Исследование жесткости промышленного робота Fanuc M-710iC
Лабораторная работа №1
Исследование жесткости промышленного робота Fanuc M-710iC
Цель работы:
изучить порядок проведения исследования жесткостных характеристик промышленного робота Fanuc M-710iC;
овладеть основными принципами экспериментального определения деформации звеньев промышленного робота и вычисления жесткости системы;
научить студента работе на лабораторном оборудовании и методике обработки полученных результатов.
Задание на выполнение ЛР
1. Изучить устройство индикатора часового типа для измерения отклонений и индикаторной стойки.
2. Освоить метод определения деформации звеньев.
3. Приобрести практические навыки определения деформации звеньев и использования их при определении жесткости системы.
4. Обработать и проанализировать полученные результаты.
Порядок выполнения ЛР
1. Изучить настоящие методические указания.
2. Изучить устройство индикатора часового типа и индикаторной стойки.
3. Изучить порядок исследования жесткостных характеристик.
4. Подготовить оборудование и робот к проведению эксперимента.
5. Под наблюдением преподавателя провести исследование.
6. Оформить и представить к защите отчет по лабораторной работе.
Требования к технике безопасности
Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо убедиться в исправности ограждения и устройств блокировки. Свободный доступ в рабочую зону лабораторного комплекса обучающимся и преподавателям категорически запрещен. Включение и выключение электропитания производить с разрешения преподавателя. При отработке движений обучающимся и преподавателю запрещается находитьсяна расстоянии менее 2,0 м от оси вращения платформы.
Методика проведения эксперимента
Деформация звеньев под воздействием статической нагрузки от их веса в работе не учитывается. Общие соотношения определяющие жесткость звеньев промышленного роботамогут быть определены на основе эксперимента.
Рис. 24 Радиус досягаемости максимальной нагрузки для нескольких видов роботов
Промышленный робот Fanuc M-710iC имеет 6 степеней подвижности. В соответствии с паспортными данными максимальная рабочая нагрузка на фланце при максимальном вылете 500Н. Кисследуемому роботу присоединен схват, центры масс грузов, используемых при проведении экспериментов, не совпадают с центром масс схвата, положениязвеньев робота и центров масс изменяются в процессе манипулирования, поэтомув расчетах предлагается использовать приведенную нагрузку к присоединительному фланцу предплечья робота, определяемую по формуле:
, (1)
где m-масса схвата, F1i- вес груза, l1– расстояние от оси вращения 1 до присоединительного фланца предплечья робота,l2– расстояние от оси вращения 1до центра масс груза, а – расстояние от центра масс груза до центра масс схвата.
В процессе эксперимента к схвату робота поочередно прикладываются различные по величине нагрузки F1i. От их воздействияс помощью индикаторных головокизмеряютвеличины отклонений точки на схвате робота. При этом нагружение происходит в начальной точке, а измерения проводятся в позиции установки индикатора. Положениядля проведения измерений выбраны таким образом, чтобы робот был в трех различных состояниях:
· 1-3 ось обеспечивают максимальный размер по оси z, 4-6 оси - угол 90° по отношению к предплечью - «буква Г» (-90°; -35°; -3°; 0°; 3°; 0°), l2=1681 мм;
· оси 2-6 обеспечивают минимальное расстояние до оси 1 – робот «сложен» (-67; -41; -25; 0; 24; 0), l2=1525мм;
· оси 2-6 обеспечивают максимальный вылет руки – рука «вытянута» (0; 13; -27; 3; 30; 0), l2=2050мм.
Компоненты общей деформации робота измеряют индикаторной головкой фирмы Mitutoyo с ценой деления 0,01 мм (рис.25), установленной на выходном звене робота. Индикатор измеряет перемещение схвата по оси z, т.е. отклонение. Индикатор установлен на магнитной индикаторной стойке (рис.26).
Рис. 25 Индикаторная головка фирмы Mitutoyo
Рис.26Индикаторная головка смагнитной стойкой
Для каждого из нагружений в указанных положениях измерения производятсяне менее пяти раз. Полученные данные подлежат статистическойобработке. По этим данным вычисляется жесткость по формуле:
, где Fпрi- приведенная сила, 
– среднее отклонение (2)
После получения данных о жесткости строится график зависимости жесткости от нагрузки и делается вывод о характере изменения жесткости робота, как сложной электромеханической системы (рис.27).
Рис.27 Зависимость жесткости от полезной нагрузки
Рис.28 Текст программы G1
3. Переведите робот в пошаговое выполнение программыдля чегонажмите кнопку STEP.
4. Нажмите SHIFT+FWD.Переместите робот в первое положение точки измерения P1 (рис.29).
Рис. 29 Положение робота в точке P1
5. Установите на стол магнитную стойку с индикаторной головкойи обнулите показания на индикаторе (Рис. 30).
Рис. 30 Установка магнитной стойки с индикатором
6. Переведите робот в точку нагружения P2 для этого на пульте нажмитеSHIFT+FWD.
7. Возьмите груз F11=50Н. Установите груз на схат робота как показано на рис.31.
Рис. 31Схват в нагруженном состоянии
8. Переместите робот в первую точку измерений P1 - нажимая SHIFT+BWD.
9. Снимите показания с индикатора и занесите их в таблицу 9 в поле отклонение.
10. Повторите пункты 5, 6, 7, 8 не менее пяти раз, для разных нагружений:F12=100Н , F13=150Н , F14=200Н.
11. Разгрузите робот и снимите индикаторную стойку.
12. Для перемещения в положение - робот «сложен» необходимо выполнить следующие действия:
· взять пульт;
· навести кнопками курсора на строку 5.J [P3] 100% cnt100;
· нажать SHIFT+FWD, высветится сообщениеYES/NO;
· нажать YES;
· еще раз нажать SHIFT+FWD и робот переместится во вторую точку измерения P3 (рис.32).
13. Установите магнитную стойку с индикаторной головкой как показано на рис.33.
Рис. 32 Положение робота в точке Р3
Рис. 33 Установка магнитной стойки с индикатором в точке Р3
14. Повторите пункты 4, 5, 6, 7, 8, 9 для нового положения робота.
15. После выполненных измерений переместите робот в положение – рука «вытянута», для этого:
· наведите кнопками курсора на строку 7. J [P5] 100% cnt100;
· нажмите SHIFT+FWD, высветится сообщениеYES/NO, нажмите YES;
· еще раз нажмите SHIFT+FWD и робот переместится в третью точку измерения P5 (рис.34).
Рис. 34 Положение робота в точке Р5
16. Установите магнитную стойку с индикатором как показано на рис.35. 
Рис. 35 Установка магнитной стойки в точке Р5
17. Повторите пункты 4, 5, 6, 7, 8, 9 для нового положения робота.
18. Проведите статистическуюобработку результатов измерений, определите жесткость.
19. Составьте отчет.
Результаты эксперимента
| № точки измерения, Pi | № измерения | Вес, Н | Отклонение х, мм | Среднее отклонение , мм | Отклонение от среднего, ∆, мм |  , мм | Дисперсия, D(x), мм | Жесткость  , Н/мм |
| P1 | ||||||||
| … | ||||||||
| P2 | ||||||||
| … | ||||||||
| P3 | ||||||||
| … | ||||||||
| P1 | ||||||||
| … | ||||||||
| P2 | ||||||||
| … | ||||||||
| P3 | ||||||||
| … | ||||||||
| P1 | ||||||||
| … | ||||||||
| P2 | ||||||||
| … | ||||||||
| P3 | ||||||||
| … | ||||||||
| P1 | ||||||||
| … | ||||||||
| P2 | ||||||||
| … | ||||||||
| P3 | ||||||||
| … | ||||||||
Среднее отклонение: 
, (3)
где n – количество измерений;
– отклонение в «i»-й точке.
Отклонение от среднего: 
(4)
Дисперсия: 
, (5)
где 
– квадрат отклонения от среднего в в «i»-й точке.
Жесткость: 
(6)
Для каждого положения робота постройте график зависимости жесткости от нагрузки (рис.27).
Сделайте выводы по результатам работы.
Содержание отчета
Отчет должен включать в себя:
1) Название и цель работы;
2) Заполненную таблицу;
3) График зависимости полученной жесткости от нагрузки;
4) Вывод.
8. Контрольные вопросы
1) Почему не учитывается деформация звена под нагрузкой?
2) Какую максимальную рабочую нагрузку имеет промышленный робот Fanuc M-710iC на фланце и на конце схвата?
3) Какие выбраны точки измерения жесткости?
Лабораторная работа № 2
Задание на выполнение ЛР
1. Изучить методику проведения эксперимента.
2. Подготовить программы работы промышленного робота Fanuc M-710iC.
3. Приобрести практические навыки по определению погрешности позиционирования и установить соотношение между составляющими погрешностей.
4. Обработать и проанализировать результаты,полученные экспериментальным путем.
Порядок выполнения ЛР
1. Изучить настоящие методические указания.
2. Изучить методику проведения эксперимента по определению погрешности позиционирования.
3. Подготовить приборы и робот к проведению исследования.
4. Под наблюдением преподавателя провести исследование.
5. Обработать полученные результаты.
6. Оформить и представить к защите отчет по лабораторной работе.
Требования к технике безопасности
Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо убедиться в исправности ограждения и устройств блокировки. Свободный доступ в рабочую зону лабораторного комплекса обучающимся и преподавателям категорически запрещен. Включение и выключение электропитания производить с разрешения преподавателя. При отработке движений обучающимся и преподавателю запрещается находитьсяна расстоянии менее 2,0 м от оси вращения платформы.
Рис. 36 Индикаторная головка фирмы Mitutoyo
Рис. 37 Индикаторная головка на магнитная стойке
Рис.38 Пример программы
Рис. 39 Установка магнитной стойки в точке Р1
10. Нажмите SHIFT+FWD 2 раза - робот выйдет во второе положение для измерения в точке P2.
11. Устанавливаем вторую магнитную стойку с индикатором относительно выходного звена и обнуляем индикатор (рис. 40).
Рис. 40 Установка магнитной стойки в точке Р2
12. Отключите пошаговое выполнение программы нажатием клавиши STEP. Запустите программу выполнения цикла не менее пяти раз нажатием SHIFT+FWD. Снимите показания с каждого индикатора и запишите их в таблицу 10.
13. Выйдете из цикла, нагрузите робот грузом F11 = 50Н как показано на рис. 41.
Рис. 41 Схват в нагруженном стостоянии
14. Выполните пункт 12 с грузами F12 = 100Н; F13 = 150Н; F14 = 200Н.
15. Измените скорость движения робота, увеличив её в 2 раза. Повторно проведите измерения отклонений с грузами F11 = 50Н; F12 = 100Н; F13 = 150Н; F14 = 200Н.
16. Проведите статистический анализ, определите погрешность позиционирования, сопоставьте полученные результаты.
17. Постройте график зависимости полученной погрешности от нагрузки.
18. Составьте отчет, сформулируйте выводы.
Рис.42
Содержание отчета
Отчет должен включать в себя:
1) Название и цель работы;
2) Таблицу с результатами измерений и статистической обработки данных;
3) График зависимости погрешности позиционирования от нагрузки, приложенной к схвату;
4) Выводы о соответствии значения погрешности позиционирования, гарантируемого производителем робота и указанного в техническом паспорте на изделие, полученному экспериментально и влиянии скорости перемещения робота на эту характеристику.
8. Контрольные вопросы
1) Для чего важно знать величину погрешности позиционирования?
2) Сколько составляющих характеризуют погрешность промышленного робота?
3) Как определить составляющие погрешности позиционирования промышленного робота?
4) Какая паспортная допустимая погрешность промышленного робота Fanuc M-710iC?
Лабораторная работа № 3
Задание на выполнение ЛР
1. Изучить настройку систем координат объекта манипулирования.
2. Приобрести практические навыки по настройке систем координат объекта манипулирования тремя способами.
3. Приобрести практические навыки по определению отклонений при воспроизведении контура.
4. Обработать и проанализировать полученные результаты.
Порядок выполнения ЛР
1. Изучить настоящие методические указания.
2. Изучить порядок настройки систем координат объекта манипулирования.
3. Произвести настройку системы координат.
3. Подготовить оборудование и робот к проведению исследований.
4. Под наблюдением преподавателя провести исследование.
5. Получить от преподавателя индивидуальное задание.
5. Обработать полученные результаты и сформулировать выводы.
6. Оформить и представить к защите отчет по лабораторной работе.
Требования к технике безопасности
Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо убедиться в исправности ограждения и устройств блокировки. Свободный доступ в рабочую зону лабораторного комплекса обучающимся и преподавателям категорически запрещен. Включение и выключение электропитания производить с разрешения преподавателя. При отработке движений обучающимся и преподавателю запрещается находитьсяна расстоянии менее 2,0 м от оси вращения платформы.
Общие сведения
Основной функцией системы контурного управления является перемещение объекта манипулирования по траектории, воспроизводящей с заданной точностью некоторый контур.
Системы контурного управления имеют следящие приводы по каждой степени подвижности, т.е. следящие системы с обратной связью, поэтому при их совместном действии концевая точка (точка на фланце или схвате) манипулятора может совершать плавное движение по любым запрограммированным непрерывным траекториям и позиционироваться в любой точке своей рабочей зоны по заложенной программе.
Определенные специфические требования предъявляются к ПР для окраски, поскольку окрашиваемые изделия представляют собой объемные изделия сложной конфигурации. ПР для окраски должны иметь пять-шесть степеней подвижности, в том числе не менее двух ориентирующих степеней, обеспечивающих необходимую ориентацию краскораспылителей при работе. Кроме того, окрасочные ПР должны оснащаться вспомогательными устройствами. ПР вместе с вспомогательным оборудованием образуют роботизированный технологический комплекс окраски.
На точность воспроизведения контура влияют не только технологические ошибки изготовления и монтажа деталей робота, но и форма контура и скорость движения по контуру. Исследовать ошибки движения концевой точки робота по контуру необходимо для выявления отклонений и разработке методов по их исключению.
Указанная в техническом паспорте точность воспроизведения контура, характеризуемая величиной отклонения от заданной траектории движения, концевой точки промышленного робота Fanuc M-710iC составляет ±0,07 мм.
Рис. 43 Системы координат
Систему координат объекта манипулирования можно задать тремя следующими способами.
Рис. 44 Автоматическая установка вершины инструмента методом трех точек
Ориентация объекта манипулирования может быть определена методом шести точек или методом прямого списка после того, как положение установлено.
Метод шести точек
Координаты концевой точки объекта манипулирования можно определить тем же способом, что и в методе трех точек. Затем определяют пространственную ориентацию объекта манипулирования (w, p, r) (рис.45) для чего:
в режиме обучения для определения w, p и r роботу задают перемещение в положительном направлении оси X, параллельной одноименной оси системы координат объекта манипулирования, затем перемещают в точку на плоскости XZ. Используя декартову систему координат или систему координат толчковой подачи, в режиме обучения задается, что наклон объекта манипулирования не должен изменяться роботом.
Рис. 45 Метод шести точек
Метод прямого списка
При использовании метода прямого списка (рис. 46) значения могут быть заданы с пульта обучения. Это численные значения координат (x,y,z) концевой точки объекта манипулирования и углов вращения (w,p,r), которые задают ориентацию системы координат объекта манипулирования, по отношению к осям x, y и z системы координат фланца.
1 - система координат фланца,
2 - система координат объекта манипулирования
Рис. 46 Значение (w, p, r), используемое в методе прямого ввода в режиме обучения
Рис. 48 Текст программы «К1»
4. Для записи программы:
1) Нажмите клавишу Select, выберите кнопку F2 CREATE;
2) Введите имя программы К1, выбрав нужную букву на функциональных клавишах в режиме ввода UpperCase. Нажмите два раза ENTER;
3) В открывшемся окне программы введите, в каких системах координат пользователя и инструмента должен выполнять движения робот;
4) В ручном режиме переместите робота в нужную точку, нажимая SHIFT+клавиши толчковой подачи. Координата z должна быть 25 до 30 мм;
5) Для записи этой точки нажмите F1 POINT, затем выберите 2. L P[ ] 100% CNT 100, нажмите ENTER;
6) Для создания контура прямой линии:
· приподнимите схват робота с инструментом по оси z на 5мм;
· поменяйте систему координат на WORLD, нажимая клавишу COORD;
· нажимая SHIFT+клавиши толчковой подачи, переместите робот по одной из координат (либо x, либо y);
· для записи этой точки нажмите F1 POINT, затем выберите 2. L P[ ] 100% CNT 100, нажмите ENTER;
· сравните полученные координаты Р1 и Р2 точек, для этого наведите курсором на нужную точку и нажмите F5 Position;
· координаты z должны совпадать, одна из координат (x или y) должна быть неизменна, а вторая увеличиться на заданное вами расстояние;
· если координаты разные исправьте их, наведя курсором на нужную координату, на клавиатуре наберите нужную позицию и нажмите ENTER;
· для выхода из позиции точки нажмите PREV;
· запишите точки подвода и отвода к линии контура (приподнимите робот от заданных точек и запишите их в нужной строке программы).
5. Запустите программу «К1», нажимая SHIFT+FORWD.
6. Повторите программу К1 5 раз.
7. После каждого воспроизведения контура, с помощью линейки измерьте погрешность воспроизведения контура и занесите результат в таблицу 11.
8. Настройте систему координат инструмента двумя другими способами (метод шести точек, метод прямого списка).
9. Воспроизведите программу контура в разных системах координат, выбирая их нажатием клавиши COORD.
10. Получите индивидуальное задание от преподавателя для выполнения работы по определению точности воспроизведения контура.
11. Составьте отчет, сформулируйте выводы.
Таблица 11
Результаты эксперимента
| Название контура | № измерения | Отклонение x,мм | Среднее отклонение  , мм |
7. Индивидуальные задания
Варианты индивидуальных заданий представлены в таблице 12.
Таблица 12
Индивидуальное задание
| № варианта | Задание |
| 1. | Создать программу траектории движения робота по кругу с диаметром 100мм. В плоскости ZOX, с задержкой в последней точке контура на 5 сек. |
| 2. | Создать программу цикла движения робота по траектории квадрата со стороной 50мм. В плоскости ZOY |
| 3. | Создать программу траектории движения робота по траектории прямоугольника со сторонами 30мм и 50мм, с задержкой в последней точке на 10 сек. В плоскости ZOX |
| 4. | Создать программу цикла движения робота по траектории квадрата со стороной 80мм, с задержкой в конце цикла на 2 сек. В плоскости ZOY |
| 5. | Создать программу цикла движения робота по траектории круга с диаметром 150мм, с задержкой после каждого цикла на 1 сек. В плоскости ZOX |
| 6. | Создать программу цикла движения робота по траектории квадрата со стороной 40мм. В плоскости ZOY |
Содержание отчета
Отчет должен включать в себя:
1) Название и цель работы;
2) Координаты точек контура;
3) Таблицу с результатами измерений;
4) Индивидуальное задание и текст программы его выполнения;
5) Выводы о соответствии значения погрешности воспроизведения, гарантируемого производителем робота и указанному в техническом паспорте на изделие, полученному экспериментально.
9. Контрольные вопросы
1) Основная функция системы контурного управления?
2) Что такое система координат инструмента промышленного робота Fanuc M-710iC?
3) Сколько существует способов задания системы координат инструмента? Какие?
4) Что влияет на точность воспроизведения контура?
Список литературы
1. Руководство оператора «Серия роботов Fanuc. Контроллер R-J3iC»- FANUC, 2008;
2. Бурдаков С.Ф. «Проектирование манипуляторов промышленных роботов» - М: Машиностроение, 1986.-180с.
3. Руководство оператора «Серия роботов Fanuc. Погрузочный инструмент R-30iА» - FANUC, 2008.-1284с.;
4. Солонин И.С. «Математическая статистика в технологии машиностроения» - М: Машиностроение, 1972.-210с.
Лабораторная работа №1
Исследование жесткости промышленного робота Fanuc M-710iC
Цель работы:
изучить порядок проведения исследования жесткостных характеристик промышленного робота Fanuc M-710iC;
овладеть основными принципами экспериментального определения деформации звеньев промышленного робота и вычисления жесткости системы;
научить студента работе на лабораторном оборудовании и методике обработки полученных результатов.
Задание на выполнение ЛР
1. Изучить устройство индикатора часового типа для измерения отклонений и индикаторной стойки.
2. Освоить метод определения деформации звеньев.
3. Приобрести практические навыки определения деформации звеньев и использования их при определении жесткости системы.
4. Обработать и проанализировать полученные результаты.
Порядок выполнения ЛР
1. Изучить настоящие методические указания.
2. Изучить устройство индикатора часового типа и индикаторной стойки.
3. Изучить порядок исследования жесткостных характеристик.
4. Подготовить оборудование и робот к проведению эксперимента.
5. Под наблюдением преподавателя провести исследование.
6. Оформить и представить к защите отчет по лабораторной работе.
Требования к технике безопасности
Перед началом выполнения лабораторной работы необходимо убедиться в исправности ограждения и устройств блокировки. Свободный доступ в рабочую зону лабораторного комплекса обучающимся и преподавателям категорически запрещен. Включение и выключение электропитания производить с разрешения преподавателя. При отработке движений обучающимся и преподавателю запрещается находитьсяна расстоянии менее 2,0 м от оси вращения платформы.