Исполнительные устройства позиционирования

Устройства позиционирования и обеспечения заданной точности промышленных роботов с пневматическим приводом достаточно разнообразны по конструкции и принципу действия.

Таблица 1 – Погрешность позиционирования промышленных роботов и основные параметры, оказывающие влияние на нее

Под позиционированием понимается процесс торможения, останова и фиксации в конечном положении исполнительного органа или руки промышленного робота.

Причем точность позиционирования находится в противоречии с быстро­ходностью приводов роботов, обеспечивающей наибольшую их производи­тельность: чем больше скорость рабочего хода, тем труднее получить требуемую точность, тем более совершенными должны быть исполнитель­ные устройства позиционирования.

Рисунок 1 – Схема измерения составляющих ∆_x, ∆_y погрешности позиционирования робота: 1 – рука робота, 2 – рабочий орган (захватное устройство), 3 – контрольная оправка; Д – датчики (индикаторы часового типа ИЧ 10) в позициях измерения

Большинство современных роботов с пневмоприводом являются цикловы­ми, использующими системы позиционирования с жесткими механическими упорами.

Рисунок 2 – Схема к определению погрешности повторного позициони­рования (1 метод) рабочего органа промышленного робота с гистограммами и полигонами распределения составляющих ∆_x, ∆_y

Рисунок 3 – Схема к определению погрешности позиционирования по эталонной установке рабочего органа робота (II метод): а – топография точек в эллипсе рассеивания, б – контрольная оправка в заданной программной точке позиционирования

Такие системы достаточно просты, надежны, позволяют получать позиционирование с погрешностями в пределах ∆_n = ± 0,1 мм, однако для плавного и безударного останова, исключающего отскок и колебание рабочего органа IIP при наезде на упор, необходимы дополнительные уст­ройства.

Их основным назначением служит уменьшение скорости рабоче­го минимального допустимого уровня в соответствии с заданным законом регулирования, а сама фиксация происходит посредством прижатия рабочего органа к упору силой давления воздуха. Одной из задач, решаемых указанными системами, является обеспечение позиционирования в промежуточных точках вдоль траектории перемещения рабочего органа, что невозможно для имеющих лишь два крайних фиксируемых положения обычных пневматических цилиндров.

Примеры систем позиционирования про­мышленных роботов с пневмоприводом, нашедших в настоящее время дос­таточно широкое применение, приведены на рисунках 4 – 7.

Система позиционирования с датчиком обратной связи (рисунок 4) включает пневмоцилиндр 1, обеспечивающий рабочие перемещения робота, тормозной пневмоцилиндр 2 с фрикционной накладкой, крепящей­ся к штоку, датчик обратной связи 3, вращающийся при движении рей­ки 4, жестко связанной со штоком основного приводного пневмоцилиндра. В системе имеется управляющее устройство (УУ), выполненное в виде электронного блока, которое обеспечивает включение и выключение эле­ктромагнитов пневмораспределителей по сигналам, поступающим от дат­чика обратной связи.

Характер торможения может быть различным, что иллюстрируется гра­фиком изменения скорости (V_р.о) рабочего органа в функции пути тор­можения (l_торм). Здесь кривые 1 и 2 показывают плавное изменение скорости с разным убыванием ее величины, чем объясняется возникнове­ние погрешности позиционирования (∆_n), а кривая 3 – ступенчатое торможение, сопровождаемое включением и выключением тормозного пневмоцилиндра на длине пути l _торм.

Система промежуточного позиционирования с выдвигаемыми упорами (рисунок 5). Пневмоцилиндр I, питаемый от пневмосети робота через распределитель, имеющий шток 2, на котором закреплена рейка 3 с жестким упором 4 на конце, перемещаемый вдоль выдвигаемых упоров, выполненных в виде штоков пневмоцилиндров 5, ус­тановленных в точках позиционирования вдоль всего рабочего перемеще­ния робота.

Упоры выдвигаются по программе при подаче воздуха в ниж­нюю часть указанных пневмоцилиндров, которые смонтированы на общей штанге 6, которую они захватывают при срабатывании жесткого упора по выдвигаемым упорам и смещают в направляющих. При этом торможение обеспечивается демпферами 7 с регулируемым дросселированием воздуха, а момент окончания позиционирования фиксируется по сигналу от контактов 8, замыкаемых в крайнем положении.

Двусторонняя установка демп­феров позволяет производить промежуточное позиционирование при прямом и обратном ходе. Система применяется в промышленных роботах портального типа.

Пневмогидравлические исполнительные устройства (рисунок 6). В них привод перемещения рабочего органа построен на использовании пневмоцилиндра 1, а система позиционирования робота выполнена в виде гидравлического цилиндра 2 с дроссельным регулированием (стабилизацией) скорости.

Штоки этих цилинд­ров связаны общей планкой 3, что обеспечивает их синхронное переме­щение. В системе предусмотрен гидрораспределитель 4, выполняющий роль гидрозамка, который фиксирует положение рабочего органа. Скорость перемещения штока задается настройкой соответствующего дросселя 5, установленного на выходе из левой и правой частей гидроцилиндра. Обратные клапаны 6 обеспечивают беспрепятственное перетекание жидкости в требуемом направлении. Гидроаккумулятор 7 нужен для компенсации разности объемов шкотовой и поршневой полостей гидроцилиндра, а также возможных утечек жидкости.

Рисунок 4 – Пневмомеханическая система позиционирования с датчиком обратной связи: а – принципиальная схема; б – график скорости торможения

Рисунок 5 – Модуль промышленного робота с выдвигаемыми упорами для позиционирования в промежуточных точках

Шаговый электропневматический при­вод (рисунок 7). Содержит кулачковый шток 1, несущий рабочий орган (захват) робота, поршни-толкатели 2, распо­ложенные в радиально выполненных отверстиях сборного корпуса 3. Внешние торцы толкателей закрыты эластичными прокладками 4, обеспе­чивающими герметичность устройства. Электропневматическое коммути­рующее устройство 5 обеспечивает последовательное включение в работу групп тол­кателей, размещенных друг от друга на расстоянии l_n. В систему входит управляющая цифровая ЭВМ 6 с модулятором 7, задающим алгоритм управления толкателями в виде пакета электрических импульсов, кото­рые после прохождения электронного коммутирующего блока 8 и усиления подаются на управление электромагнитами пневмораспределителей.

При работе поршни-толкатели воздействуют на скошенную образующую кулачкового вала, развивая осевое усилие. Его величина увеличивается с увеличением количества одновременно работающих толкателей. Целенаправленное шаговое перемещение штока с заданной точностью пози­ционирования осуществляется путем коммутации пневмораспределителей каждой поршневой группы по алгоритму, зависящему от числа групп и тактов управления.