Лабораторная работа на тему: Изучение и наладка промышленного робота МП9С с цикловым программным управлением

Лабораторная работа № 1
ИЗУЧЕНИЕ И НАЛАДКА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА МП-9С С ЦИКЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение конструкции робота МП-9С, устройства программного управления ЭЦПУ-6030, принципа действия цикловой системы программного управления, освоение методики программирования и приобретение практических навыков по наладке робота.
2 НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Промышленный робот МП-9С создан на базе мехатронных модулей второго уровня. Данный робот относится к пневматическим и предназначен для автоматизации вспомогательных операций установки и снятия деталей в РТК и ГАП с программным управлением. Основные технические характеристики робота приведены в таблице 1.
Таблица 1-Техническая характеристика робота МП-9С
Грузоподъемность, кг 0,2
Количество степеней подвижности 3
Количество рук 1
Перемещения:
вертикальное
горизонтальное (выдвижение рук)
поворот руки, град Ход
30мм
150мм
120 Скорость
100мм/с
300мм/с
120град/с
Погрешность позиционирования, мм 0,05
Тип привода
пневматический
Тип системы управления Цикловой
Число переходов в цикле 30
Число технологических команд 6
Число точек позиционирования по каждой системе 2
Масса манипулятора, кг 40
Габариты манипулятора, мм 506х232х305
3. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ПРИВОДА И КОНСТРУКЦИИ
РОБОТА МП-9С
Промышленный робот МП-9С – напольный, с двумя поступательными и одним вращательным движением. Он работает в цилиндрической системе координат. Манипулятор состоит из основания, руки и захватного устройства. В основании манипулятора размещены механизма подъема и поворота руки и пневмоаппаратура. В конструкцию руки входят привода выдвижения руки и захвата. Все приводы промышленного робота (ПР) являются пневматическими и управляются пневмораспределителями. Схема привода приведена на рис. 1.

Рисунок 1- Схема пневматического привода
В роботе МП-9С используются пневмораспределители клапанного типа с электроуправлением. Каждое движение исполнительного устройства в роботе осуществляется включением автономного электроклапана. В качестве привода используются цилиндры с прямолинейным движением поршня одно- или двухстороннего действия (рис.1). Регулировка скорости выходного звена привода осуществляется путем изменения расхода сжатого воздуха дросселем.
Сигнал о завершении заданного движения поступает с электромагнитных контактов (КЭМ). Срабатывание контактов происходит при приближении к ним постоянных магнитов, установленных на подвижных частях пневмоприводов.
Торможение привода при подходе к конечному положению осуществляется гидравлическими демпферами – при выдвижении и повороте – за счет дросселирования сжатого воздуха.
Особенностью механизма подъема является выполнение конструкции в виде неподвижного штока и подвижного корпуса цилиндра (рис.2). Для улучшения динамики работы при подъеме и опускании поршень имеет различные рабочие площади.

Рисунок 2- Пневмоцилиндр.
Внутри штока механизма подъема на подшипниках установлен вал механизма поворота.
Достижение заданного хода вертикального движения выполняется регулировкой механических упоров, установленных на неподвижном корпусе манипулятора. На этих же упорах установлены КЭМы вертикального перемещения, на подвижном корпусе – соответствующие им постоянные магниты. Конструкция крепления КЭМов позволяет производить их точную регулировку для обеспечения надежного срабатывания.
На рис.3 показана конструкция механизма поворота.

Рисунок 3-Механизм поворота
При подаче воздуха в пневмоцилиндр поступательное движение штока-рейки преобразуется во вращательное движение вала, в верхней части которого установлена муфта, предназначенная для соединения руки робота с валом механизмом поворота. Муфта имеет также упоры, обеспечивающие заданный угол поворота.
Конструкция механизма выдвижения руки состоит из корпуса, пневмоцилиндра двухстороннего действия, направляющего и ограничивающего вращение штока захватного устройства вокруг оси, регулировочных упоров и гидравлического амортизатора. Магнитоуправляемые контакты установлены на корпусе, а магниты – на регулировочных упорах.
Гидравлические амортизаторы (демпферы) угла поворота и выдвижения руки по принципу действия аналогичны (рис.4 и 5). Энергия движения механических элементов в них преобразуется в энергию дросселирования потока жидкости через зазор с переменным проходным сечением. Исполнительный орган робота при подходе к заданному положению нажимает упором на шток или скобу амортизатора. При этом поршни перемещаются, вытесняя жидкость через дроссель в свободную полость. Первоначальное заполнение полостей амортизатора жидкостью производится из емкости через каналы а и в (рис.4), которые затем перекрываются поршнем при соответствующем направлении движения.
Привод захватного устройства выполнен в виде цилиндра одностороннего действия. При подаче воздуха в правую полость цилиндра поршень движется влево, при этом скосы на внешней стороне поршня действуют на рычаги захватного устройства, сжимая его. При снятии давления воздуха обратный ход поршня выполняется под действием возвратной пружины. При этом рычаги захватного устройства разжимаются под действием пружины рычагов.

Рисунок 4-Гидравлический амортизатор угла поворота руки

Рисунок 5-Гидравлический амортизатор выдвижения руки
4. ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРОМ
В качестве устройства циклового программного управления в роботе МП-9С применяется ЭЦПУ-6030, предназначенное для управления манипуляторами с позиционированием по упорам и соответствующим технологическим оборудованием. Техническая характеристика и описание структурной схемы электронного циклового программного устройства ЭЦПУ-6030 приведены в приложении 2.
С пульта управления ЭЦПУ-6030 можно задать один из следующих режимов работы устройства: ручной, команда, цикл, автомат.
В режиме РУЧНОЙ команды на манипулятор задаются с пульта управления и поступают на манипулятор для управления его приводами. Контроль положения исполнительных органов манипулятора осуществляется с помощью табло индикации состояния звеньев манипулятора. В режиме КОМАНДА устройство обеспечивает отработку данного кадра программы, набранной на программоносителе. После отработки команд, заданных в кадре, происходит остановка устройства.
В режиме ЦИКЛ устройство обеспечивает однократную отработку всех кадров программы. В режиме АВТОМАТ устройство обеспечивает многократную отработку рабочего цикла робота.
При нажатии кнопки режима РУЧНОЙ на звено манипулятора выдается команда, мнемоническое изображение которой нанесено на табло над кнопкой, табло при этом загорается. Кнопка ПУСК функционирует только в режимах АВТОМАТ, ЦИКЛ и КОМАНДА. При нажатии на эту кнопку устройство начинает работать по программе, одновременно загорается табло РАБОТА. Кнопка СТОП служит для останова работающего по программе устройства (питание устройства не выключается). Кнопка СБРОС СЧК (счетчик кадров) используется для предварительной установки счетчика кадров в начальное состояние. Кнопка +IСЧК используется для изменения состояния СЧК. Кнопка СЕТЬ предназначена для включения питания.
ПРОГРАММОНОСИТЕЛЬ в ЭЦПУ-6030 выполнен в двух наборных полей из многопозиционных переключателей и размещен в верхней части устройства. Каждый кадр программы может содержать одну или две команды, набираемые на верхнем и нижнем полях программоносителя. Программа составляется по циклограмме работы робота (алгоритму) и разбивается на шаги. Максимальное число шагов программы 30. В табл.2 приведена система команд устройства ЭЦПУ-6030.
Наличие верхнего и нижнего полей программоносителя позволяет исполнить одну или две команды. Кадр состоит из одной команды, если на верхнем или нижнем поле вместо знака (х) устанавливается цифра 0. Кадр совместной отработки формируется из двух команд, набираемых в одном шаге на верхнем и нижнем полях. Система разбита на 4 группы. В первую группу входят команды управления приводами манипулятора. Во вторую группу входят команды управления технологическим оборудованием. В кадре программы может быть набрана только одна технологическая команда.
Таблица 2- система команд устройства ЭЦПУ-6030.
Группа команды Номер команды Название команды Код кадра
Верхнее поле Нижнее поле
1 2 3 4 5
I 1
Выдвижение руки 1 х2 Втягивание руки
2 х3 Поворот руки вправо
3 х4 Поворот руки влево
4 х5 Подъем руки
х1
6 Опускание руки
х2
7 Захватное устройство
закрыто х5
1 2 3 4 5
I 8 Захватное устройство
открыто х6
II
9 Технологическая команда 1 9 1
10 То же, 2 9 2
11 То же, 3 9 3
12 То же, 4 9 4
13 То же, 5 9 5
14 То же, 6 9 6
III 15 Опрос 1 7 х16 Опрос 2 8 х17 Опрос 3 х7
18 Опрос 4 х8
19 Выдержка времени х9
IV 20 Пропуск 9 7
21 Переход 9 8
22 Останов 9 9
23 Конец программы 0 0
В третью группу входят команда опроса датчиков и команда выдержка времени. Команды опроса могут быть использованы для проверки блокировочных сигналов со специальных датчиков, расположенных на манипуляторе или техническом оборудовании, например, для проверки наличия детали в захвате манипулятора или для проверки состояния пресса. Команда ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ служит для введения задержки между шагами программы. С ее помощью может быть реализован и режим совместной отработки команд, в котором одна команда начинает отрабатываться спустя заданное время (в зависимости от того, сколько раз был набран код 09) после начала другой.
В четвертую команду входят команды управления. Команда ПРОПУСК служит для организации пропуска одного кадра программы при исполнении внешнего условия. В случае, если не приходит сигнал с датчика, установленного на внешнем оборудовании, устройство переходит к выполнению кадра, записанного на (i+1)-м шаге (на i –м шаге – ПРОПУСК). Если внешнее условие выполняется, т.е. присутствует сигнал -24В, то пропуск кадра не проходит.
Команда ПЕРЕХОД служит для организации условного перехода к фиксированному номеру шага (шаг 20) с произвольного места программы. Условный переход выполняется при отсутствии на входе устройства -24В.
Команда ОСТАНОВ служит для остановки устройства, работающего по программе.
Команда КОНЕЦ ПРОГРАММЫ служит для зацикливания программы работы робота. При выполнении этой команды счетчик кадров сбрасывается в исходное нулевое состояние, после чего исполнение набранной программы повторяется.
Отладка программы производится последовательно в режимах КОМАНДА, ЦИКЛ и АВТОМАТ. Перед началом отладки необходимо звенья манипулятора вывести в исходное положение в режиме РУЧНОЙ. В режиме КОМАНДА, устанавливая счетчик в нулевое положение кнопкой СБРОС СЧК и нажимая последовательно на кнопку ПУСК, отработать всю программу. Затем программу проверить в режимах ЦИКЛ и АВТОМАТ.
4.ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЭЦПУ-6030
Устройство ЭЦПУ-6030 построено по принципу синхронного программного автомата с жестким циклом управления. Технические характеристики представлены в табл. 3.
На рис. 6 показана структурная схема ЭЦПУ-6030 и характерные связи между узлами и блоками.

Рисунок 6-Структурная схема ЭЦПУ-6030.
Таблица 3-Техническая характеристика устройства ЭЦПУ-6030
1 Тип системы управления Цикловая
2 Число управляемых звеньев манипулятора До 6
3 Число звеньев, управляемых по путевому принципу 4
4 Число звеньев, управляемых по путевому и временному признаку 2
5 Число точек останова на управляемом звене 2
6 Число технологических команд 6
7 Число блокировок До 4
8 Число программируемых выдержек времени 1
9 Диапазон регулирования программируемой выдержки времени От 0,05 до 1 с
10 Число кадров программы До 30
11 Число выходов управления звеном манипулятора 2
12 Напряжения питания датчиков манипулятора и технологического оборудования, В 24+-2
13 Напряжение питания устройства, В 220+-22/33

Рисунок 7-Структурная схема блока управления
Пульт управления обеспечивает задание режимов работы устройства, выполнение операций включения-выключения питания, запуска в работу, а также ручное управления механизмами манипулятора.
Программоноситель предназначен для набора и хранения требуемой программы работа робота.
Блок усилителей обеспечивает выдачу управляющих команд на распределители манипулятора и технологическое оборудование.
Блок управления предназначен для обработки информации, по заданной программе и выдачи управляющий воздействий на манипулятор и техническое оборудование. Структурная схема блока управления показана на рис. 7. Блок управления состоит из узлов управления 1 и 2 и узла согласования.
Узел управления 1.
Счетчик кадров обеспечивает прием 6-разрядного кода номера кадра (рис. 7). Схема отработки команд ПРОПУСК и ПЕРЕХОД формирует необходимое содержимое счетчика. Сброс счетчика в режиме АВТОМАТ осуществляется схемой пуска-останова. В режимах АВТОМАТ и ЦИКЛ со схемы помехозащиты СЧК поступают сигналы, увеличивающие содержимое счетчика на I. Дешифратор выборки кадров обеспечивает выборку команд из программоносителя в соответствии с текущим номером кадра при наличии разрешающего сигнала. Схема помехозащиты СЧК служит для подавления дребезга контактов датчиков манипулятора и технологического оборудования, который может привести к ложному срабатыванию счетчика. Схема пуска-останова устройства включает основной элемент схемы - триггер, который находится в состоянии I при работе устройства по программе и сбрасывается, в 0 при останове программы.
Схема отработки команд ПРОПУСК и ПЕРЕХОД работает следующим образом. По команде ПРОПУСК при отсутствии сигнала -24В на входе УСЛ.ПРОП. осуществляется пропуск одной команды, а при наличии сигнала на входе УСЛ.ПРОП. - переход, к следующей команде. Разрешающий сигнал на дешифратор в первом случав подается после увеличения содержимого счетчика на 2, а втором - на I. По команде ПЕРЕХОД при отсутствии сигнала на входе УСЛ.ПРОП. осуществляется переход к кадру , номер которого реализован схемным путем, а при наличии сигнала - переход к следующему кадру программы.
Узел управления 2.
Схема отработки команд управления звеньями манипулятора (рис. 7) обеспечивает запоминание команды формирование управляющего воздействия и выдачу сигнала об отработке команды. Схема формирования сигнала перехода обеспечивает объединение по ИЛИ сигналов отработки всех команд и формирование сигнала прибавления I в счетчик команды (+1СЧК) после отработки любой команды, а также при нажатии кнопки +КЧК на пульте управления.
Узел согласования.
Схема сопряжения с датчиками обеспечивает согласование уровней сигналов датчиков с уровнями логических сигналов устройства. Сигнал с датчика с уровнем -24В соответствует уровню -0,3В (логический 0) в устройстве управления. В схеме сопряжения с программоносителем имеется 20 диодно-резисторных ячеек, соединенных с соответствующими контактами переключателей программоносителя. Ячейки формируют логические 0 и I на соответствующих выходах. Эти сигналы подаются на дешифраторы кодов команд, входящие в состав схем отработки команд. Выходы всех ячеек программоносителя, соответствующие одинаковым позициям переключателей, объединены по ИЛИ. В блоке дешифраторов в зависимости от кода команды на входе подается низкий потенциал на выход, соответствующий реализуемой команде.

Рисунок 8-Система управления ЭЦПУ-6030

Рисунок 9-Общий вид роботизированного комплекса

Рисунок 10- Общий вид робота МП-9С

Рисунок 11- Узел регулировки вертикального перемещения манипулятора