Устройство управления промышленным роботом

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

970323

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (51) М.Кл. (22)Заивлено 28.04.81 (21) 3282532/18-24

G 05 В 19/43 с присоединением заявки J% (23) Приоритет

Вауааратаеакьм каматет

CCCP аа делам нзабратений н атермткк

ОпУбликовано 30. 10 ° 82. Бюллетень № 40

Дата опубликования описания 01, 11. 82 (53) УД К621-525 (088.8) И. Фу@М

И "™ мх„,И дине виИйФМь,й (72) Авторы изобретения

P,È. Грузинцев, В.Д. Левин, Э.Г. Данилов и В.Ленинградское электромашиностроительное объ

"Электросила" им. С.М. Кирова (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫИЛЕННЫМ РОБОТОМ

Изобретение относится к устройствам автоматизации производственных процессов и может быть использовано для управления различными типами промышленных роботов с пневмоприводом.

Известно устройство управления промышленным роботом, включающее пневматические цилиндры, осуществляющие все движения робота по трем степеням подвижности, воздухораспределители этих 1о цилиндров и цикловую систему программного управления (1).

Недостатком дан;чого устройства является то, что в нем переход с одного 15 ша.га программы работы робота на другой осуществляется по временным выдержкам, а не по датчикам обратной связи, что не позволяет получить оптимальное время цикла работы робота и го при неправильном выборе указанных временных выдержек может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство управления промышленным роботом, содержащее силовые цилиндры по числу. степеней свобо" ды робота с датчиками конечных точек позиционирования штоков и цикловую систему программного управления, включающую в себя блок режимов и ручного управления, выходы которого соединены с входом запуска сдвигающего регистра и входами силовых ключей, соединенных своими выходами с входами электрома гнитов управления воздухораспределителями силовых цилиндров, причем выходы датчиков конечных точек позиционирования штоков и входы силовых ключей соединены с программной матрицей (21.

К недостаткам этого устройства следует отнести низкую производительность управляемого им робота, так как устройство не позволяет осуществлять совмещение движений по заданной

970323 траектории, а одновременное совмещение движений часто бывает невозможно вследствие наличия различных препятствий, втречающихся в зоне манипулирования кисти робота. 5

Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве управления промышленным роботом, содержащем силовые 1О цилиндры по числу степеней свободы робота с датчиками конечных точек позиционирования штоков и цикловую систему программного управления, включающую в себя блок режимов и ручного 15 управления, выходы которого соединены с входом запуска сдвигающего регистра и входами силовых ключей, соединенных своими выходами с входами зле ромагнитов управления воздухораспре- 20 делителями силовых цилиндров, причем выходы датчиков конечных точек позиционирования штоков и входы силовых ключей соединены с программной матрицей, каждый силовой пневмоцилиндр 25 снабжен штангой, расположенной параллельно его штоку, на которой закреплен по крайней мере один промежуточный датчик, а цикловая система программного управления содержит элемен- Зр ты "И" по числу промежуточных датчиков, входы и выходы которых так we, как и выходы промежуточных датчиков соединены с программной матрицей.

На фиг. 1 представлена пневмокине- 35 матическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - блок-схема цикловой системы программного управления предлагаемого устройства; на фиг. 3 - траектория движения схвата 4О робота, управляемого предлагаемым устройством; на Фиг. 4 - циклограмма движенил схвата робота.

Устройство управления промышленным роботом содержит пневмоцилиндр 1 выдвижения схвата, на штоке 2 которого закреплен схват 3. В торцах пневмоцилиндра 1 расположены демпферы 4 и 5, например, гидравлические и связаннне с ними датчики 6 и 7 конечных точен позиционирования, взаимодействующие с упорами 8 и 9 в точках позиционирования штока 2. Параллельно штоку 2 пневмоцилиндра 1 расположена штанга 10, которая крепится к штоку 2 при помощи кронштейнов Il. На. штанге 10 закреплен как минимум один промежуточный датчик 12 с возможностью его перемещения и крепления вдоль штанги 10, взаимодействующий с упором 13, закрепленным на пневмоцилиндре 1. Подача воздуха в полости пневмоцилиндра 1 осуществляется от воздухораспределителя 14.

На корпусе пневмоцилиндра 15 подьема шарнирно закреплен корпус пневмоцилиндра 1 выдвижения, а шток 16 цилиндра 15 подъема жестко связан с основанием 17. В торцах пневмоцилиндра 15 расположены демпферы 18 и I9 и связанные с ними датчики 20 и 21 конечных точек позиционирования, взаимодействующие с упорами 22 и 23 в точках позиционирования штока 16. Параллельно штоку 16 пневмоцилиндра 15 расположена штанга 24, которая крепится к штоку 16 при помощи кронштейна 25. На штанге 24 закреплен как минимуи один промежуточный датчик 26 с возможностью его перемещения и крепления вдоль штанги 24, взаимодействующий с упором 27, закрепленным на корпусе пневмоцилиндра 15. Подача воздуха в полости пневмоцилиндра 15 осуществляется от воздухораспределите я 28.

Корпус пневмоцилиндра 29 поворота шарнирно закреплен на рычаге 30, жестко связанном с корпусом пневмоцилиндра 15 подъема, а его шток 31 шарнирно связан с рычагом 32, жестко закрепленным на валу поворота пневмоцилиндра 1 выдвижения схвата. В торцах пневмоцилиндра 29 поворота расположены демпферы 33 и 34 и связанные с ними датчики 35 и 36 конечных точек позиционирования, взаимодействующие с упорами 37 и 38 в точках позиционирования штока 31. Параллельно штоку 31 пневмоцилиндра 29 расположена штанга 39, которая крепится к штоку 31 при помощи кронштейна 40, На штанге 39 закреплен как минимум один промежуточный датчик 41 с возможностью его перемещения и крепления вдоль штанги 39, взаимодействующий с упором 42, закрепленным на корпусе пневмоцилиндра 29. Подача воздуха в полости пневмоцилиндра 29 осуществляется от воздухорасйределителя 43.

Кроме того, на Фиг. 1 показано технологическое оборудование, например пресс 44, с пневматическим приводом ползуна 45, на котором закреплен пуансон 46 . В. крайних положениях хода ползуна 45 расположены датчики 47 и 48

5 9703 конечных точек позиционирования, жестко закрепленные на корпусе пресса 44, и имеется как минимум один промежуточный датчик 49 с возможностью его перемещения и крепления в любой точке между датчиками 47 и 48, Все три датчика 47, 48 и 49 срабатывают при взаимодействии с упором 50, закрепленном на ползуне 45 пресса 44. Включение хода ползуна 45 пресса 44 осу- 6 ществляется посредством воздухораспределителя 51. Все воздухораспределители l l, 28, 43 и 51, датчики 6, 7,20, 21, 35, 36, 47 и 48 конечных точек позиционирования и промежуточные дат- 1З чики 12, 26, 41 и 49 электрически связаны с цикловой системой программного управления.

Цикловая система программного управления (фиг. 2 ) состоит из блока 52 10 режимов и ручного управления, который задает наладочный либо автоматический режим работы устройства, сдвигающего регистра 53, блока 54 сило:вых ключей, блока 55 электромагнитов, 25 воэдухораспределителей 14, 28, 43 и

51, блока 56 датчиков 6, 7, 20, 21, 35, 36, 47 и 48 конечных точек позиционирования, блока 57 промежуточных датчиков 12, 26, 41 и 49, блока 58 зв схем И по числу промежуточных датчиков и программной матрицы 59.

На отдельный ряд Г>0 программной матрицы 59 выведены входы всех разрядов сдвигающего регистра 53 (на фиг. 2 показаны шесть разрядов

1-Уl сдвигающего регистра ); на отдельный ряд 61 — выходы всех разрядов сдвигающего регистра 53, на отдельный ряд 62 — входы всех силовых ключей блока 54 силовых ключей, выходы которых поданы на входы соответствующих электромагнитов воздухораспределителей блока 55 электромагнитов; на отдельный ряд 63 . выходы всех датчиков обратной связи блока 56 датчиков, на отдельный ряд 63 — выходы всех промежуточных датчиков робота и технологического оборудования 57 и на отдельный ряд 65 выведены все вхо$0 ды и выходы двухвходовых схем И блока 58.

На фиг. 3 показана траектория движения схвата 3 робота, управляемого предла гаемым устрой ст вом, . где 66 матрица штампа, а 67 и 68 - направляющие колонки пуансона, которые схват 3 робота должен обойти при движении из

23 6 точки 69 в точку 79. На фиг ° 4 график а показывает зависимость пройденного пути ь по выдвижению от времени 1, гра*ик 5) — угла поворота Ц от времени .

Устройство работает следующим образом.

В наладочном режиме осуществляется ручное управление от кнопок блока 52 режимов и ручного управления силовыми ключами блока 54 силовых ключей, а следовательно, электромагнитами воздухораспределителей блока 55 и пневмоцилиндрами 1, 15 и 29. .В автоматическом режиме осуществляется последовательная выдача yrlpasasngего сигнала с каждого разряда (с по >/!} сдвигающего регистра 53.

При выдаче управляющего сигнала, например, с выхода первого разряда срабатывает тот воздухораспределитель, на силовой ключ которого по программной матрице 59 скоммутирован при наборе программы выход первого разря да 1. Кроме того, при срабатывании первого разряда сдвигающего регистра подготавливается следующий, т.е, второй разряд II, срабатывание которого происходит при отработке датчика, контролирующего исполнение движения, заданного в первом разряде. Например, с выхода первого разряда сдвигающего регистра подается управляющий сигнал на силовой ключ, переключающий воэдухораспределитель 14 пневмоцилиндра 1 на втягивание штока 2. При срабатыва- . нии первого разряда I происходит подготовка второго разряда II, и переход на второй разряд осуществляется после срабатывания датчика 7, контролирующего втягивание штока, так как выход этого датчика по программной матрице

I при наборе программы подается на вход .второго разряда II Выход второго разряда, например, скои лутирован по программной матрице на вход силового ключа блока 54 силовых ключей, переключающего воздухораспределитель 43 пневмоцилиндра 29 поворота на поворот схвата 3 против часовой стрелки. Происходит поворот против часовой стрелки, по окончании которого срабатывает датчик 35, контролирующий поворот против часовой стрелки. Выход датчика 35, ско л лутирован по программной матрице на вход третьего разряда III сдвигающего регистра. Происходит переход на третий разряд !!! сдвигающего регистра, и далее работа робота осуществляется 970323

1 в зависимости от программы, скоммутированной на программной матрице. Траектория перемещения схвата при описанном выше фрагменте работы робота показана штриховой линией на фиг. 3.

Как видно из фиг. 3, втягивание кисти до ее позиционирования осуществляется на величину Lo, причем часть этого пути перед позиционированием осуществляется демпфирование штока 2 10 на участке (.. На демпфирование у роботов с пневмоприводом тратится значительное время, что обуславливает значительную длительность рабочего цикла данного класса роботов. Примене- З ние предлагаемого устройства позволяет значительно сократить время цикла робота путем совмещения движения по различным степеням подвижности, используя промежуточные датчики.

Рассмотрим вышеописанный фрагмент программы с совмещением движения по втягиванию и повороту кисти 3 робота.

От первого разряда 1 регистра подается управляющий сигнал на силовой у .ключ блока 54, переключающий воздухораспределитель 1й пневмоцилиндра 1 на втягивание штока 2. Переход на второй разряд II сдвигающего регистра происходит по промежуточному датчику 1?, настроенному на длину, (фиг. 3), которая характеризуется выходом кисти робота 3 эа зону возможного столкновения при повороте с направляющей 68 пуансона, При срабатывании второго

3S разряда 1I продолжается втягивание штока 2. Выход второго разряда сдвигающего регистра 53 скоммутирован по программной матрице 59 на вход силового ключа блока 54, переключающего воздухораспределитель 43 пневмоцилинд" ра 29 поворота на поворот против часовой стрелки, и происходит поворот кисти 3 против часовой стрелки одновременно с втягиванием кисти, Траек" вторил перемещения кисти 3 при совме щении движений показана на фиг. 3 штрихпунктирной линией.

По завершении совмещенного движения по двум степеням подвижности переход на третий разряд Н сдвигающего регистра 53 осуществляется после срабатывания датчиков 7 и 35, контролирующих позиционирование по втягиванию и повороту против часовой стрелки.

Ы

Для этого на вход третьего разряда сдвигающего регистра 53 по программной матрице 59 подается выход одной иэ схем И блока 58, на входы которо" подаются выходы датчиков 7 и 35, контролирующих позиционирование по втягиванию и повороту против часовой стрелки. Таким образом, при использовании каждого промежуточного датчика при совмещении движении производится после. дующий контроль отработки поэиционирования по каждой из координат, осуществляемый при помощи схем И, количество которых, следовательно, должно быть равно числу промежуточных датчиков. На фиг. 4 представлена циклограмма движения схвата 3 робота описанного выше фрагмента программы без совмещения движений по координатам (показана на циклограмме штриховой линией ) и с совмещением движений (показана на циклограмме штрихпунктирной линией ), где t - время срабатывания воздухо1 распределителя при втягивании схвата с момента подачи на него электрического сигнала; t > - время прохождения схватом пути L o — L до начала демпфирования; t - время до позиционирования схвата по втягиванию; от t > до t4время срабатывания воздухораспределителя, управляющего поворотом схвата; от t4 до t5 - время поворота схвата на угол Чо - М„(фиг. 3) до начала демпфирования по повороту; t6 - время до позиционирования схвата по повороту без совмецения движений; t 1 — время начала совмещения движений после прохождения расстояния L> по втягиванию; от й„ до t g - время срабатывания воз-. духораспределителя, управляющего поворотом схвата, при совмещении движений; ".о - время до начала демпфирования при повороте с совмещением движений; t - время до позиционирования схвата по повороту при совмещении движений, Как видно из фиг. 3 и 4, при совмещении движений время на прохождение схвата по траектории, обозначенной ,штрихпунктирной линией, меньше времени на прохождение траектории, обозначенной штриховой линией на так как в этом случае прохождение части пути LO-L>, в том числе пути L<, иа котором осуществляется демпфироваI ние при позиционировании штока 2 по втягиванию, совмецено по времени с поворотом против часовой стрелки. Как показывают практические исследования различных циклограмм работы робота, управляемого предлагаемнм устройством, например, на участке вторичной

97032 штамповки плоских деталей, возможно сокращение рабочего цикла робота вдвое. формула изобретения

Устройство управления промышленным роботом, содержащее силовые цилиндры

Ino числу степеней свободы робота с 10 датчиками конечных точек позиционирования штоков и цикловую систему программного управления, включающую в себя блок режимов и ручного управления, выходы которого соединены с вхо- g (дом запуска сдвигающего регистра и входами силовых ключей, соединенных своими выходами с входами электромаг нитов управления воздухораспределите лями силовых цилиндров,-причем выходы о датчиков конечных точек позиционирования штоков и входы силовых ключей

3 10 соединены с программной иатрицей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, каждый силовой пневмоцилиндр снабжен штангой, расположенной параллельно его штоку, на которой закреплен по крайней мере один проме" жуточный-датчик, а цикловая система программного управления содержит элеМВНТЕ4 11 llo числу промежуточных датчиков, входы и выходы которых так же, как и выходы промежуточных датчиков, соединены с программной матрицей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Белянин П.И. Промышленные роботы. 11., "Машиностроение", 1975, с, 105 °

2. Технология электрического производства. Сборник, вып. 9(100)..Информэлектро, 1977, с. 9-11 (прототип).

970323 3 с

Корректор С, Некмар

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель О. Гудкова

Редактор И.. Михеева Техред И. Коштура

Заказ 38 /5 Тираж 91

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035д Москва, Н-)5 Раушская наб,д G. 4/g