ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИВОДЫ РОБОТОВ

 

Лабораторные работы

 

Методические указания

Для студентов специальности 210300

«Роботы и робототехнические системы»

очного отделения

 

 

Под редакцией Тусюка С.К.

 

Тула 2012


Разработали:

Тусюк С.К., к. т. н., доцент кафедры РТ и АП

В разработке принимали участие студенты гр. 220381 Баркалова Л.В. и Кузнецов Я.Э.

 


СОДЕРЖАНИЕ:

 

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ по курсу «Основы робототехники» ..................................................................... 4

Лабораторная работа №1

«ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ СКОРОСТИ».......................................................................................................................... 5

Лабораторная работа №2

«ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ».......................................................................................................................... 9

Лабораторная работа №3

«ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА «ПР5-2Э»........................................ 14

Лабораторная работа №4

«ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА «РИТМ-01»».................................. 24

Лабораторная работа №5

«ИЗУЧЕНИЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА «МРЛУ-200» »........................................................... 30

Лабораторная работа №6

«ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО НАСОСА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК»…………………………………………………………….……………... 40

Лабораторная работа №7

«ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИИ АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО ГИДРОМОТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ЭКСПЛУТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ».. 47

 

 

 

 

Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ по курсу «Приводы роботов»

К лабораторным работам с промышленными роботами допускаются студенты, в полной мере освоившие устройство робота и принцип действия системы управления. Перед началом работы каждый студент должен пройти инструктаж в объеме правил и инструкции по технике безопасности при работе в лаборатории роботов, с обязательной отметкой в журнале по технике безопасности. Инструктаж проводят преподаватели или заведующий лабораторией.

Перед подготовкой промышленного робота к работе необходимо:

1) Убрать все посторонние предметы из зоны действия робота.

2) Проверить наличие ограждения опасной зоны робота.

3) Убедиться в том, что робот отключен от электро- и пневмопитания.

4) Убедиться в исправности сети электропитания и заземления.

 

При работе с роботами:

1) Занять позицию вне зоны действия робота.

2) Подать электропитание с центрального распределительного щита, доступ к которому всегда должен быть свободен.

3) Подать пневмопитание и убедиться в исправности сети его подачи. При наличии утечки свежего воздуха, отключить пневмопитание и прекратить выполнение работы до устранения утечки.

4) Включить робот в соответствии с описанием лабораторной работы и проверить его работу. При неисправности робота немедленно сообщить об этом преподавателю. Любые работы в зоне действия робота проводить только после полной остановки робота.

5) При работе должна обеспечиваться возможность экстренного отключения робота.

6) При проведении работы следить за тем, чтобы никто не находился в зоне действия робота.

7) После окончания лабораторной работы выключить робот в соответствии с описанием лабораторной работы, выключить общее электро- и пневмопитание.

 


Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ДАТЧИКОВ СКОРОСТИ

1. Цель работы

Целью работы является изучение устройства, принципа действия и характеристик электромеханических датчиков скорости – тахогенераторов.

2. Теоретические сведения

Тахогенераторы – электрические микромашины, работающие в генераторном режиме и служащие для преобразования угловой скорости в пропорциональный электрический сигнал. По роду тока тахогенераторы подразделяются на тахогенераторы постоянного и переменного тока.

По конструкции и принципу действия выделяются три основные группы тахогенераторов: постоянного тока, асинхронные и синхронные.

В электромеханических системах для осуществления обратных связей наибольшее распространение получили тахогенераторы постоянного тока и асинхронные.

Высокие требования к динамическим характеристикам электродинамическим характеристикам систем (быстродействие, плавность перемещения, точность позиционирования) приводят к ужесточению основных требований к тахогенераторам, которые определяются:

- минимальной амплитудной и фазовой погрешностями;

- максимальным коэффициентом усиления;

- малым моментом инерции и электромагнитной постоянной времени;

- малой массой и габаритами.

Под амплитудной погрешностью понимается разность между выходным напряжением, соответствующим данной угловой скорости при идеальной выходной характеристике, и действующим выходным напряжением.

Величина фазовой погрешности определяется как разность между углом сдвига векторов напряжения возбуждения и выходного напряжения идеального тахогенератора, у которого угол сдвига векторов не зависит от угловой скорости, и действительным углом.

Момент инерции, электромеханическая постоянная времени и вес зависят от принципа, устройства и конструкции тахогенераторов.

В различных электромеханических системах, в частности в системах промышленных роботов, находят широкое применение асинхронные тахогенераторы, представляющие собой двухфазную асинхронную машину с короткозамкнутым ротором, выполненным в виде тонкостенного немагнитного стакана. На статоре в пазах уложены две обмотки, сдвинутые в пространстве на . Одна из обмоток (возбуждения) постоянно включена в сеть, другая обмотка (генераторная) присоединена к нагрузке.

По обмотке возбуждения проходит переменный ток, в результате чего создается магнитный поток, пульсирующий с частотой сети. Значение потока пропорционально приложенному напряжению. При неподвижном роторе пульсирующий магнитный поток индуцирует в роторе трансформаторную ЭДС, которая создает ток и намагничивающую силу.

Если ротор асинхронного тахогенератора приведен во вращение с некоторой угловой скоростью, то нем индуцируется ЭДС вращения, пропорциональное магнитном потоку и угловой скорости.

Под действием этой ЭДС возникают поперечный ток ротора и поперечный поток, которые пропорциональны приложенному напряжению и изменяются во времени с частотой сети. Поперечный магнитный поток индуцирует в генераторной обмотке асинхронного тахогенератора ЭДС.

где: – коэффициент пропорциональности, зависящий от электрических параметров обмотки ротора асинхронного тахогенератора;

– приложенное напряжение;

– угловая скорость вращения ротора.

 

U, B

a

б

Рис. 1. Выходная характеристика асинхронного тахогенератора при холостом ходе: а) идеальная; б) реальная

 

 
 


U, B

 

ZH1

 

ZH2 < ZH1

 

Рис.2. Выходные характеристики асинхронного тахогенератора при различных значениях сопротивления нагрузки

 

3. Порядок выполнения работы

3.1.Снятие выходной характеристики асинхронного тахогенератора в режиме холостого хода:

3.1.1.Включить переключатель «Сеть» на панели испытания тахогенератора.

3.1.2.Включить цифровой вольтметр и цифровой автоматический тахометр (ЦАТ).

3.1.3Подать напряжение от источника на обмотку возбуждения тахогенератора.

3.1.4.Задавая скорость вращения двигателя переключателем «Грубо» и потенциометром «Точно», снимать показания вольтметра и ЦАП.

3.1.5.Показания занести в таблицу 1.

 

Таблица 1.

               
               

 

3.2.Снятие входных характеристик асинхронного тахогенератора при работе в режимах с различным значением сопротивление нагрузки.

3.2.1.Переключатель нагрузки установить в положение с фиксированным значением R и, изменяя скорость вращения ротора, снимать показания вольтметра и ЦАП.

3.2.2.Повторить опыт при других фиксированных значениях R.

3.2.3.Показания занести в таблицу 2.

 

Таблица 2.

R(Ом) R1 R2 R3
                       
                       

 

3.2.4.По данным таблицы 1 построить входную характеристику тахогенератора в режиме холостого хода.

3.2.5.По данным таблицы 2 построить входную характеристику тахогенератора при работе с различными значениями сопротивления нагрузки.

3.2.6.Определить значение статического коэффициента усиления на основании полученной экспериментально выходной характеристике холостого хода по следующей формуле:

3.2.7.Сравнить полученное значение с паспортными данными для оценки правильности полученного экспериментального значения.

4.Оформление отчета

Отчет должен содержать:

4.1. Название, цель работы, краткие теоретические сведения.

4.2. Таблицы результатов.

4.3. Графики характеристик асинхронного тахогенератора.

4.4. Выводы о работе.

5. Контрольные вопросы

5.1. Объясните принцип действия и устройство асинхронного тахогенератора.

5.2. Для каких целей применяются тахогенераторы?

5.3. Каковы требования к тахогенераторам?

5.4. Какие факторы влияют на точность работы асинхронных тахогенераторов?

5.5. Какие конструктивные меры предусматриваются при создании тахогенераторов для снижения погрешностей?

 

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

1. Цель работы

Изучения принципа действия шаговых двигателей (ШД), экспериментальное определение шага и характеристик ШД.

 

2. Теоретические сведения

Цифровая форма представления сигналов управления привела к созданию нового типа двигателей – шаговых (импульсных) двигателей, которые непосредственно преобразуют управляющий сигнал в виде последовательности импульсов в пропорциональный числу импульсов и фиксированный угол поворота вала или линейное перемещение механизма без датчика обратной связи.

Рассмотрим принцип действия ШД на простейшем примере однофазного ШД (рис. 1).

 

 


Рис. 1. Схема простейшего однофазного ШД

 

Двухполюсный ротор 2 из магнитомягкого материала с клювообразными выступами помещен в четырехполюсном статоре 1. Одна пара полюсов статора представляет собой постоянные магниты, на другой паре полюсов находится обмотка управления Wy . Ротор из магнитомягкого материала является реактивным.

Пока тока в обмотке управления нет, ротор ориентируется вдоль полюсов с постоянными магнитами и удерживается около них с некоторым усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов. При поступлении импульса на вход схемы управления обмотка управления подключается к источнику напряжения постоянного тока и создает магнитный поток Фэ, примерно вдвое больший, чем магнитный поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, развиваемый полюсами с постоянными магнитами, стремясь занять положение соосное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т. к. магнитное сопротивление между ротором и полюсами с обмоткой в этом направлении меньше, а следовательно, усилие больше, чем в другую сторону. Следующий импульс, поступивший на вход схемы управления, отключает обмотку управления от источника напряжения и под действием потока постоянных магнитов ротор поворачивается на следующий шаг в сторону клювообразных выступов.

Однако, ввиду большого шага и неравномерного вращения такой двигатель не нашел применения.

Равномерное вращение у редукторных ШД, шаг которых значительно меньше , хотя полюсы статора имеют также двухфазную обмотку. Полюсы статора и ротор имеют зубцы с одинаковым зубцовым делением (схема редукторного ШД представлена на плакате). «Клювы» зубцов ротора обеспечивают пусковой момент и однонаправленность вращения.

При подаче импульса в обмотки пары полюсов статора 1-1 оси зубцов ротора становятся соосными с осями зубцов этой пары, а при подаче следующего импульса в обмотки пары полюсов статора 2-2 ротор повернется на половину зубца так, что оси зубцов ротора станут соосными с зубцами полюсов статора 2-2.

Различают следующие режимы работы ШД: статический, квазистатический, установившийся и переходные.

Статический режим соответствует протеканию по одной из фазных обмоток постоянного тока, создающего неподвижное магнитное поле. Этот режим характеризуется статическим синхронизирующим моментом.

Квазистатический режим (режим отработки единичных шагов) характеризуется тем, что переходный процесс сопровождающей обработку углового шага, к началу следующего шага заканчивается, т. е. Угловая скорость ротора в начале каждого шага равна нулю.

Установившийся режим соответствует постоянной частоте управляющих импульсов.

Переходные режимы имеют место при пуске, торможении, реверсе и переходе с одной частоты на другую. Они являются основными эксплуатационными режимами ШД и сопровождаются переходными процессами, обусловленными изменением частоты вращения.

Работы шагового двигателя оценивается по следующим характеристикам.

Предельная механическая характеристика представляет собой зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы (рис. 2).

Предельная динамическая характеристика представляет собой зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки (рис. 3).

Частотой приемистости fпр. называется максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск ротора без выпадения из синхронизма (потери шагов).

 

 
 


 

f, Гц

 

fпр.

 

Рис.2. Предельная механическая характеристика шагового электродвигателя

 

МС1

 

 

МС2

 

Рис.3. Предельная динамическая характеристика шагового электродвигателя

3. Порядок выполнения работы

3.1.Определение величины единичного шага обработки.

3.1.1.В режиме единичной обработки импульсов, нажимая многократно кнопку « », повернуть лимб ШД на некоторый угол.

3.1.2.Делением угла поворота лимба на количество импульсов, регистрируемое на индикаторе, определить величину единичного шага обработки по формуле:

где: - угол поворота лимба

= количество шагов

3.2.Снятие предельной механической характеристики ШД.

3.2.1.Установить фиксированный режим работы ШД при определенной частоте следования управляющих импульсов и определить значение нагрузки на вал ШД.

3.2.2.Произвести нагружение вала ШД до момента начала пропуска шагов. Нагружение производить двумя динамометрами с помощью натяжного винта на правом динамометре.

3.2.3.Зафиксировать значение нагрузки.

3.2.4Повторить эксперимент для различных значений частоты управляющих импульсов. Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1.

f, Гц                
               
               
               
M, Нм                

где: F1 и F2 – показания динамометров.

3.2.5.По данным таблицы 1 построить предельную механическую характеристику ШД.

3.3.Снятие предельной динамической характеристики приемистости.

3.3.1.Установить определенную частоту управления импульсами ШД.

3.3.2.Нагрузить вал ШД определенным моментом.

3.3.3.Осуществить пуск ШД, отжав кнопку «Стоп». Если ШД начнет вращаться без пропуска шагов, то опыт повторить, увеличив частоту при той же нагрузке. Опыт повторять до тех пор, пока при какой-то последующей частоте пуск ШД не произойдет. Зафиксировать значение данной частоты и нагрузки.

3.3.4.Повторить эксперимент при других значениях нагрузки.

3.3.5.Данные эксперимента занести в таблицу, аналогичную таблице 1.

3.3.6.По данным таблицы построить предельную динамическую характеристику ШД.

 

 

4. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

4.1.Название, цель работы, краткие теоретические сведения.

4.2.Схему ШД.

4.3.Таблицы измерений.

4.4.Графики характеристик ШД.

 

5. Контрольные вопросы

5.1.Объясните принцип действия редукторного ШД.

5.2.Преимущества редукторного ШД.

5.3.Режимы работы ШД.

5.4.Что такое частота приемистости ШД?

5.5.Что такое предельная механическая характеристика ШД?

5.6.Что такое предельная динамическая характеристика ШД?


Лабораторная работа №3

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА «ПР5-2Э»

 

1. Цель работы.

Знакомство с назначением, принципом действия и конструкцией пневматических приводов промышленного робота ПР5 - 2Э.

 

2. Теоретические сведения.

Промышленные роботы ПР5-2Э являются пневматическими роботами. Они выполнены по модульному принципу и состоят из модулей перемещений манипулятора, блока пневмораспределителей и программируемого микроконтроллера.

Каждый модуль перемещений представляет собой пневмопровод, реализующий одну из степеней подвижности, манипуляционной системы робота (манипулятора). Манипуляторы состоят из нескольких модулей (приводов) линейных и угловых перемещений.

Набор модулей состоит из четырех модулей линейных перемещений, одного модуля угловых перемещений и четырех комплектов переходных элементов, используемых для сочленений модулей.

Модули перемещений можно соединять друг с другом в различных комбинациях, создавая манипуляторы различных конфигураций, а также использовать отдельные модули индивидуально.

Состав модулей, образующих манипулятор, и последовательность их соединения определяется технологическими требованиями к геометрическим характеристикам перемещения объектов производства в соответствии с конкретно решаемой задачей.

Модульный принцип построения манипулятора позволяет избежать избыточных функциональных возможностей робота и позволяет обеспечить его оптимальную конфигурацию в смысле стоимости и приспособленности к решению конкретных технических задач.

Модули перемещений представляют собой функционально законченные звенья с одной степенью подвижности. Они включают в свой состав пневмодвигатель, пневматические демпферы, устройства регулирования скорости перемещения и устройства регулирования величины перемещения. Пневмодвигателями являются встроенные пневмоцилиндры.

Модуль линейный с перемещением подвижного элемента в горизонтальной плоскости (МГЛ) (Модуль сдвига) (рис.1) имеет четыре модификации, различающиеся величиной перемещения - 50, 80, 160 и 200 мм. Погрешность позиционирования +/- 0.05 мм. Скорость перемещения 0.1 и 0.2 м/c и грузоподъемностью 6.3 кг. Модули изготавливаются в двух исполнениях с левым и правым расположением пневмоцилиндра.

Рис. 1 Модуль сдвига

1 – пневмоцилиндр; 2 – штуцер подвода воздуха

3 – шток пневмоцилиндра

4 – подвижная каретка

5 – основные направляющие

6 – штанга регулирования хода перемещения

7 – гайка регулирования перемещения

8 – пневмодемпфер

9 – регулируемый упор

 

Модуль линейный для вертикального перемещения (МЛВ) (рис.2) модуль подъема рабочего органа или инструмента выполняется двух модификаций с перемещением подвижного элемента 15 - 30 мм и 15 - 50 мм, точность позиционирования +/- 0.05 мм, скорость перемещения 0.1 м/с, грузоподъемностью 2 кг.

Рис. 2

1 - гильза цилиндра

2 - поршень с уплотнением резиновыми манжетами

3 - шток

4 - перемещаемая платформа

5 - штуцеры подвода и отвода воздуха

6 - вспомогательная направляющая

7 - штанга регулируемого упора

8 - гайка регулируемого упора

9 - нижняя крышка

10 - верхняя крышка

 


Модуль линейный для линейного перемещения руки робота (МЛР) (Модуль выдвижения) (рис. 3).

Модули изготовляются четырех модификаций с перемещением подвижного элемента 45, 75, 105 и 150 мм, погрешность позиционирования +/- 0.05 мм, скорость перемещения 0.1 м/с, грузоподъемностью 0.63 кг.

Рис. 3

1 - гильза пневмоцилиндра

2 - поршень

3 - шток

4 - пневмодемпфер

5 - вспомогательная направляющая

6 - регулируемый упор

7 - регулируемый упор

8 - фланец крепления захватного устройства

9 - штуцеры подвода и отвода воздуха

 

 


Модуль линейный захвата (МЛЗ) (рис.4) обеспечивает линейное перемещение в любом пространственном положении на 200 мм, погрешность позиционирования +/- 0.05 мм, скорость перемещения 0.1 м/с, грузоподъемностью 0.32 кг.

 

 

Рис. 4

1 - гильза

2 - шток с поршнем и уплотнительной манжетой

3 - крышка

4 - крышка

5 - вспомогательная направляющая

6 - винт регулировки перемещения

 


Модуль угловой (МУ) (Модуль поворота) (рис.5) обеспечивает поворот подвижного элемента вокруг вертикальной оси на угол 180 градусов со скоростью 180 град/с и погрешностью позиционирования +/-0.05 мм, грузоподъемность на плече 200 мм составляет 0.63 кг, что соответствует созданию максимального крутящего момента 1.26 нм.

Рис. 5 (а, б)

1 - корпус пневмоцилиндров

2 - гильза пневмоцилиндра

3 - поршень со штоком снарезанной резьбой

4 - штуцер подвода и отвода воздуха

5 - шестерни

6 - шток в виде рейки

7 - вал шестерни

8 - подшипники

9 - поворотная платформа

10 - пневмодемпфер односторонний с возвратной пружиной

11 - пневмодемпфер односторонний с возвратной пружиной

12 - ругулируемые упоры


Кроме модулей перемещений для сборки манипулятора используют четыре комплекта переходных элементов.

Позиционирование подвижных элементов осуществляется по упорам, входящим в конструкцию модулей. Грубая регулировка величин перемещения подвижного элемента достигается перестановкой вдоль направляющей соответствующих кронштейнов упоров. Точная регулировка осуществляется посредством винтовых пар в конечных упорах модулей.

Для демпфирования ударов используются специальные пневмоцилиндры, снабженные дросселями и обратными клапанами. Роль обратных клапанов со стороны штоков выполняют уплотнительные устройства - манжеты. Действие демпферов основано на том, что энергия удара перемещающихся масс расходуется на проталкивание сжимаемого в цилиндре воздуха через малые сечения каналов дросселей. Обратные клапаны включены параллельно дросселям и обеспечивают независимость регулировки интенсивности торможения при различных направлениях движения поршня демпфера. Модуль МЛЗ не имеет отдельного демпфера вследствие малого максимального хода (20 мм) и соответственно малых значений кинетической энергии удара. Функции демпфера в данном модуле выполняет цилиндр пневмодвигателя, снабженный встроенным в модуль дросселями и обратными клапанами.

В модулях линейных перемещений в качестве демпферов используются пневмоцилиндры двустороннего действия. В модуле поворота - два демпфирующих пневмоцилиндра одностороннего действия. В них возврат поршня в исходное положение производится с помощью пружины либо сжатым воздухом, который подается одновременно в демпферы и в пневмодвигатель модуля.

Регулирование скорости перемещения подвижных элементов модулей производится с помощью подсоеденных к каждому входу пневмодвигателя дросселей с обратным клапаном. Уменьшение (увеличение) скорости перемещения достигается за счет уменьшения (увеличения) площади крана дросселя, стоящего на выходе (в линии выхлопа) пневмоцилиндра. Включение параллельно регулировочному дросселю обратного клапана с проходным сечением, существенно большой площади дросселя позволяет обеспечить раздельность и независимость настройки скорости хода пневмодвигателя в прямом и обратном направлении.

Блок пневмораспределителей имеет модификации с четырьмя, пятью и шестью пневмораспределителями. Блок содержит плату с установленными на ней пневмораспределителями. Плата соединена с блоком питания преобразующего напряжения 220 В переменного тока в 24 В постоянного тока, необходимого для питания пневмораспределителей.

На рис. 6 приведена принципиальная пневматическая схема робота ПР5-2Э. Сжатый воздух из пневмосети поступает в блок пневмораспределителей, из которого по линиям связи через открытые клапаны дросселей ДР1, ДР2 и др. Подается в соответствующие полости пневмодвигателей. Воздух, вытесненный из противоположных полостей цилиндров, выходит через щелевые каналы дросселей в пневмораспределители и далее в атмосферу. Скорости перемещений поршней регулируются изменением сечений каналов дросселей.

Смазывание трущихся поверхностей пневмоманипуляторов производится маслом, распыленным в воздухе питания. Смазывание направляющих подвижных элементов производится маслом с помощью кисти.

Для снижения трения углы трения штоков и направляющих выполнены в виде пары - бронзовая втулка/стальной шток (направляющая).

В качестве пневмодвигателей модулей перемещений используются пневмоцилиндры. Пневмодвигатель модуля угловых перемещений выполнен из двух пневмоцилиндров одностороннего действия, соединенных реечно-шестеренчатыми передаточным механизмом.

В пневмодвигателе модуля подъема подвод сжатого воздуха в поршневую полость осуществляется по каналу, проходящему внутри цилиндра двигателя вдоль его продольной образующей.

 

Рис. 6

В модуле выдвижения руки подвижным элементом является цилиндр двигателя, а не шток, что позволяет обеспечить большую жесткость и следовательно грузоподъемность модуля.

Соединение модулей манипулятора в единую конструкцию, а также крепление элементов модулей между собой осуществляется посредством разъемных винтовых соединений и кронштейнов.

 

3. Объекты исследования

Объектом исследования являются пневматические роботы ПР-52Э

 

4. Задание на работу

Изучить устройство, принцип действия и конструктивные особенности пневматических модулей прещений робота ПР-52Э.

 

5. Порядок выполнения работы

5.1.Ознакомится с описанием робота ПР5-2Э, содержащемся в настоящих методических указаниях по выполнению работы.

5.2.Провести визуальный осмотр манипулятора и составляющих его пневмоприводов.

5.3.Изучить конструкцию манипулятора и составляющих его пневмоприводов в соответствии с ниже представленными контрольными вопросами.

5.4.Оформить отчет.

 

6. Оформление отчета

Отчет должен содержать:

6.1.Название и цель работы.

6.2.Краткую характеристику работы ПР5-2Э, его пневматических модулей перемещений.

6.3.Пневмосхему робота.

6.4.Ответы на контрольные вопросы.

 

7. Контрольные вопросы

7.1.Перечислете модули, из которых состоят роботы ПР5-2Э.

7.2.В чем достоинство модульного принципа построения роботов.

7.3.Назовите технические характеристики модулей перемещения робота ПР5-2Э.

7.4.Как осуществляется позиционирование рабочего органа робота?

7.5.Покажите винты регулировок величин перемещений модулей углового вертикального и линейного перемещений руки.

7.6.Покажите демпферы модулей углового вертикального и линейного перемещений. На чем основан их принцип действия? Покажите винты регулировок интенсивности торможения. Как производится возврат штоков демпферов в исходное положение в каждом из модулей. Как конструктивно устроен демпфер?

7.7. Покажите пневмодвигатели модулей перемещений манипулятора. Отметьте их конструктивные особенности (тип двигателя, наличие либо отсутствие механизмов передачи движений, в каких модулях подвижных элементом является цилиндр, а в каких - шток)?

7.8. Как осуществляется подвод воздуха к пневмодвигателям?

.Как регулируется скорость перемещения подвижных элементов

модулей роботов. Покажите винты регулировок скоростей каждого модуля.

7.9. Как вы объясните влияние положения регулировочного винта на

скорость движения подвижного элемента модуля.

7.10. С какой целью в конструкции робота предусмотрено подключение параллельно регулировочным дросселям обратных клапанов.

7.11. Поясните действие регулировочных дросселей и обратных клапанов робота на пневмосхеме.

7.12. Покажите как конструктивно осуществляется стыковка пневмодвигателей с пневмораспределителями, Сколько пневмораспределителей используется для управления манипулятором.

7.13. Поясните по пневмосхеме в какие полости в исходном положении, показанном на схеме, подан воздух, в каком направлении осуществляется движения подвижных элементов модулей.

7.14Как осуществляется смазывание трущихся поверхностей пневмодвигателей и направляющих.

7.15Почему узлы трения направляющих и штоков цилиндров выполнены из бронзы? Покажите соответствующие бронзовые втулки.

7.16Почему на ваш взгляд в модуле выдвижения руки подвижным элементом является цилиндр двигателя, а не шток?

7.17Покажите как конструктивно решены вопросы крепления модулей манипулятора между собой, крепления к ним демпферов, направляющих, регулировочных дросселей и обратных клапанов.

7.18Каковы на ваш взгляд недостатки конструкции манипулятора и его пневмопроводов. Что вы можете предложить для их улучшения.


Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА «РИТМ-01»

 

1. Цель работы.

Знакомство с назначением, принципом действия и конструкцией пневматических приводов и элементов промышленного робота «Ритм - 01».

 

2. Теоретические сведения.

Промышленный робот «Ритм - 01» и его модификации «Ритм - 01.01» , «Ритм - 01.02» , «Ритм - 01.03» предназначены для работ с деталями весом до 0.1 кг. Погрешность позиционирования при этом не превышает величины +/- 0.1 мм. Робот «Ритм - 01.01» имеет пять степеней подвижности :

  1) подъем - опускание 2) поворот 3) сдвиг 4) выдвижение - втягивание 5) ротация схвата Ход Скорость
0.05 м 220 град. 0.05 м 0.15 м 180 град. 0.5 м/с 120 град./с 0.6 м/с 0.6 м/с 180 град./с

 

В манипуляторе «Ритм - 01.02» сдвиг руки отсутствует и две руки закреплены на специальных кронштейнах. Одна из них по конструктивному исполнению аналогична установленной на манипуляторе робота «Ритм - 01.01» и имеет две степени подвижности. Вторая рука имеет одну степень подвижности и в ней нет ротации схвата. В конструкции манипулятора предусмотрена возможность регулирования, взаимного расположения рук как в вертикальной так и в горизонтальной плоскости.

В манипуляторе «Ритм - 01.03» отсутствует сдвиг руки. Число точек позиционирования в роботах «Ритм - 0.1» по каждой координате, кроме поворота основания, равно двум. Модуль поворота имеет три точки позиционирования.

На примере робота «Ритм - 01.01» рассмотрим (рис.1) устройство и принцип работы всех его модификаций.

Механизм радиального перемещения руки манипулятора состоит из корпуса 15, в котором размещен пневмоцилиндр перемещения 16 , схвата, приводы ротации схвата 23 и гидравлического тормозного устройства. При подаче воздуха в одну из полостей пневмоцилиндра 18 по направляющим качания 14 перемещается скалка 19 квадратного сечения, связанная со штоком 16. Внутри скалки проходит вал 20 для передачи вращения на схват робота. В задней части скалки смонтирован пневмопривод ротации схвата 23. Для ротации схвата поступательное движение поршня 24 со штоком 22 преобразуется во вращательное движение с помощью втулки 21, имеющей винтовую прорезь. Передняя часть скалки 19 связана со штоком - поршнем 16 пневмоцилиндра 18, закрепленного в корпусе 15 руки.

Рис. 1 Устройство и принцип работы всех модификаций робота «Ритм - 01.01».

 

Торможение скалки 19 в крайних положениях достигается настройкой дросселя 13 на необходимый расход перекачиваемого масла из одной полости тормозного устройства в другую , а также дросселями, вмонтированными непосредственно в пневмораспределители. Торможение осуществляется в крайних положениях поршня при установке упоров плумеров 26 под действием регулируемых упоров 12 и 25. Окончание радиального перемещения контролируется датчиком положения 17 , сигнал от которого поступает в устройство программного управления. Конструкция руки предусматривает применение клещевого и вакуумного захватов. Воздух для перемещения губок схвата подводится по внешней магистрали.

Корпус 5 механизма сдвига рук манипулятора неподвижно закреплен на планшайбе 31 механизма подъеме и поворота. Он предназначен для перемещения механизма рук в горизонтальной плоскости. На корпусе 5 находится пневмоцилиндр 27 со штоком - поршнем 7 и пневматическое тормозное устройство. Корпус 5 неподвижно связан со штоком - поршнем 7. При подаче воздуха в левую полость пневмоцилиндр 27 перемещается также в лево по направляющем качения 30 ; связанная с ним каретка 28 перемещается до регулируемого упора 6. Торможение обеспечивается внутренними гидравлическими тормозным устройством со встроенными дросселями 29. При подаче воздуха в правую полость пневмоцилиндра 27 каретка 28 перемещается вправо и воздействуя через рычажную систему 9 на тормозное устройство 10, останавливается.

Механизм подъема и поворота представляет собой сборную конструкцию и является составной частью всех трех модификаций робота «Ритм - 01».

Механизм подъема и поворота состоит из пневмопривода одностороннего действия 35, пневмопривода 37 и гидравлического тормозного устройства, закрепленного на корпусе 3. При подаче воздуха на левый и правый пневмоцилиндр 37 происходит передача крутящего момента на планшайбу 31 через реечно - зубчатую 1 и шлицевую 2 передачи. Плавность поворота регулируемых по периферии планшайбы 31 и упоров 32 к крайним положениям обеспечивает неподвижно расположенное на корпусе 34 гидравлическое тормозное устройство. Настройка пути торможения осуществляется встроенным в устройство дросселем. Торможение в средней точке достигается при взаимодействии регулировочного устройства упора 3 с гидродемпфером , срабатывающим от пневмопривода по команде, вызываемой системой управления робота. На корпусах гидродемпферов установлены датчики положения 4 и 33, контролирующие окончания поворота, сигнал с которых поступает в устройство управления .

Для подъема - опускания планшайбы 31 вместе с корпусом 34 служит пневмоцилиндр 35. В этом случае корпус 34 перемещается по направляющим 36 качения. Торможение и контроль окончания подъема осуществляется аналогичным образом. Перемещение контролируется датчиками положения 8 и 11 , сигнал от которых поступает в устройство управления.

На рис.2 показана конструкция гидравлического тормозного устройства, используемого в механизме поворота. При взаимодействии упора, закрепленного на планшайбе механизма поворота плунжер 1 (рис.2) устанавливается и выдавливает рабочую жидкость (масло) через регулируемый дроссель 2 в центральную полость 3. При этом пружина 4 под действием поршня 5 сжимается, объем полости 3 возрастает в соответствии с объемным приходом жидкости , вытесненной плунжером 1. В результате кинетическая энергия движущийся планшайбы поглощается и рассеивается в процессе проталкивания жидкости через дроссель. Этим достигается плавная остановка (демпфирование) механизма поворота. При сходе упора с плунжера 1 жидкость из полости 3 под действием пружины 4 и поршня 5 выталкивается через дроссель 2 и шариковый обратный клапан 6 в полость под плунжером.

В результате плунжер 1 выдвигается, занимая исходное положение. Обратный клапан 6 в данном случае используется для ускоренного возврата плунжера в исходное состояние.

Рис. 2 Конструкция гидравлического тормозного устройства

 

На рис.3 показана конструкция вакуумного схвата робота «Ритм - 0.1». Схват состоит из присоски 1 и эжектора 2, создающего разряжение (вакуум) в присоске 1.Действие эжектора основано на следующем. Сжатый воздух подается во входной штуцер 3. Проходя через суживающееся сопло штуцера 3 и далее через расширяющееся сопло дросселя 4 в атмосферу струя воздуха приобретает высокую скорость. При этом она увлекает за собой воздух из щели между дросселем 4 и штуцером 3.

Рис. 3 Конструкция вакуумного схвата робота «Ритм - 0.1»

 

Таким образом происходит откачка воздуха из указанной щели и одновременно из клапана 5, являющееся его продолжением. В результате в полости присоски 1 создается разряжение, необходимое для захватывания и удержания детали.

Робот «Ритм - 0.1» снабжается блоком пневмораспределителей и системой подготовки воздуха.

Система подготовки воздуха включает влагоотделитель, регулятор давления и распылитель масла.

Блок пневмораспределителей состоит из восьми четырехканальных пневмораспределителей с условным проходом 3 мм. В конструкции пневмораспределителей предусмотрены дроссели, которые могут изменять расход воздуха из выхлопных полостей пневмопроводов для получения необходимых скоростей движения поршня. На рис.4 показан поперечный разрез робота «Ритм - 01.03» , а на рис.5 - продольный разрез руки манипулятора.

Рис. 4 Поперечный разрез робота «Ритм - 01.03»

Рис. 5 Продольный разрез руки манипулятора


5. Порядок выполнения работы

5.1.Ознакомится с описанием робота «Ритм - 0.1»,содержащимся в настоящих методических указания по выполнению работы.

5.2.Провести визуальный осмотр манипулятора и составляющих его пневмоприводов.

5.3.Изучить конструкцию манипулятора и составляющих его пневмоприводов в соответствии с ниже представленными контрольными вопросами.

 

6. Контрольные вопросы

6.1.Перечислите основные механизмы, из которых состоят роботы «Ритм - 0.1» .

6.2.Назовите перечень и основные характеристики механизмов робота «Ритм - 0.1» .

6.3.В скольких точках возможно позиционирование подвижного звена каждого из механизмов перемещений.

6.4.Покажите упоры, по которым происходит позиционирование подвижных звеньев в механизмах перемещений.

6.5.Покажите тормозные устройства (демпферы) механизмов углового, вертикального и линейного перемещений. На чем основан их принцип действия? Покажите винты регулировок интенсивности торможения. Как производится возврат штоков демпферов в исходное положение в каждом из модулей?

6.6.Поясните принцип действия и устройство гидродемпфера на примере тормозного устройства механизма поворота.

6.7.Как регулируется скорость перемещения подвижных звеньев в механизмах подвижности?

6.8.Где установлен дроссель регулировки скорости перемещений в магистрали наполнения или в магистрали опорожнения полостей двигателей?

6.9.Покажите пневмодвигатели механизмов перемещений. Отметьте их конструктивные особенности (тип двигателя, наличие либо отсутствие механизмов передачи и преобразования движений, наличие направляющих и т.п.)

6.10.Покажите как конструктивно осуществляется стыковка пневмодвигателей с пневмораспределителями. Сколько пневмодвигателей используется для управления манипулятором ?

6.11Как осуществляется смазывание трущихся поверхностей механизмов?

6.12Каковы на ваш взгляд недостатки конструкции манипулятора и его пневмопроводов. Что вы можете предложить для их улучшения?

Лабораторная работа №5