PR ETI W 3.1-3.3, PG ETI AiR i eletele, Sem4, Podstawy Robotyki, pr-wyklady-

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PODSTAWY ROBOTYKI
JW 3.1-3.3
1
Budowa robotów przemysłowych
1. Podstawowe zespoły i układy robotów przemysłowych
Obecnie produkowane typy przemysłowych robotów nie są zbudowane wg jednego
schematu konstrukcyjnego. W zależności od zastosowań robotów, zakresu parametrów
technicznych oraz w dużej mierze od specyfiki poszczególnych wytwórców istnieje duża
różnorodność schematów kinematycznych i stosowanych elementów konstrukcyjnych. Będą
one omówione w dalszej części wykładu.
Spośród kilkuset obecnie produkowanych typów robotów przemysłowych można
jednakże wyodrębnić grupy typowych rozwiązań, charakteryzujących się podobnymi cechami
konstrukcyjnymi oraz zbliżonymi parametrami technicznymi. Przyczyn jest kilka, główną jest
niewątpliwie szybko postępująca specjalizacja konstrukcji maszyn manipulacyjnych pod
względem wybranych zastosowań, wykazująca wyraźne analogie do specjalizacji wyrobów w
innych dziedzinach produkcji maszynowej, zwłaszcza obrabiarkowej, gdzie osiągnęła już
bardzo wysoki stopień i to nie tylko rozwiązań, ale także rozwoju produkcji.
Na obecnym etapie rozwoju techniki produkcyjnej występuje podobieństwo wymagań
dotyczących środka automatyzacji wprowadzanego do tych samych procesów
technologicznych, a zwłaszcza podobieństwo:

udźwigu,

ruchliwości i struktury kinematycznej,

zakresu i sposobu realizacji ruchu, w tym żądanych prędkości i dopuszczalnych
przyspieszeń,

potrzeb programowalności i sposobu programowania,

współpracy maszyny z operatorem i środowiskiem produkcyjnym, szczególnie z
urządzeniami technologicznymi procesu.
Zmusza to konstruktorów robotów do szukania z jednej strony podobnych, jeśli nie
identycznych, rozwiązań technicznych, z drugiej zaś do korzystania z zestawu technicznie
podobnych lub pochodzących wręcz od jednego producenta podzespołów mechanicznych,
hydraulicznych, elektrycznych i elektronicznych. Należy przy tym wspomnieć o związkach
techniki robotyzacyjnej z techniką współcześnie produkowanych maszyn technologicznych, a
przede wszystkim obrabiarek. Dotyczy to zwłaszcza układów napędowych, pomiarowych i
sterujących, które mogą być i chętnie są stosowane do budowy robotów przemysłowych.
Równie ważne jak techniczne są komercyjne przyczyny wyodrębnienia się grup
podobnych rozwiązań maszyn manipulacyjnych. Należy tu wymienić:

wykorzystywanie przez część producentów rozwiązań licencyjnych,

kooperacje między poszczególnymi firmami zarówno w zakresie produkcji kompletnych
maszyn, jak i ich podzespołów,

wykorzystanie zapożyczonych, ale już sprawdzonych w praktyce, idei konstrukcyjnych w
celu przyspieszenia rozpoczęcia produkcji własnych maszyn,

chęć ,,uszczknięcia" rynku użytkowników maszyn zdobytego przez produkty innych firm,
przez podobne lub identyczne konstrukcje.
Każdy robot, poczynając od prostych dwuosiowych programowanych ogranicznikami
manipulatorów do obsługi pras, a kończąc na doświadczalnych modelach ze sztuczną
inteligencją, może być przedstawiony jako układ składający się z zespołów mechanicznych,
napędów, czujników, efektorów (np. chwytaków) i sterowania. Składa się on najczęściej z
następujących podstawowych układów, stanowiących odrębne zespoły:
2

zespół ruchu, jak to wcześniej zdefiniowano, zwany
manipulatorem
lub
jednostką
kinematyczną,
czyli podstawowy mechanizm robota wraz z dołączonymi napędami,
czujnikami i końcówką roboczą (zwaną
efektorem),

układ zasilania napędów i końcówki roboczej,

układ sterowania.
Zespoły mechaniczne i napędy, powodując ruch organów roboczych robota o
wymaganych jakościowo i ilościowo parametrach, integrują elementy konstrukcji
mechanicznej w jedną całość. Czujniki służą do zbierania informacji o otaczającym
środowisku i stanie zespołów konstrukcyjnych robota. Końcówki robocze (efektory), np.
chwytaki, zapewniają bezpośrednie współdziałanie robota z obiektem manipulacji.
Do zasilania napędu jednostek kinematycznych robotów jest wykorzystywana energia w
tych samych podstawowych postaciach, jakie są spotykane w napędach maszyn i urządzeń
produkcyjnych, tzn. mechanicznej (jako przeniesienie napędu od obsługiwanej maszyny lub
urządzenia), pneumatycznej, hydraulicznej oraz elektrycznej. Częste jest wykorzystywanie
energii w kilku postaciach. np. elektrycznej w napędzie ruchu globalnego, hydraulicznej w
napędach ruchów lokalnych, chwytaków, a także narzędzi.
Układ zasilania, stanowiący obecnie najczęściej osobne urządzenie wykonane w postaci
wolno stojącej szafy, zawiera w zależności od rodzaju napędów robota:

w przypadku napędów hydraulicznych - zasilacz hydrauliczny (zbiornik, pompę, filtry i
często układ chłodzenia i grzania oleju) oraz niezbędny osprzęt hydrauliczny,

w przypadku napędu elektrycznego - tyrystorowe lub tranzystorowe kłady zasilania
silników lub układy prostownikowe oraz przemienniki częstotliwości (falowniki), a także
niezbędne układy przekaźnikowe.
Układ sterowania robota - szafa sterownicza zawiera zwykle:

główny pulpit sterowniczy z przyciskami służącymi do uruchamiania robota i ewentualnie
ręcznego sterowania,

przenośny sterownik ręczny połączony z szafą długim kablem, służący do programowania
robota i doprowadzania do kolejnych punktów pracy,

jednostkę sterująco-logiczną (komputer), zawierającą pamięć operacyjną programów pracy
robota i współpracującą przez układy wejścia-wyjścia (interfejsy) z:
· serwonapędami mechanizmu ruchu,
· układami pomiarowymi przemieszczeń,
· czujnikami położeń dwustanowych urządzeń robota (chwytaki, narzędzia),
· czujnikami stanu pracy maszyn i urządzeń współpracujących z robotem.
Ze względu na bezpieczeństwo obsługi i wygodę napraw szafy układu zasilania i
sterowania są odsunięte od robota i znajdują się poza przestrzenią jego działania.
2. Roboty monolityczne o szeregowej strukturze
kinematycznej
Wśród szeregowych jednostek kinematycznych robotów wyróżnia się kilka
(omówionych dalej) grup typowych rozwiązań charakteryzujących się w praktyce podobnym
układem zespołów ruchu regionalnego i strukturą kinematyczną. Oprócz konstrukcji
typowych w każdej grupie urządzeń są także rozwiązania nietypowe.
2.1. Roboty o strukturze kinematycznej przegubowej
Roboty o
strukturze kinematycznej przegubowej
(rys. 1), nazywane również
robotami
przegubowymi
lub
manipulatorami obrotowymi,
lub
antropomorficznymi,
mają wszystkie
3
obrotowe osie zespołów ruchu regionalnego. Roboty przegubowe z obrotowymi osiami
przemieszczeń są na ogół wykonywane jako wolno stojące, lżejsze konstrukcyjnie, o
mniejszym udźwigu. Roboty przegubowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie. Na rys. 2
pokazano przestrzeń roboczą robota przegubowego.
Rys. 1. Robot przegubowy z zaznaczonymi osiami sterowania 1- 6
Roboty przegubowe są również oferowane w wersji podwieszonej. Przykładem może tu
być robot z pięcioma sterowanymi osiami, pokazany na rys. 3. Jest on napędzany silnikami
prądu stałego.
2.2. Roboty o strukturze kinematycznej sferycznej
Robot w układzie sferycznym
o jednym liniowym oraz dwóch obrotowych zespołach
ruchu regionalnego jest przedstawiony na rys. 4.
Przykładem manipulatora o takiej konfiguracji jest manipulator Stanforda. Przestrzeń
robocza manipulatora sferycznego jest przedstawiona na rys. 5. Jest to konfiguracja o
biegunowym układzie osi współrzędnych oraz sferycznych przestrzeniach ruchu.
Rys. 2. Przestrzeń robocza robota przegubowego IR-L 28/6
4
Rys. 3. Robot przegubowy podwieszony (IR-L firmy Krupp Mak) z zaznaczonymi osiami
sterowanymi
1 - 5
2.3. Roboty o strukturze kinematycznej cylindrycznej
Konfiguracja
robota cylindrycznego
jest przedstawiona na rys. 6.
Pierwszy przegub (oś 1) jest obrotowy i wykonuje obrót wokół podstawy, gdy przeguby
drugi i trzeci (osie 2 i
3)
są przesuwne. Jak sugeruje nazwa, zmienne przegubowe są zarazem
współrzędnymi cylindrycznymi końcówki roboczej względem podstawy. Konfiguracja
cylindryczna ma walcowy układ osi współrzędnych oraz cylindryczne przestrzenie ruchu.
Przestrzeń robocza jest przedstawiona na rys. 7.
Rys. 4. Robot o konfiguracji sferycznej
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]