Сравнительная оценка вариантов приводов промышленных роботов в роботизированных технологических комплексах

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070

Основываясь на выводах относительно сильных сторон и методов и практики, требующих улучшения, команда аудиторов составляет список рекомендаций для руководства организации.

Завершение аудита происходит, если все процедуры, предусмотренные планом аудита, выполнены, и утвержденный отчет (акт) по аудиту разослан.

Руководитель аудиторской группы отвечает за подготовку и содержание отчета (акта) по аудиту. Отчет (акт) по аудиту содержит полные, точные, сжатые и понятные записи по аудиту.

Заключения по результатам аудита могут указывать на необходимость корректирующих, предупреждающих действий по результатам аудита или, при необходимости, действий по улучшению. Последующие действия не рассматривают как часть аудита, и вопрос об их проведении в согласованные сроки обычно решается с руководством организации.

В результате внутреннего аудита СУПБ выявляются нарушения промышленного законодательства, устранение которых до проведения плановой проверки надзорных органов, позволит исключить штрафные санкции, налагаемые на организации в результате выявления последних надзорными органами. Список использованной литературы:

1. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "О промышленной безопасности опасных производственных объектов"

2. ГОСТ Р ИСО 19011-2003 Руководящие указания по аудиту систем менеджмента качества и/или систем экологического менеджмента

3. ГОСТ Р 12.0.008-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда в организациях. Проверка

4. ГОСТ ISO 9001-2011. Межгосударственный стандарт. Системы менеджмента качества. Требования

5. "ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения"

6. Распоряжение ОАО "РЖД" от 10.01.2014 N 16р "Об утверждении стандарта ОАО "РЖД" "Система внутреннего аудита управления охраной труда и промышленной безопасностью в ОАО "РЖД"

© Моисеева Ю.П., Филатова Е.Л, Щетинин И.П., 2016

УДК 621.865.8

В.К.Москвин, П.М.Кузнецов

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ ПРИВОДОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В РОБОТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы сравнительной оценки вариантов приводов промышленных роботов, входящих в состав роботизированных технологических комплексов(РТК). Отмечается, что характер выполняемых операций определяет требования к типу системы управления, кинематике, конструктивному исполнению звеньев, типу привода и всем выходным параметрам робота. На основе подробного рассмотрения вариантов условий работы робота в составе РТК анализируются различные варианты приводов и на их основе даются рекомендации по наиболее оптимальному типу привода для автоматизации операций «загрузки-выгрузки» в станках с ЧПУ. Таким приводом является линейный шаговый электрогидравлический привод с симметричной системой управления вторым каскадом и вращающейся втулкой в шаговом задатчике.

Ключевые слова

Привод, промышленный робот, робототехнический комплекс, система управления, дискретность, гидравлический привод, усилитель, шаговый задатчик, гидродвигатель.

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_

V.K.Moskvin, P.M.Kuznetsov

MSTU. NE Bauman, Moscow, 105005, Russia

COMPARATIVE EVALUATION OF OPTIONS OF INDUSTRIAL ROBOTS IN THE ROBOTIZED TECHNOLOGICAL COMPLEXES

The article deals with a comparative evaluation of options of industrial robots that make up the robotic technological complexes (RTC). It is noted that the nature of the operations defines the requirements for the type of control system, kinematics, type links, the type of drive and all output parameters of the robot. Based on a detailed review of options for the robot working conditions as part of RTK analyzes various options for the drives and their recommendations are based on the best type of drive to automate operations "loading-unloading" in the CNC. That drive is a linear step electro-hydraulic control system with a symmetric second-stage and a rotating sleeve in the jog dial.

Keywords

Drive, an industrial robot, robotic system, control system, discrete, hydraulic actuator, power,

jog dial, a hydraulic motor.

В настоящее время в производство внедрена широкая гамма промышленных роботов (ПР), выполняющих большое количество операций в самых различных отраслях промышленности. Характер выполняемых операций накладывает определенные требования на систему управления роботом, на кинематику и конструкцию его звеньев, на механизм схвата, тип привода, вид энергии, исполнительные механизмы. Особого внимания заслуживает использование роботов для автоматизации «загрузки-выгрузки» изделий в станках с ЧПУ. Вместе со станком они образуют роботизированный технологический комплекс (РТК). На рис. 1 показана компоновка РТК для обработки деталей типа валов. Во многом качество работы робота зависит от типа привода, применяемого для приведения в действие захватного органа.

При сравнительной оценке вариантов приводов промышленных роботов необходимо учитывать целый ряд факторов: характер и условия выполняемых работ, размер и конфигурацию рабочей зоны обслуживаемого оборудования, параметры манипулируемого изделия, конструктивные особенности станка, типы требуемых движений, количество степеней свободы и многие другие.

Рисунок 1 - Компоновка РТК для обработки деталей типа валов.

Применительно к РТК, включающего в свой состав токарный станок с ЧПУ или группу станков руке робота при загрузке изделий типа «валов» необходимо сообщить шесть степеней свободы, не считая движения схвата при зажиме-разжиме. Из множества вариантов возможных структурных схем ПР можно выделить три наиболее характерные схемы, построенные в сферической, цилиндрической и прямоугольной системах координат (см. рис.2). Движения руки при этом расчленяются на элементарные движения: вращательные и поступательные. Для оснащения одной степени свободы в каждом случае необходимо в первую очередь решить: какой привод применять - линейный или роторный (имеется в виду, что для роботов

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_

нормальной грузоподьемности вопрос относительно типа привода решен в пользу гидравлического привода [1]). Для этого необходимо знать геометрические параметры рабочей зоны, в пределах которой будут происходить движения схвата.

Рисунок 2 - Варианты структурных кинематических схем ПР Если проанализировать параметры рабочих зон токарных станков нормальных типоразмеров с горизонтальной компоновкой, то можно увидеть, что размеры этой зоны находятся в пределах 1 - 1,5 м. Наиболее полно будет соответствовать этой зоне по компоновочным характеристикам робот, работающий в цилиндрической системе координат с горизонтальной осью. Он будет иметь две поступательных и одну вращательную кинематические пары. На рис. 3 представлен пример конфигурации и размеров рабочей зоны ПР, работающего в цилиндрической системе координат.

При поступательных движениях на длинах более 1,5-3 м более предпочтительным будет использование роторного гидропривода, поскольку в линейном приводе на таких длинах перемещения наблюдалась бы ощутимая просадка поршня за счет сжимаемости рабочей жидкости под нагрузкой. На длинах перемещений до 1,5 м более рационально использовать линейный привод на базе гидроцилиндра, поскольку на такой длине ощутимого влияния сжимаемости жидкости на точность позиционирования уже не будет, и во-вторых, непосредственное соединение штока цилиндра с элементами захвата позволит упразднить безлюфтовые механизмы (редуктор, шарико-винтовую передаче и т.д.). Это имеет неоспоримое преимущество как в плане улучшения динамических и точностных качеств привода, так и в экономическом плане.

Рисунок 3 - Конфигурация и размеры рабочей зоны ПР, работающего в цилиндрической системе координат

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070

Рисунок 4 - Блок-схема шагового электрогидравлического привода.

Система управления приводом может быть построена как на базе дискретного задания управляющего воздействия, так и на управлении с помощью аналогового сигнала [2]. И в том и другом случае при анализе вариантов приводов при условии обеспечения требуемых параметров следует отдавать предпочтение более простому и экономичному варианту. Дискретные системы конструктивно более просты, чем аналоговые. В них отсутствует контур внешней обратной связи. Это сказывается и на их стоимости. Однако по своим возможностям они более ограничены по сравнению с аналоговыми. В дискретных системах основная задача привода сводится к восприятию дискретной информации, ее усилению и отработке. Под дискретностью привода понимают перемещение исполнительного рабочего органа, выраженное в угловых или линейных величинах, при подаче на вход привода одного управляющего импульса. Управление скоростью и количеством движения в дискретных приводах осуществляется изменением скорости ввода импульсов (частоты) и их количеством. Таким образом, вводя импульсы с частотой и в количествах, пропорциональных заданным скоростям и количествам перемещений, можно получить необходимый закон перемещения рабочего органа по каждой из координат. Восприятие дискретной информации легко осуществимо шаговыми электрическими двигателями, которые подразделяются на силовые и не силовые. В отличие от обычных многофазных синхронных двигателей они сохраняют синхронизм, как при вращении ротора, так и в переходных режимах. Шаговый привод является разомкнутым, что обусловлено устойчивой работой и сохранением полученной информации, т.к. статическая и динамическая ошибки в нем зависят от цены шага и числа тактов коммутации двигателя. Здесь надо иметь ввиду, что разгон и торможение должны происходить с набором частоты, не превышающим частоту приемистости.

Разомкнутость системы управления чрезвычайно упрощает систему управления в целом, повышает надежность и удешевляет привод. Системы с шаговым приводом отличаются компактностью, точностью, надежностью, устойчивой работой при воздействии механических перегрузок и других возмущающих воздействий.

Как уже было отмечено, привод подачи с шаговым двигателем подразделяется на две группы: привод с силовым шаговым двигателем, в котором движение на исполнительный орган передается через кинематические звенья непосредственно с вала двигателя; привод с не силовым шаговым двигателем, в котором движение на исполнительный орган передается с вала двигателя через промежуточный усилитель, обычно гидравлический. У привода с силовым двигателем статические и динамические характеристики определяются параметрами шагового двигателя, а у привода с не силовым двигателем - параметрами шагового двигателя и усилителя [3].

Наряду с отмеченными достоинствами привод с шаговым двигателем обладает рядом недостатков: а) необходимость плавного разгона и торможения во избежание потери импульсов, что обусловлено наличием предельного значения частоты приемистости; б) ограничение по скорости, которое определяется максимальной частотой/^ах, значение которой в современных образцах шаговых двигателей достигает 16 кгц; в) невосполнимость потери информации в случае пропуска импульсов; г) недопустимость применения средств коррекции и оптимизации, что является следствием разомкнутой системы управления.

Для того, чтобы исполнительное звено привода (гидроцилиндр или гидродвигатель) могло отработать управляющие воздействия, подаваемые на вход шагового двигателя, необходимо преобразующе-усилительное устройство, которое могло бы дискретные угловые перемещения вала шагового двигателя преобразовать в поток рабочей жидкости и после усиления подать в исполнительное звено. Для отслеживания движения необходим контур внутренней обратной связи.

Блок-схема шагового электрогидравлического двигателя в общем виде представлена на рис. 4, где: К -

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №3/2016 ISSN 2410-6070_

коммутатор; УМ - усилитель мощности; ШД - шаговый электродвигатель; ГУМ- гидравлический усилитель мощности; ГД - гидродвигатель; ВОС - внутренняя обратная связь.

Гидравлический усилитель мощности можно реализовать как с помощью однокаскадной, так и двухкаскадной схемы. Однако известно, что однокаскадные усилители обладают более низкими динамическими качествами по сравнению с двухкаскадными. Учитывая, что к приводу робота предъявляются повышенные требования к динамике, при выборе привода робота следует отказаться от однокаскадных схем.

Как было отмечено ранее, при длинах перемещения рабочего органа до 1,5 м более предпочтительно использовать линейный привод на базе гидроцилиндра. Поэтому конструктивно привод может быть реализован следующим образом. Первый каскад усилителя должен быть выполнен в виде винтового золотника, который будет преобразовывать входные воздействия с вала шагового двигателя Д^ в приращения давленияДрв управляющих магистралях второго каскада усилителя, иными словами он должен реализовывать функцию Др = /(Д/). Известно несколько вариантов возможных схемных реализаций линейных шаговых электрогидравлических приводов. Из рассмотрения вариантов просматривается тенденция к разделению приводов на две группы - с несимметричной и симметричной системами управления. Несомненно предпочтение следует отдавать симметричным системам управления, поскольку приводы с такой системой управления имеют меньший процент нелинейности на рабочих участках статических характеристик, большую чувствительность и, что особенно существенно, большую надежность работы. Кроме того, возможно несколько вариантов конструктивного исполнения шагового задатчика - с вращающимся винтовым золотником и вращающейся управляющей втулкой . Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе варианта привода [4].

Учитывая вышесказанное, при выборе привода робота нормальной грузоподъемности для обслуживания станка с ЧПУ можно сформулировать следующие рекомендации: система управления должна быть дискретной с использованием не силового шагового электродвигателя; усилительное устройство должно быть построено на базе двухкаскадного электрогидравлического усилителя мощности; система управления вторым каскадом должна быть симметричной; в качестве исполнительного органа должен быть выбран силовой гидравлический цилиндр.

Список использованной литературы:

1. Москвин В.К. Приводы роботов технологического назначения.-Технология машиностроения, 2013., № 4, с. 50-54.

2. Москвин В.К. Математическое моделирование обобщенного привода роботов технологического назначения. - Технология машиностроения, 2013., № 5,с. 55-57.

3. Москвин В.К. Разработка структурной схемы и математической модели обобщенного привода промышленного робота. - Научно-технический журнал «МГОУ-ХХ1 -Новые технологии», 2013., № 2, с.13-16.

4. Кузнецов П.М. Поддержка стадии изготовления изделия в условиях мелкосерийного и единичного производства. - Информационные технологии в проектировании и производстве, 2014, № 1, с. 40-44.

© Москвин В.К., Кузнецов П.М., 2016

УДК 621.865.8

В.К. Москвин, П.М. Кузнецов

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия.

ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛИНЕЙНОГО ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ПРИВОДА ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

Аннотация

В статье на основе проведенных экспериментальных исследований характеристик привода приводятся рекомендации по совершенствованию конструктивной схемы привода. Проведенные ранее исследования