содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

УСТРОЙСТВО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ АПС-1

Алгоритмы управления. Устройство АПС-1 предназначено для управления гаммой промышленных роботов типа ’Универсал”, в том числе для управления роботом ’Универсал-5.02”.

В соответствии с принятой классификацией устройств программного управления промышленных роботов устройство АПС-1 относится к автономным позиционным устройствам. Оно обеспечивает выполнение следующих характерных алгоритмов управления:

формирование управляющей программы путем обучения робота по первому технологическому циклу;

автоматическое независимое и одновременное перемещение подвижных органов манипулятора в заданную точку позиционирования с программируемыми скоростью и точностью и регулируемой характеристикой торможения по каждой координате;

ввод-вывод дискретных команд управления электроавтоматикой манипулятора и обслуживаемого оборудования с контролем выполнения каждой команды;
циклическую или пошаговую отработку кадров управляющей программы с программированием времени задержки между кадрами;

последовательную отработку информации, записанной в кадре, — перемещение подвижных органов манипулятора; ввод-вывод команд на манипулятор; ввод-вывод команд на обслуживаемое оборудование;

индикацию текущего кадра управляющей программы, режимов работы устройства и аварийных ситуаций;

связь с ЭВМ высшего уровня, работающей в режиме диспетчера программы.

Формирование управляющей программы осуществляется оператором по кадрам, которые содержат информацию о положении подвижных органов манипулятора и команды управления. Оператор устанавливает необходимый кадр программы и с помощью пульта обучения перемещает захватное устройство манипулятора в требуемую точку. Значения параметров этого движения манипулятора заносятся в накопитель устройства. Одновременно оператор осуществляет преднабор команд ввода-вывода с пульта устройства. Таким образом, моделируя технологический цикл робота, оператор формирует управляющую программу.

Правильность записанной программы оператор проверяет в автоматическом режиме, визуально контролируя положение захватного устройства. Необходимая корректировка программы может быть осуществлена путем повторного обучения робота в соответствующих точках позиционирования. Наличие алгоритма обучения обеспечивает возможность гибкого использования робота для автоматизации различных технологических процессов.

Манипулятор представляет собой сложную кинематическую цепь и как объект управления предъявляет характерные требования к выполнению алгоритма позиционирования. Степени подвижности манипулятора имеют различные динамические и статические параметры. Так как скорость и точность позиционирования подвижных органов манипулятора достаточно высокие, возникает необходимость введения в контур управления нелинейных звеньев, которые обеспечивают заданное качество позиционирования: быстродействие, отсутствие колебаний

и перерегулирования. В этих целях в устройстве предусмотрев на автономная регулировка характеристики торможения по каждой степени подвижности.

Реализация процесса позиционирования с различными точностью и скоростью определяется технологическими особенностями использования робота. В частности, расширение зоны позиционирования уменьшает его время, а следовательно, увеличивает быстродействие робота в цикле.

В алгоритме управления электроавтоматикой манипулятора и обслуживаемого оборудования предусмотрен контроль выполнения команд, что обеспечивает высокую функциональную надежность робота, а также синхронизацию циклов работы манипулятора и обслуживаемого оборудования. Указанный алгоритм реализуется таким образом, что каждый последующий переход выполняется только после окончания предыдущего. Это контролируется соответствующими информационными датчиками.

В устройстве предусмотрена определенная последовательность отработки информации, записанной в кадре, что обусловлено необходимостью увеличить плотность записи управляющей программы и является характерной особенностью устройств управления промышленных роботов.

Для организаций иерархической структуры системы управления гибкими производственными системами (ГПС) в устройстве предусмотрена реализация алгоритма связи с ЭВМ высшего уровня. ЭВМ высшего уровня обеспечивает диспетчирование управляющей программы по кадрам.

Описанный состав алгоритмов предполагает определенную структурную организацию устройства, которая описана ниже.

Программирование устройства. Составление, ввод и отладка управляющей программы осуществляются по кадрам. В состав кадра входят команды о перемещениях захватного устройства по степеням подвижности, группы команд управления электроавтоматикой манипулятора и обслуживаемого оборудования, вспомогательные команды управления скоростью и точностью позиционирования, команды задержки цикла.

Структура кадра позиционная, т.е. каждой из перечисленных команд присвоены определенные разряды кадра, как показано в табл. 1. Команды управления перемещением захватного устройства записываются в двоичном коде и соответствуют номеру точки позиционирования по каждой координате, а команды управления электроавтоматикой манипулятора и обслуживаемого оборудования - номеру команды в двоичном коде в пределах каждой группы. Вспомогательные команды записываются в унитарном коде, кроме команд задержки цикла, номер которой представляется в двоичном коде.

Таблица 1

Программоносителем является штекерный барабан. В режиме обучения оператор набирает необходимые команды в кадре с помощью штекеров, контролируя правильность набора на табло индикации. Вспомогательные команды выбора скорости, точности и задержки цикла связаны с соответствующими органами для регулирования их параметров. Управление временем задержки цикла осуществляется с пульта оператора, скоростью по степеням подвижности — с соответствующих плат формирователя и погрешностью позиционирования — с платы управления циклом.

Команды управления электроавтоматикой манипулятора — двухпозиционные, т.е. обеспечивается их включение и выключение по программе. При этом выключение соответствующей команды, набранной в разрядах 24-30, осуществляется при наборе команды СБРОС в разряде 33.

Команда ’^Ускоренный перевод” используется для ускоренной установки программы на начальный кадр. Кадры, в которых набрана указанная команда, не считаются, а перевод барабана осуществляется с повышенной скоростью. Команда ’^Контроль осветителя” не программируется и используется для контроля работы импульсной лампы считывателя. При отсутствии вспышки устройство блокирует исполнение команд, записанных в кадре.

Функциональная схема устройства. Устройство (рис. 2) может работать в трех режимах: ручном, автоматическом и от ЭВМ.

Рис. 2. Функциональная схема устройства АПС-1

В ручном режиме оператор выполняет набор программы на программоноситель промышленного робота ПР, пользуясь технологической картой переходов, записывает координаты точек позиционирования захватного устройства по каждой степени подвижности. При этом оператор имеет возможность наблюдать формат кадра на табло индикации Ин, выбирать нужный кадр при ускоренном и стартстопном режимах работы устройства ввода программы УВв.

С помощью контрольного устройства КУ оператор контролирует баланс измерительных мостов, образованных потенциометрами датчиков положения ДП и потенциометрами накопителей координат /77-/76. Сигнал на вход контрольного устройства поступает со схем сравнения УС1-УС6.

В ручном режиме оператор имеет возможность подать команды на манипулятор с пульта устройства, пользуясь переключателем ПТК При этом осуществляется индикация поданных команд с одновременным запретом прохождения команд, набранных в программе, после нажатия кнопки отработки команд КМ. При отпущенной кнопке КМ обеспечивается индикация номеров команд, заданных в программе, но запрещается их отработка.

С пульта обучения ПО оператор управляет движением по

каждой степени подвижности, выбирая направление движения и скорость (переключатели "Вперед” "Назад19 потенциометр ПС), подает команды зажима и разжима захватного устройства (кнопки "Зажим ” "Разжим ").

Контроль записанной программы осуществляется по кадрам в автоматическом режиме. Для этого устройство ввода программы переключается в стартстопный режим и устанавливается начальный кадр программы. При установке кадра происходит его считывание устройством считывания УСч и запись в накопительный регистр. Используя табло индикации, оператор проверяет содержание кадра. Номера точек позиционирования захватного устройства, заданные в кадре, преобразуются в унитарный код с помощью дешифраторов Деш1-Деш 6.

Сигналы с выходов дешифраторов усиливаются с помощью усилителей УК1-УК6, и происходит включение соответствующих потенциометров П1-П6 в накопителях. Положение датчиков можно контролировать с помощью устройства КУ\ подключенного к выходам устройств сравнения УС1-УС6, сигналы с которых поступают также на входы устройств УФ-УФ6 формирования характеристики разгона-замедления. Последние формируют сигналы для управления тиристорным преобразователем ЯГ, однако их отработка блокирована переключателем АВТ. Сигналами обратной связи преобразователя ПТ являются напряжения с датчика скорости ДС. Сигнал окончания позиционирования формируется в устройстве нуль-орган НО, подключенного к выходам устройства сравнения.

В ручном режиме при наличии указанного сигнала на выходе нуль-органа отработка команд на манипулятор и обслуживаемое оборудование блокирована переключателем АВТ. При переключении системы в автоматический режим происходит отработка рассогласования в измерительных цепях координат со скоростью, заданной в программе. После окончания позиционирования с погрешностью, заданной в программе, на выходе нуль-органа образуется сигнал, включающий логические ключи JTKL Команды на манипулятор из накопительного регистра поступают на вход дешифратора Деш 7, управляемого переключателем команд ПКМ, преобразуются в унитарный код и отрабатываются в блоке команд БКМ. В момент поступления команды с манипулятора об исполнении запрограммированной команды на выходе блока команд образуется сигнал, включающий логические ключи ЛК2.

Команды на технологическое оборудование (ТО) из накопительного регистра поступают на вход дешифратора Деш 8, преобразуются в унитарный код и отрабатываются в блоке

команд БКТ. Предусмотрен контроль их исполнения, после которого с выхода блока команд БКТ сигнал поступает в устройство задержки цикла УЗВ. Время задержки цикла программируется в накопительном регистре (блок ЭВВ). С целью увеличения быстродействия системы при отсутствии в кадре команд на манипулятор или технологическое оборудование предусмотрены цепи для прохождения сигнала на УВв, минуя инерционные блоки команд БКМ или БКТ. В частности, при отсутствии команд манипулятора включение логических ключей JIK1 обеспечивается сигналами с выхода дешифратора Деш 7 (выход 0), а при отсутствии технологических команд сигнал на вход УЗВ поступает с аналогичного выхода дешифратора Деш 8. По истечении времени заданной задержки сигнал с выхода УЗВ поступает в устройство ввода УВв. Если устройство находится в стартстопном режиме работы, считывание очередного кадра блокируется (кнопка ”Старт~Стоп ”).

В автоматическом режиме (включена кнопка ”Пуск ') считывается очередной кадр, и барабан переводится на следующую строку. В момент считывания происходит сброс накопительного регистра и запись нового кадра. На это время отработка команд блокируется сигналом СИ. В автоматическом режиме блокируется также подача команд с пульта обучения и пульта устройства. После отработки программы в автоматическом цикле целесообразно использовать команду ускоренного перевода. По этой команде УВв переводит барабан в непрерывном режиме без считывания кадров, в которых указанная команда запрограммирована, до момента установки кадра, где она отсутствует. Для этой цели используется дополнительный осветитель ОС с постоянным световым потоком, считывающий информацию с 35-го разряда кадра.

Если при считывании очередного кадра вследствие отказа импульсной лампы в ячейку накопительного регистра, соответствующую 34-му разряду кадра, не будет записана логическая единица, то усилитель У1 включит реле К1 и устройство перейдет в ручной режим работы. Таким образом осуществляется контроль работы осветителя.

Индикация вспомогательных команд по скорости, точности и задержке цикла осуществляется на пульте управления устройства в унитарном коде в ручном и автоматическом режимах.

В режиме работы устройства от ЭВМ переключатель АПС разомкнут, переключатель ЭВМ замкнут. Программа работы системы хранится в памяти ЭВМ, и по сигналу конца отработки кадра КОП очередной кадр записывается в накопительный регистр. В момент записи с ЭВМ подается сигнал КВП, аналогичный сигналу СИ, для блокировки команд и сброса накопительного регистра. Устройство ввода программы УВв в этом режиме блокируется и используется в ручном режиме для обучения.

ЭВМ работает в режиме диспетчера программы, поэтому число кадров может значительно превышать емкость программоносителя; выборка кадров произвольная.

Техническая характеристика устройства АПС-1. Устройство управления позиционное, замкнутое по положению. Система отсчета абсолютная. Устройство должно обеспечивать управление одновременно по шести степеням подвижности. Число программируемых степеней подвижности 1-6. В памяти устройства хранится одна программа.

Устройство считывания импульсное, фотоэлектрическое с контролем осветителя. Способ считывания программы покадровый параллельный. Программоноситель — штекерный барабан. Емкость программоносителя 60 кадров. Емкость кадра 33 бит. Скорость ввода кадра не более 0,5 с с ускоренным переводом барабана между циклами.

Число программируемых точек позиционирования по степеням подвижности 1, 2, 3 равно 14, по степеням подвижности 4,5,6 -7.

Число программируемых технологических команд на обслуживаемое оборудование с контролем исполнения равно 14, на манипулятор — 7. Число вспомогательных программируемых команд: на ускоренный перевод барабана - 1; выбора скорости - 1; выбора выдержки времени - 3; выбора погрешности позиционирования — 1.

Выход технологических команд и команд на манипулятор релейный, с контактоз реле РЭН-33.

Программирование точек позиционирования, команд на манипулятор и технологических команд осуществляется в двоичном коде, программирование вспомогательных команд — в унитарном коде.

Диапазон выбора выдержки времени 0 — 25 с (плавное регулирование). Погрешность позиционирования имеет два фиксированных значения 20 и 200 мВ.

Последовательность отработки программируемой в кадре информации: позиционирование по степеням подвижности; команды на манипулятор; технологические команды; команды выдержки времени. При этом обеспечивается контроль выполнения отдельных переходов.

Тип накопителя потенциометрический, одноадресный, шестикоординатный с индикацией номера потенциометра по каждой координате.
 

Емкость накопителя по степеням подвижности: 1, 2, 3 - 14 потенциометров; 4, 5, 6 — 7 потенциометров.

Предусмотрен режим обучения и автоматический режим АПС при автономном управлении и от ЭВМ М-6000.

При автономном управлении в режиме обучения обеспечивается:

подача команды на управление тормозных муфт; подача технологических команд с пульта системы; подключение измерительного прибора к датчику положения;

управление электроприводом от пульта обучения; подача команд на манипулятор от пульта обучения; блокировка следящего режима степеней подвижности по положению;

контроль установки движков задатчиков с погрешностью ±5 мВ при отключенной цепи нагрузки;

стартстопный и ускоренный перевод барабана с пульта устройства;

блокировка электропривода;

аварийная подача команды на блокировку выходных цепей электропривода от пульта устройства и пульта обучения.

Пульт обучения должен быть соединен с устройством посредством кабеля длиной не более 6 м и обеспечивать плавную регулировку скорости перемещения по всем степеням подвижности. Включение степеней подвижности раздельное с помощью трехпозиционных переключателей. Диапазон регулирования скорости 0-0,25.

При автономном управлении в автоматическом режиме должно быть обеспечено:

блокировка подачи технологических команд с пульта устройства;

блокировка команд управления от пульта обучения; индикация автоматического режима.

В режимах обучения и автоматическом должно быть предусмотрено включение-выключение гидростанции с помощью кнопок, расположенных на пульте устройства.

При управлении от ЭВМ в режиме обучения должно быть обеспечено:

выполнение требований автоматического режима; блокировка устройства перевода барабана и устройства считывания;

покадровый автоматический ввод программы в буферный регистр устройства по сигналу окончания отработки очередного кадра;
 

покадровая автоматическая отработка программы, записан ной в буферный регистр устройства;

блокировка устройства при ошибках ввода программы с индикацией сбоя.

Длина кабеля, связывающего устройство АПС-1 с ЭВМ, должна быть не более 50 м.

Параметры выходного сигнала для управления электроприводом: вид сигнала — знакопеременный уровень напряжения; число независимых каналов управления 6. Пульсация выходных сигналов не должна превышать 10 мВ; дрейф выходного сигнала не более ±5 мВ. Допустимый уровень наводок на нагрузке 5 кОм составляет 5 мВ и измеряется на выходном разъеме АПС-1.

В качестве элементно-конструктивной базы устройства АПС-1 выбраны интегральные микросхемы серий К140 и К155.

Время непрерывной работы устройства не менее 16 ч. Выходная характеристика устройства нелинейная и должна обеспечивать изменение коэффициента передачи по отношению к сигналу с датчика в диапазоне 1—5 при входном сигнале до 0,1 В. При входном сигнале 1,5 — 10 В выходное напряжение должно составлять 4,5 - 5,5 В при активной нагрузке 5,1 кОм.

Устройство ввода программы. Одним из основных функциональных блоков устройства АПС-1 является устройство ввода программы, которое оказывает существенное влияние на такие параметры системы, как простота и гибкость процесса обучения, число программируемых позиций захватного устройства в пространстве, максимальное число переходов в цикле и число управляемых степеней подвижности.

В состав устройства ввода программы (рис. 3) входят программоноситель и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) с устройствами записи и считывания.

В качестве программоносителя используется штекерный барабан, выбор которого обусловлен сравнительно небольшим объемом информации, записываемой в управляющей программе (около 2 кбит), и низкой скоростью ввода кадра (около 0,5 кадр/с).

Запись управляющей программы осуществляется оператором по кадрам с помощью штекеров, вставляемых в соответствующие отверстия барабана. Наличие штекера соответствует записи логической единицы. К числу характерных особенностей устройства ввода программы относится использование импульсного фотоэлектрического способа считывания кадра.

Ддя создания мощного светового потока используется импульсная стробоскопическая лампа с отражателем, который

распределяет световой поток на всю длину кадра. Световой поток через отверстия в барабане поступает на входы фотоприемников, число которых равно числу отверстий в строке. Выходной сигнал с фотодиодов ФДЗ достаточен для управления микросхемой серии К155. Длительность импульса светового потока выбрана равной 100 мкс. По сигналу с устройства управления приводом, который формируется после окончания перехода, осуществляется сброс информации в запоминающем регистре. Запись новой информации начинается в момент поджига импульсной лампы, который происходит с задержкой на время сброса регистра. Одновременно поступает команда на установку следующего кадра программы. По этой команде осуществляется поворот барабана на одну строку.

Рис. 3. Структурная схема устройства ввода программы

Привод барабана стартстопный и обеспечивает плавное изменение скорости и ускорения в процессе разгона и торможения. Устройство управления приводом замкнуто по положению, что обеспечивает отключение привода после перемещения барабана на строку. За счет инерционности привода, нагруженного

на барабан, запись в регистр установленного кадра программы происходит до момента смещения барабана. Таким образом, последующий кадр устанавливается во время отработки предыдущего, а отсутствие информации на входе системы во время смены информации в запоминающем регистре практически не влияет на ее производительность.

Оперативное запоминающее устройство выполнено на потенциометрах Rl- R14 типа ППМЛ и содержит два массива потенциометров для транспортирующих и ориентирующих степеней подвижности. Так как число программируемых положений захватного устройства по транспортирующим степеням подвижности равно 14, а по ориентирующим - 7, массив транспортирующих степеней подвижности составляют 42 потенциометра, а массив ориентирующих степеней подвижности 21 потенциометр. Выборка потенциометров осуществляется по адресу, содержащему номер степени подвижности и номер потенциометра, путем замыкания соответствующих контактов реле РЭС-10, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема оперативного запоминающего устройства

Запись положения захватного устройства по каждой степени подвижности выполняется оператором путем установки и фиксации движка выбранного потенциометра таким образом, чтобы сбалансировать измерительный мост (рис. 5). Одно плечо моста образует указанный потенциометр, другое — датчик соответствующей степени подвижности, в качестве

которого используется

аналогичный потенциометр. Балансировка моста контролируется оператором с помощью микроамперметра, который имеет режим грубого и точного отсчетов. Разрешающая способность записи составляет 0,02 %. Чувствительность измерительного моста зависит от сопротивлений выбранных потенциометров и входного сопротивления нагрузки — усилителя-формирователя УФ.

В рассматриваемой схеме сопротивления потенциометров и входное сопротивление усилителя выбраны равными 20 кОм. При этом минимальная чувствительность моста составляет 0,03 % (30 мВ) при напряжении питания моста 100 В. Особое значение для обеспечения указанной точности измерительного канала устройства имеет стабильность температурных

характеристик составляющих элементов цепи. В частности, это требование обусловило применение реле для коммутации потенциометров, а также бездрейфовой схемы усилителя-формирователя.

Устройство формирования характеристики позиционирования. К числу основных узлов устройства АПС-1 относится устройство формирования характеристики позиционирования, которое автоматически определяет характеристику торможения по каждой степени подвижности манипулятора с учетом действующих нагрузок.

К рассматриваемому устройству предъявляются следующие требования:

торможение степени подвижности с ускорением, не превышающим максимально допустимое, и за минимальное время;

отсутствие перерегулирования следящей системы в точке позиционирования;

обеспечение возможности регулирования характеристики замедления по каждой степени подвижности.

Рис. 5. Функциональная схема измерительного моста

Устройство формирования (формирователь) подключается к выходу измерительного моста (см. рис. 5) и входит в цепь следящего контура системы. Таким образом, на вход формирователя поступает разность сигналов заданного и текущего положений степени подвижности. Характеристика формирователя (рис. 6) устройства АПС-1 содержит три участка: замедления (СВ 1 или СВ2); ’’ползучей7’ скорости (участок А С) и участок в окрестности точки позиционирования (ОА или ОС)

На участке замедления характеристика описывается параболической функцией, аргументом которой является расстояние до точки позиционирования. Положение точки характеристики, с которой начинается процесс замедления (точка Вх или Bi), регулируется в широких пределах, в зависимости от характера нагрузки по каждой степени подвижности. Параболический характер функции замедления обеспечивает движение степени подвижности на этом участке с постоянным ускорением, что является оптимальным.

На участке ’’ползучей” скорости движение степени подвижности осуществляется с постояйной и нерегулируемой скоростью. Длина участка может изменяться, что дает возможность погасить упругие колебания механической системы, вызванные изменением ускорения в точке излома, расположенной в конце участка замедления. Указанная регулировка обеспечивается за счет подбора крутизны участка в окрестности точки позиционирования, который описывается линейной функцией.

Тангенс угла наклона К характеристики может изменяться в интервале 1-5. Наклон характеристики этого участка выбирают в зависимости от динамической нагрузки соответствующей степени подвижности для обеспечения ее устойчивости и исключения перерегулирования в точке позиционирования.

Рис. 6. Предельные характеристики формирователя устройства АПС-1

Рис. 7. Структурная схема формирователя устройства АПС-1
 

Формирователь (рис. 7) имеет двухканальную структуру. Один из каналов предназначен для формирования параболического участка — характеристики, другой - для формирования линейного участка. Сигнал, поступающий на вход устройства, усиливается и регулируется (7?в) в усилителе постоянного тока с МДМ.

Для модуляции входного сигнала служат модуляторы Ml, М2, причем на входе модулятора Ml подключен делитель Д для выбора положения точки В1{В2)характеристики. Частота модуляции составляет 2,5 кГц, модулирующие импульсы поступают с выхода генератора импульсов ГК Модулированный сигнал усиливается операционными усилителями У1 и У2, собранными на интегральных микросхемах К140УД1Б. Усилитель У2 имеет регулировку коэффициента усиления для выбора параметра К характеристики RK.

На выходе усилителя У1 подключен функциональный преобразователь ФПУ выполненный на микросхеме К140УД1Б, охваченной нелинейной обратной связью для формирования параболической зависимости выходного сигнала от входного. Функциональный преобразователь ФП и усилитель У1 имеют регулировку коэффициента усиления для формирования параболической характеристики с заданными параметрами.

Устройства ДМ1 и ДМ2 осуществляют демодуляцию сигналов на выходе соответственно первого и второго каналов. Затем сигналы суммируются в устройстве СМ. На выходе СМ образуется суммарный сигнал (см. рис. 6), который усиливается в У4 и поступает на выход устройства.

Одновременно с формированием характеристики разгона-замедления в устройстве формируется сигнал окончания позиционирования по степени подвижности. Для этого на выходе

модулятора М2 последовательно включены усилитель УЗ, выпрямитель ВП, фильтр Ф и одновибратор ОВ. При отсутствии входного сигнала, т.е. при условии установки степени подвижности в точку позиционирования, одновибратор ОВ переходит в устойчивое состояние, и разрешающий уровень поступает на выход схемы. Коэффициент усиления УЗ регулируется. Два его значения в пределах диапазона регулирования могут быть заданы от программы. Одно из значений соответствует команде точного позиционирования, второе — команде грубого позиционирования.

Точное позиционирование может осуществляться с максимальной разрешающей способностью ±10 мВ по входу устройства, грубое — с минимальной разрешающей способностью ± 250 мВ по входу.

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..