for støj.

En omdrejningstæller er i stand til at udsende et analogt signal proportionalt med akslens rotationshastighed. Hvis en sådan hastighedssensor ikke er tilgængelig, kan et hastighedsfeedback-signal opnås ved at differentiere den detekterede position med hensyn til tid.

(vi). Machine Manpower Detection

Kraftsensoren er normalt monteret i følgende tre positioner på betjeningsarmen:

1. Monteret på samleaktuatoren. Den kan måle drejningsmomentet eller kraftudgangen fra selve aktuatoren/reduceren. Den kan dog ikke rigtigt registrere kontaktkraften mellem ende-effektoren og miljøet.

2. Monteret mellem ende-effektoren og terminalleddet på operationsarmen, kan det kaldes en håndledskraftsensor. Typisk kan tre til seks kraft-/drejningsmomentkomponenter, der påføres ende-effektoren, måles.

3. Monteret på "fingerspidserne" af ende-effektoren. Typisk har disse fingre med kraftsensorer indbyggede- strain gauges, der kan måle en til fire komponenter af kraft, der påføres fingerspidserne.

(vii). Robot-miljøinteraktionssystem

1. Robot-miljøinteraktionssystem er et system, der realiserer sammenkoblingen og koordineringen mellem en industrirobot og udstyr i det eksterne miljø.

2. Industrielle robotter og eksternt udstyr er integreret i en funktionel enhed, såsom forarbejdnings- og fremstillingsenhed, svejseenhed, samleenhed osv.. Kan også være flere robotter, flere værktøjsmaskiner eller udstyr, flere dele lagringsenheder og andet integreret .

3. Kan også være flere robotter, flere værktøjsmaskiner eller udstyr, lagerenheder til flere dele osv. integreret i en funktionel enhed til at udføre komplekse opgaver.

(viii) Menneskeligt-computerinteraktionssystem

Menneskeligt-robotinteraktionssystem skal gøre det muligt for operatøren at deltage i robotstyringen og kontakten med robotenheden. Systemet er kategoriseret i to hovedgrupper: kommando-enheder og informationsvisningsenheder.

V. Robotstyringssystem

1. Robotkontrolsystem

Formålet med "kontrol" er at få det kontrollerede objekt til at opføre sig på en måde ønsket af controlleren. . Den grundlæggende betingelse for "kontrol" er at forstå det kontrollerede objekts egenskaber. Essensen er styringen af ​​driverens udgangsmoment.

Detaljeret forklaring af strukturen af ​​industrirobottens driv- og styresystem

2, robot undervisning princip

Strukturen af ​​industrirobotters driv- og kontrolsystem

Robottens grundlæggende arbejdsprincip er reproduktion af undervisning; undervisning, også kendt som vejledning, det vil sige, at brugeren guider robotten, trin for trin, i henhold til den faktiske opgave for operationen én gang, robotten i færd med at guide husker automatisk undervisningen i hver handlings position, holdning, bevægelsesparametre / procesparametre osv., og genererer automatisk en kontinuerlig udførelse af alle programmets operationer. Efter at have afsluttet undervisningen skal du bare give robotten en startkommando, robotten vil nøjagtigt følge undervisningshandlingen trin for trin for at fuldføre alle operationerne;

3, klassificeringen af ​​robotstyring:

(1) i henhold til tilstedeværelsen eller fraværet af feedback er opdelt i: åben-sløjfekontrol, lukket-sløjfekontrol;

Betingelserne for åben-sløjfe præcis kontrol: Kend præcist modellen af ​​det kontrollerede objekt, og denne model forbliver uændret i kontrolprocessen.

(2) Ifølge den ønskede mængde kontrol er opdelt i: positionskontrol, kraftkontrol, hybrid kontrol;

Positionskontrol er opdelt i: enkeltledspositionskontrol (positionsfeedback, positionshastighedsfeedback, positionshastighedsaccelerationsfeedback), multi-joint position control, multi-ledspositionskontrol er opdelt i dekomponering af bevægelseskontrol, centraliseret kontrol; kraftkontrol er opdelt i: direkte kraftkontrol, impedanskontrol, kraft-position hybrid kontrol ;

(3) intelligente kontrolmetoder: fuzzy kontrol, adaptiv kontrol, optimal kontrol, neural netværkskontrol, fuzzy neural netværkskontrol, ekspertkontrol og andre;

4, kontrolsystems hardwarekonfiguration og struktur:

Da robotstyringsprocessen involverer et stort antal koordinattransformationer og interpolationsoperationer og lavere-realtidsstyring på-niveau, er det nuværende robotkontrolsystem i strukturen af ​​det meste af den hierarkiske struktur af mikro-computerstyringssystemet, som normalt bruger et to-computerservokontrolsystem.

Detaljeret forklaring af strukturen af ​​industrirobottens driv- og styresystem

1) Specifik proces:

Efter at hovedkontrolcomputeren har modtaget betjeningsinstruktionerne, som er indtastet af personalet, analyserer og fortolker den først instruktionerne for at bestemme håndens bevægelsesparametre.

Derefter udfører den kinematik, dynamik og interpolationsoperationer og udleder til sidst de koordinerede bevægelsesparametre for hvert led i robotten. Disse parametre udsendes til servostyringstrinnet via en kommunikationslinje som et givet signal for hvert leds servostyringssystem. Ledaktuatoren D/A konverterer dette signal og driver hvert led til at producere koordineret bevægelse. Sensorer sender hvert leds bevægelsesudgangssignal tilbage til servokontroltrinets computer for at danne en lokal lukket-sløjfekontrol, så robottens håndbevægelse i rummet mere præcist kan styres.

(2) PLC-baseret bevægelseskontrol To kontrolmetoder:

1, brugen af ​​visse udgangsporte på PLC'en til at bruge pulsudgangsinstruktioner til at generere impulser til at drive motoren, mens der bruges generel -I/O eller tællekomponenter for at opnå lukket-sløjfepositionskontrol af motoren.

2, brugen af ​​PLC ekstern udvidelse af positionskontrolmodulet til at realisere den lukkede-sløjfe positionskontrol af motoren er hovedsagelig at sende høj-pulsstyring, hører til positionskontroltilstanden, den generelle punkt-til-punktpositionskontroltilstand er mere.