Основные компоненты промышленных роботов
Современные промышленные роботы состоят из нескольких основных компонентов. Во-первых, это механическая система, включающая манипуляторы, захваты и другие исполнительные механизмы. Во-вторых, система управления на базе промышленного компьютера, которая отвечает за обработку данных и выдачу команд исполнительным механизмам. В-третьих, датчики обратной связи, сообщающие информацию о текущем состоянии и положении робота.
Механическая система
Механическая система промышленных роботов весьма разнообразна. Она включает в себя:
- Манипуляторы, имеющие от 3 до 6 степеней свободы для перемещения и ориентации в пространстве
- Захваты для удержания и манипуляции с объектами
- Приводы на основе электродвигателей и гидравлических цилиндров
- Передаточные механизмы — редукторы, шестерни, ремни
Конфигурация механической системы определяется типом и назначением робота. Например, для сварочных операций используются роботы с большим количеством степеней свободы, для погрузочно-разгрузочных работ применяются более простые картезианские и цилиндрические роботы.
Система управления
Мозгом современного промышленного робота является программируемый логический контроллер (ПЛК) на базе промышленного компьютера. Он выполняет следующие функции:
- Обработка данных от датчиков
- Расчет траекторий перемещения
- Выдача управляющих сигналов на приводы
- Контроль и коррекция движения в реальном времени
Программное обеспечение ПЛК разрабатывается под конкретные задачи, которые должен выполнять робот. Часто используются специализированные языки программирования, такие как STEP 7 (Siemens), RobotStudio (ABB) и другие.
Датчики обратной связи
Для контроля своего текущего состояния робот использует различные датчики обратной связи:
| Тип датчика | Измеряемая величина |
| Энкодеры | Угловое положение звеньев |
| Силомоментные | Усилия и моменты в суставах |
| Лазерные | Координаты и ориентация захвата |
| Тактильные | Контакт с объектами |
Данные с этих датчиков поступают в систему управления, где используются в алгоритмах управления для коррекции траекторий и предотвращения ошибок.
Типы приводов промышленных роботов
Для приведения в движения звеньев робота используются электроприводы двух основных типов:
- Электромеханические на базе электродвигателей постоянного или переменного тока
- Гидравлические и пневматические на базе гидроцилиндров и пневмоцилиндров
Наиболее распространены электромеханические приводы, обладающие лучшим быстродействием и точностью позиционирования. Гидравлические приводы применяются реже, как правило в роботах большой грузоподъемности.
Электромеханические приводы
В электромеханических приводах используются высокомоментные серводвигатели постоянного или переменного тока в сочетании с редукторами. Управление осуществляется с помощью преобразователей частоты и сервоусилителей.
Достоинствами таких приводов являются:
- Высокая точность позиционирования
- Хорошие динамические характеристики
- Простота управления и диагностики
К недостаткам можно отнести ограничения по крутящему моменту, перегрев двигателей и редукторов при длительных нагрузках.
Гидравлические и пневматические приводы
Гидравлические и пневматические приводы основаны на использовании гидравлических и пневматических цилиндров соответственно. Их преимущества:
- Высокие усилие и мощность
- Плавность хода
- Простота конструкции
К недостаткам относятся:
- Меньшая точность позиционирования
- Бóльшая инерционность по сравнению с электроприводами
- Необходимость в auxiliary системах (гидростанция)
Гидравлические приводы часто используются в роботах большой грузоподъёмности, где требуются высокие усилия. Пневмоприводы применяются реже, в основном в специфических областях, например в пищевой промышленности.
Системы управления движением
Для точного позиционирования и слежения по заданным траекториям в промышленных роботах используются следующие системы управления движением:
- ПИД-регуляторы — для контуров регулирования положения, скорости и тока
- Контур слежения — для минимизации отклонений от заданной траектории
- Адаптивное управление — для компенсации нелинейных эффектов и возмущений
Все эти методы реализуются программно на базе ПЛК в реальном времени. Их настройка требует проведения идентификации параметров приводов и механических систем робота.
Безопасность промышленных роботов
Для обеспечения безопасной работы на производстве промышленные роботы оснащаются системами защиты и блокировок, в числе которых:
- Аварийные кнопки остановки
- Ограждения и барьеры безопасности
- Датчики положения механизмов
- Блоки отключения питания приводов
Все эти системы интегрируются в общую схему управления роботом и позволяют мгновенно остановить его работу в случае возникновения опасной ситуации. Кроме того разрабатываются специальные алгоритмы безопасного поведения, минимизирующие возможность столкновений и повреждений.