Основы мехатроники и робототехники
Основы мехатроники и робототехники
Лабораторные работы
Правила техники безопасности при проведении лабораторных работ по курсу «Основы робототехники»
К лабораторным работам с промышленными роботами допускаются студенты, в полной мере освоившие устройство робота и принципдействия 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.
Пред подготовкой промышленного робота к работе необходимо:
- Убрать все посторонние предметы из зоны действия робота.
- Проверить наличие ограждения опасной зоны робота.
- Убедиться в том, что робот отключен от электро- и пневмопитания.
- Убедиться в исправности сети электропитания и заземления.
При работе с роботом:
- Занять позицию вне зоны действия робота.
- Подать электропитание с центрального распределительного щита, доступ к которому всегда должен быть свободен.
- Подать пневмопитание и убедиться в исправности сети его подачи. При наличии утечки сжатого воздуха, отключить пневмопитание и прекратить выполнение работы до устранения утечки.
- 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.
- При работе должна обеспечиваться возможность экстренного отключения робота.
- При проведении работы следить за тем, чтобы никто не находился в зоне действия робота.
- После окончания лабораторной работы выключить робот в соответствии с описанием лабораторной работы, выключить общее электро- и пневмопитание.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИЗУЧЕНИЕ ЦИКЛОВОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА ПР–18–2
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - знакомство с системой управления промышленного робота ПР – 18 – 2 и методом программирования его рабочего цикла.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА РИТМ 01.03
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - знакомство с конструкцией манипулятора, системой циклового программного управления и программированием промышленного робота "Ритм 01.03"
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА ПР5–2Э С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ – знакомство с особенностями конструкции манипулятора и системой программного управления на базе программируемого микроконтроллера.
Назначение и технические характеристики робота
Промышленные роботы ПР5–2Э различного исполнения предназначены для выполнения сборочных, вспомогательных и других операций, а также функций управления в составе робототехнических комплексов в приборостроении.
Роботы ПР5–2Э являются универсальными сверхлегкими стационарными встраиваемыми роботами с одним манипулятором модульной конструкции, работающим в цилиндрической или прямоугольной декартовых системах координат. Привод пневматический. Управление цикловое по временному принципу, осуществляется программируемым микроконтроллером через посредство блока пневмораспределителей. Программа вводится в запоминающее устройство микроконтроллера путем последовательного набора команд на клавиатуре пульта управления.
Структурно кинематическая схема манипулятора робота исполнения ПР5 – 2Э приведена на рис. 1.
Технические характеристики ПР
Номинальная грузоподъемность….............………………. 0.32кг
Максимальная погрешность позиционирования…..……. 0.1 км
Максимальная скорость перемещения модулей:
линейных……………………………………..........………. 200 мм/с
угловых …..........................………………………………… 180 град/с
Число степеней подвижности ….............………………… 3
Максимальное перемещение по осям: Х = 150 мм, Y = 50 мм,
Z = 160 мм
Объем памяти для хранения программ………………….. 256 команд
Время хранения программы не менее 6 месяцев.
Устройство робота пр5–2э
Роботы ПР5–2Э выполнены по блочно-модульному принципу. Рассматриваемый робот (рис. 2) содержит 3 модуля линейных перемещений, блок пневмораспределителей БРП – 4 с четырьмя пневмораспределителями (три распределителя управляют работой модулей манипулятора, 4-й схват), программируемый микроконтроллер МКП – 1 – 16 – 0.5,имеющйй 16 входов и выходов и объем памяти 512 байт.
Модули линейных перемещений представляют собой функционально законченные звенья, снабженные пневмодвигателями, устройствами демпфирования ударов в конце хода, устройствами регулирования скорости и величины перемещения.
Для демпфирования ударов используются специальные пневмоцилиндры, снабженные дросселями и обратными клапанами. Роль обратных клапанов со стороны штоков выполняют уплотнительные макеты, работающие по штоку. Действие демпфирующих цилиндров основано на том, что энергия удара перемещающихся масс расходуется на проталкивание сжимаемого в цилиндре воздуха через малые сечения дросселирующих каналов.
Программируемый микроконтроллер МКП–1 предназначен для циклового двухпозиционного управления манипуляторами и технологическим оборудованием.
Областью наиболее эффективного применения микроконтроллера является управление роботизированными технологическими комплексами и автоматическими линиями при автоматизации технологических процессов в условиях серийного и мелкосерийного производства, когда требуется развитое программно-логическое управление, оперативная смена управляющих программ, а использование универсальных средств вычислительной технике экономически нецелесообразно ввиду их высокой стоимости и сложности обслуживания.
Микроконтроллер осуществляет формирование сигналов на исполнительные устройства, прием информации от датчиков состояния оборудования, формирование выдержек времени, управление счетчиками, обращение к подпрограммам, организацию условных и безусловных переходов по программе, а также редактирование и контроль программ, и тестовый контроль модулей.
Режимы работы:
под управлением программы, записанной в память рабочих программ (автоматическое управление);
под управлением команд, поданных с пульта управления (ручное управление)
пошаговое выполнение программы;
запись команд в память рабочих программ (программирование);
просмотр программы (вывод на индикацию содержимого памяти рабочих программ).
Ввод и отладка программы, управление режимами работы осуществляется с встроенного пульта управления (рис. 3). Отображение информации – на однострочном дисплее из восьми семи – сегментных индикаторов и светодиодных индикаторах пульта управления. При вводе информации с клавиатуры пульта управления и выводе ее на дисплей используется шестнадцатеричная система счисления.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА РФ–202
Цель работы
Целью работы является изучение устройства и принципа действия цикловой системы программного управления промышленным роботом РФ-202М, освоение методики программирования и приобретение практических навыков настройки функционирования робота по заданной программе.
Теоретические сведения
Пример программирования
Пусть манипулятору необходимо перенести деталь из точки А в точку Б. Используем для этой операции левое захватное устройство. В исходном состоянии левое захватное устройство открыто и находится в точке Б.
На рисунке показана последовательность перемещений манипулятора (вид сверху), а в таблице - вариант программы I, записываемой в запоминающее устройство системы управления.
Рис. Последовательность перемещения манипулятора
№ команды | Символика перемещений | Комментарий |
![]() | Перемещение ИУ назад | |
![]() | Поворот ИУ по часовой стрелке | |
![]() ![]() | Выдвижение ИУ вперед . | |
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() | Захватное устройство закрыто | |
![]() | Перемещение ИУ назад | |
![]() ![]() ![]() | Поворот ИУ против часовой стрелки | |
![]() ![]() ![]() | Выдвижение ИУ вперед | |
![]() ![]() | Захватное устройство открыто |
Задание на работу
3.1. Ознакомиться с методическими указаниями к лабораторной работе, визуально освоить устройства управления. Осмотреть пульт управления. Точно знать функциональное назначение каждой кнопки и клавиши и изображения табло пульта управления.
3.2. Внешне осмотреть робот РФ-202М. Усвоить направления перемещения звеньев манипулятора (передвигая их вручную).
3.3. Отчитаться перед преподавателем о знаниях функционального назначения управляющих органов пульта.
3.4. Подготовить в соответствии с пунктом 2.3 устройство к работе в режиме обучения.
3.5. Записать программу I в модуль памяти в соответствии с пунктом 2.4.
3.6. Составить программу 2 переноса детали с выдержкой 3.5 в точке 2 программы I.
3.7. Записать программу 2 в модуль памяти.
3.8. Проверить работу программ I и 2 в режиме обучения.
3.9 Перейти к работе в автоматическом режиме:
-
установить масштаб таймера кнопкой ;
-
нажать кнопку автоматической работы ;
- нажать кнопку ПУСК;
- для прерывания программы нажать кнопку СТОП.
3.10. Составить программу 3 синхронного переноса деталей двумя захватными устройствами в соответствии с программой I.
3.11. Записать программу 3 в модуль памяти в режиме обучения.
3.12. Составить программу 4, которая отличается от программы 3 введением временной задержки длительностью 9 с. в точке 6 программы I.
3.13 Записать программу 4 в модуль памяти в режиме обучения.
3.14. Проверить работу программы 3 и 4 в автоматическом режиме в соответствии с п. 3.9.
3.15. Оформить отчет по работе.
Отчет о работе
Отчет должен содержать:
1. Название работы.
2. Задание.
3. Программы I, 2, 3, 4 работы манипулятора.
4. Порядок работы оператора в режиме обучения и в автоматическом режиме.
5. Ответы на контрольные вопросы.
5. Контрольные вопросы
1. Каков порядок работы оператора в режиме обучения робота?
2. Каков порядок работы оператора в автоматическом режиме работы?
3. Как выполняется задержка времени при переносе детали захватным устройством?
4. Указать особенности работы устройства робота в режиме обучения и в автоматическом режиме.
5. Каков алгоритм работы устройства в режиме обучения и автоматическом режиме при реализации технологических команд?
Библиографический список
1. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9-ти кн. Кн. 9. Лабораторный практикум по робототехнике; Учеб. пособие для втузов/ В.3, Рахманкулов, В. П. Лещинский, С.В. Манько и др.; Под ред. И. М. Макарова. – М.: Высшая школа, 1986. - 176 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ЭЦПУ – 6030 ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА МП – 9С
Цель работы
Целью работы является изучение устройства ЭЦПУ-6030 и принципа действия цикловой системы программного управления промышленным роботом МП-9С, освоение методики программирования и приобретение практических навыков настройки функционирования робота по заданной программе.
Теоретические сведения
Эксплуатация устройства
При включении питания звенья манипулятора автоматически приходят в положение, которое соответствует изображению в нижнем ряду табло индикации состояния звеньев манипулятора. Чтобы избежать нежелательных перемещений звеньев при включении питания, звенья манипулятора перед включением сети необходимо вручную вывести в исходное положение согласно табло индикации состояния звеньев.
Устройство вводится в рабочее состояние в следующем порядке:
нажатием кнопки СЕТЬ включить питание;
установить режим работы РУЧНОЙ и с помощью кнопок ручного управления звеньями манипулятора вывести в исходное положение;
установить режим работы АВТОМАТ;
нажать кнопку СБРОС СЧК;
нажать кнопку ПУСК. При этом робот начнет функционировать по программе;
перед остановкой устройства установить режим работы ЦИКЛ.
Робот дорабатывает последний цикл и останавливается, манипулятор приходит в исходное состояние;
выключить питание устройства нажатием кнопки аварийного выключения питания.
Задание на работу
1. Изучить функциональную схему, принцип действия и конструктивные особенности системы управления.
2. Визуально освоить систему управления ЭЦПУ-6030. Осмотреть пульт управления. Точно знать функциональные назначение каждой клавиши и изображения табло пульта управления.
3. Внешне осмотреть робот МЛ-9С. Усвоить направления перемещения звеньев манипулятора (передвигая их вручную).
Отчитаться перед преподавателем в знаниях функционального назначения управляющих органов - пульта управления системы ЭЦПУ-6030.
В соответствии с разделом "Эксплуатация устройства ЭЦПУ-6030 практически освоить все режимы работы системы управления.
В режиме РУЧНОЙ произвести отработку всех команд управления роботом.
4. Составить алгоритм функционирования робота, как это показано в табл. 3. Число должно быть не менее 7 и не более 15. Записать в каждом шаге код кадра соответствующий словесному описанию алгоритма. Программа должна быть оформлена в виде таблицы аналогично табл. 3).
Набрать программу на программоносителе. Отладку программы произвести последовательно в режимах КОМАНДА, ЦИКЛ, АВТОМАТ.
Продемонстрировать преподавателю функционирование робота по составленной программе. По указанию преподавателя, воспользовавшись командами 15, 16, 17, 18, (одной или несколькими) из табл. 2, усложнить программу. Модифицированную программу отладить и вновь продемонстрировать преподавателю.
Отчет о работе
Отчет должен содержать:
1) задание;
2) алгоритм программы;
3) результаты отладки программы работы робота,
4) особенности работы системы управления в различных режимах;
5) результаты работы программы с дополнительными командами;
6) выводы.
Пункт 2 отчета должен содержать таблицу (аналогичную табл.3), в которой приводятся словесное описание алгоритма движения робота и программа в виде кодов кадров, краткое обоснование составления алгоритма, т.е. сопоставления алгоритма некоторой технологической операции, где возможна аналогичная последовательность, движений робота.
Пункт 3 должен содержать сведения о ходе программирования и об отладке программы робота; перечень ошибок при программировании и отладке, их внешнее проявление, причины, номер шага программы, способ устранения ошибок программирования.
Пункт 4 отчета должен содержать сведения о различных режимах системы управления ЭЦПУ - 6030: привести сравнительную оценку функциональных возможностей различных режимов и использования их при программировании и отладке.
Пункт 5 отчета должен включать описание дополнительных изменений в ранее составленной программе работы робота. В нем следует показать, как эти изменения повлияли на программирование, отладку; описать, какие возможности представляют внесенные команды при выполнении каких-либо технологических операций.
В выводах отмечается соответствие работы робота программе, указываются достоинства и недостатки цикловых систем управления роботами.
5. Контрольные вопросы
1. Объяснить принцип позиционирования в цикловых работах.
2. Изобразить графически укрупненную схему цикловых систем управления и указать функциональное назначение блоков.
3. Назвать виды программоносителей и методы записи программ в цикловых системах управления.
4. Объяснить функциональное назначение следующих команд в системе ЭЦПУ-6030: ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КОМАНДА, ВВДЕРЖКА ВРЕМЕНИ, ПРОПУСК, ПЕРЕХОД, ОСТАНОВ, КОНЕЦ ПРОГРАММЫ.
5. Объяснить функциональные возможности системы ЭЦПУ-6030 в режимах: РУЧНОЙ, КОМАНДА, ЦИКЛ, АВТОМАТ.
6. Что такое работа по путевому принципу?
7. Что такое работа по временному принципу?
8. Объяснить функциональное назначение обратной связи в цикловых системах управления.
9. В каких технологических процессах допускается применение цикловых роботов?
Библиографический список
1. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9-ти кн. Кн. 9. Лабораторный практикум по робототехнике: Учеб. пособие для втузов/ Б. З. Рахманкулов, В. П. Лещинский, С. В. Манько и др.; Под ред. И. И. Макарова. – М.: Высш. школа, 1986 г. - 176 с.
2. Управляющие системы промышленных роботов/Е. И. Андрианов, Л. Я. Глейзер, М. Б. Игнатьев и др. - М.: Машиностроение, 1984 - 231с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
ИЗУЧЕНИЕ ПОЗИЦИОННОЙСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ УПМ-772
ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА ТУР-10
Цель работы
Цель работы – изучение позиционной системы управления промышленного робота (ПР) и получение практических навыков в составлении и отладке программы работы устройства.
- Теоретические сведения
Технические характеристики
Позиционные системы управления ПР предназначены для получения достаточно большого(по сравнению с цикловыми системами управления) числа точек позиционирования в рабочем пространстве манипулятора, без контроля движения между ними (в отличии от контурных систем управления). Позиционные системы используются для управления следящими электрическими, электрогидравлическими и пневматическими приводами замкнутого типа.
При проведении настоящей лабораторной работы используется ПР ТУР-10 с управлением от унифицированного устройства позиционного числового программного управления УПМ-772. Кинематическая схема ПР ТУР-10 приведена на рис. 1.
Рис. 1. Кинематическая схема ПР ТУР-10
Технологический универсальный робот ТУР-10 является шарнирно-сочлененным электромеханическим роботом с приводами, расположенными на основании, работающем в угловой системе координат. Он предназначен для автоматизации основных технологических операций, таких как сборка, точечная сварка, окраска и т. д. , а так же для выполнения вспомогательных операций при обслуживании различного технологического оборудования. Основные технические характеристики ПР ТУР-10 приведены в табл. 1.
Таблица 1
Число степеней подвижности, шт. | |
Грузоподъемность, кг. | |
Точность позиционирования, мм. | (-0,2) – (+0,2) |
Тип управляющего устройства | позиционное |
Масса манипулятора, кг. |
Задание на работу
3.1. Изучить назначение, состав, функциональную схему и принцип работы устройства управления УПМ-772.
3.2. Изучить и визуально освоить назначение органов управления и индикации устройства УПМ-772.
3.3. Изучить режимы работы и порядок операций устройства УПМ-772.
3.4. Отчитаться перед преподавателем о знаниях функционального назначения органов управления и порядка операций при выполнении различных режимов работы.
3.5. В присутствии преподавателя включить устройство УПМ-772 в работу в следующем порядке:
включить тумблер питания на стойке блока управления приводом;
нажать кнопку ВКЛ на стойке устройства УПМ-772;
выполнить операции в режиме НУ;
выполнить операции РЗ;
выполнить операции в режиме НУ;
включить кнопку питания электроприводов на блоке управления приводом.
3.6. Провести проверку движения звеньев манипулятора в режиме ручного управления, для этого необходимо:
выполнить операции в режиме РУ;
с помощью пульта обучения, нажимая кнопки (+) или (-), проверить работу каждой степени подвижности манипулятора при различных скоростях, задаваемых нажатием кнопки СКОРОСТЬ на пульте обучения;
3.7. Запрограммировать работу робота ТУР-10, и записать программу в буферное запоминающее устройство, для этого необходимо:
получить у преподавателя задание на составление программы;
выполнить операции в режиме ОБУЧ;
задать на пульте управления с помощью переключателя СКОРОСТЬ скорость движения звеньев (устройство обеспечивает задание одной из 8 скоростей, от минимальной - 0, до максимальной - 7);
задать на пульте управления с помощью клавиш I и II СТЕПЕНЬ ТОЧНОСТИ точность положения координат звеньев манипулятора (устройство обеспечивает три степени точности положения координат: 0 – высокая, все клавиши в не нажатом положении; I -средняя, нажата клавиша I; 2 - низкая - нажаты клавиши I и II);
задать с помощью переключателей ЗОНА и ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМАНДЫ на пульте управления, если необходимо, номер зоны и номер технологической команды;
задать с помощью переключателей, КОМАНДЫ ПЕРЕХОДОВ номер команды переходов (0 - при обучении, I - условный переход, 3 - безусловный переход к первому кадру программы);
с помощью пульта обучения, нажимая кнопки (+) ,или (-), задать положение звеньев манипулятора в пространстве;
нажать кнопку ЗАПИСЬ КАДРА на пульте обучения, записав тем самым точку позиционирования в буферное запоминающее устройство УПМ-772;
убедившись в увеличении номера кадра на единицу на лампах цифровой индикации, нажать кнопку ПУСК;
повторить последние три пункта для каждой точки позиционирования манипулятора;
в конце обучения установить с помощью переключателя КОМ КОМАНДЫ ПЕРЕХОДОВ номер перехода 3, нажать кнопки ЗАПИСЬ КАДРА и ПУСК;
переключатель режимов перевести в положение НУ и нажать кнопку ПУСК;
ВНИМАНИЕ! При выполнении пунктов 3.8 и 3.9 проявлять особое внимание; если обнаруживается, что манипулятор выполняет непредусмотренные движения, немедленно нажать одну из красных кнопок СТОП на пульте обучения, пульте управления или блоке управления приводов.
3.8. Проверить функционирование робота по записанной программе, для этого необходимо:
установить тумблер АВТ/КАДР в положение КАДР;
в режиме НУ нажать кнопку ПУСК;
переключатель режимов установить в положение КНР и нажимая кнопку ПУСК проверить функционирование робота по программе;
после завершения, программы установить тумблер АВТ/КАДР в положение АВТ и в режиме НУ нажать кнопку ПУСК;
переключатель режимов установить в положение КНР и нажав кнопку ПУСК проверить работу робота в автоматическом режиме;
после завершения цикла работы перевести переключатель режимов в положение НУ и нажать кнопку ПУСК.
3.9. Запустить промышленный робот в работу по заданной программе, для этого необходимо;
установить переключатель режимов в положение ПРОГР и нажать кнопку ПУСК;
после выполнения нескольких циклов остановить робот, нажав одну из красных кнопок СТОП на пульте обучения, пульте управления или стойке управления приводами;
3.10. Выключить устройство УПМ-772, для этого необходимо:
выключить пульт управления нажав кнопку ОТКЛ;
отключить питание, выключив тумблер питания на стойке управления приводами.
Отчет о работе
Отчет должен содержать:
1. Задание на работу.
2. Примерную схему c обозначением отработанных точек и траекторий прохождения исполнительного органа ПР между ними.
3. Порядок программирования на УПМ-772.
4. Анализ результатов и выводы.
5. Ответы на контрольные вопросы.
5. Контрольные вопросы
1. Каковые основные особенности, ПР с позиционным управлением?
2. По кинематической схеме ПР ТУР-10, представленной на рис. I, нарисовать рабочую зону робота в 3-х проекциях.
3. Какими параметрами кинематической схемы робота определяются размеры и форма его рабочей зоны?
4. Описать состав кадра программы позиционного управления.
5. Каковы особенности обучения робота с системой позиционного управления?
6. Каковы достоинства и недостатки программирования с помощью устройства УПМ-772?
Библиографический список
1. Устройство числового программного управления УПМ-772 /Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Ленинград: ЦКБ, 1975. - 148 с.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ РБ-242.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ РОБОТА
1. Цель и задачи работы
Цель работы: приобретение навыков программирования и управления промышленным роботом РБ-242.
Задачи работы:
1. Ознакомление с конструкцией основных модулей робота РБ-242.
2. Изучение устройства и принципа действия промышленного робота РБ-242.
Теоретические сведения
Порядок выполнения работы
1. Изучить принцип действия и основные технические характеристики промышленного робота РБ-242.
2. Ознакомиться с конструкцией основных узлов робота.
3. Провести визуальный осмотр конструкции робота.
4. Зарисовать общую компоновку манипулятора робота и схему его движений.
Оформление отчета
В отчет заносятся:
1. Номер и название лабораторной работы.
2. Цель и задачи работы.
3. Основные технические характеристики робота РБ-242.
4. Эскиз общей компоновки робота.
5. Схема движений робота.
5. Контрольные вопросы
1. Для выполнения каких технологических операций предназначен ПР РБ-242?
2. Какова основная конструктивная особенность манипулятора робота РБ-242 и с чем связана эта особенность?
3. Как осуществляется регулирование скоростей движения робота?
4. Что такое S-коды?
5. Что представляет собой программа для робота и в какой последовательности располагаются в памяти элементы данных?
Основы мехатроники и робототехники
Лабораторные работы