Исполнительные устройства позиционирования

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

Табл. 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.

Рис. 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.

Рис. 2. Схема к определению погрешности повторного позиционирования

(1 метод) рабочего органа промышленного робота с гистограммами и полигонами распределения составляющих ∆_X , ∆_Y

Рис. 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 ∆_П = ± 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 рис. 4 – 7.

Система позиционирования с датчиком обратной связи (рис. 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 (∆_П), а кривая 3 – ступенчатое торможение, сопровождаемое включением и выключением тормозного пневмоцилиндра на длине пути l _торм).

Система промежуточного позиционирования с выдвигаемыми упорами (рис. 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 (рис. 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.

Рис. 4. Пневмомеханическая система позиционирования с датчиком

обратной связи: а – принципиальная схема; б – график скорости торможения

Рис. 5. Модуль промышленного робота с выдвигаемыми упорами для позиционирования в промежуточных точках

Шаговый электропневматический привод (рис. 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_В. 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.