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:

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 роботом:

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 сжатого 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

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
I		Перемещение ИУ назад
2		Поворот ИУ по часовой стрелке
3		Выдвижение ИУ вперед .
4		Захватное устройство закрыто
5		Перемещение ИУ назад
6		Поворот ИУ против часовой стрелки
7		Выдвижение ИУ вперед
8		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.

1. 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