Размещено на http://www.allbest.ru/
Разработка компьютерной системы управления промышленным роботом
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
ПСИИ – производственная система искусственного интеллекта
 — максимальное напряжение на светодиоде
 — номинальный ток протекающий через светодиод
 — номинальный ток протекающий через коллектор фототранзистора
 — сопротивление изоляции
 — напряжение пробоя изоляции
 — максимальное напряжение между эммитером и коллектором
 — максимальное напряжение между коллектором и базой
 — максимальное напряжение между эммитером и базой
 — коэффициет усиления транзистора.
А — ампер – единица величины электрического тока
В — вольт – единица электрического напряжения
R — Ом — единица измерения сопротивления
С — вход тактирования,
EZ — вход управления высокоимпедансным состоянием
R —вход сброса
D — информационный вход
СОДЕРЖАНИЕ
РЕФЕРАТ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
1.1 Назначение и область применения промышленных роботов
1.2 Классификация промышленных роботов
1.3 Принципиальное устройство промышленного манипулятора
1.4 Основные кинематические характеристики манипулятора
1.5 Принципиальное устройство промышленного робота
1.6 Ранее использованные пути решения задачи
2 РАЗРАБОТКА АСУ ПРОМЫШЛЕННЫМ РОБОТОМ РФ-202М
2.1 Адаптивные системы управления
2.1.1 Уровни адаптации
2.1.2 Структура адаптивных систем управления
2.2 Производственные системы искусственного интеллекта
2.2.1 Представление знаний в ПСИИ
2.2.2 Модели представления знаний
2.2.3 Формы моделей представления знаний
2.2.4 Структура ПСИИ
2.3 Системы управления с жесткой программой
2.3.1 Программирование систем жесткой программой
2.4 Построение структурной схемы разрабатываемой САУ
Разработка программного алгоритма
3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 Блок электрических клапанов
3.2 Параллельный интерфейс LPT-порт
3.2.2 Традиционный LPT-порт
3.2.3 Расширения параллельного порта
3.2.4 Физический и электрический интерфейс
3.2.5 Режимы передачи данных
3.3 Блок памяти
3.3.1 Регистр. Принцип действия, классификация
3.3.2 Реализация схемы памяти
3.4 Блок электрических ключей
3.4.1 Оптрон. Принцип действия, классификация
3.4.2 Принцип действия и расчет схемы электронного ключа
3.5 Принцип действия схемы сопряжения робота с LPT-портом ПК
3.6. Разработка и изготовление печатного основания
4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
4.1 Цель экономического расчета
4.2 Описание программного продукта
4.3 Оценка рынка сбыта и конкурентоспособности
4.4 Определение потребностей в материальных ресурсах
4.5 Расчет фонда зарплаты
4.6 Расчет цены устройства сопряжения
4.7 Расчет цены программного продукта
4.8 Определение безубыточности разработки
4.9 Выводы
7 Безопасность жизнедеятельности
7.1 Анализ вредных и опасных факторов
7.2 Мероприятия по устранению или ослаблению вредных производственных факторов
7.2.1 Требования к микроклимату
7.2.2 Требования к освещению
7.2.3 Требования к параметрам шума
7.2.4 Требования к параметрам электромагнитного излучения
7.2.5 Требования к организации рабочего места
7.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ А "Спецификация"
ПРИЛОЖЕНИЕ Б "Листинг программы"
ПРИЛОЖЕНИЕ В "Электрическая принципиальная схема устройства" сопряжения
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее в промышленности науке и в социальной сфере существуют проблемы требующие эффективных решений. А именно к таким проблемам относятся: освобождение человека от монотонного и однообразного труда не требующего высокой квалификации, от труда связанного с переносом тяжестей, работой с высокими напряжениями, работой с интенсивным электромагнитным излучением, высокими ,в химически физически и биологически агрессивных средах. Решение этих проблем возлагается на робототехнику.
В настоящее время одними из наиболее часто применяемых роботов являются роботы манипуляторы выполняющие довольно способные выполнять действия подобные действиям руки человека. К примеру, замена заготовок на станках, фасовка продукции небольших размеров, извлечение деталей или их заготовок из печей каления или из химических растворов и т.д.
Потому темой данной работы является разработка системы компьютерной системы управления промышленным роботом.
1 АНАЛИЗ ТЕКУЩЕГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
В рамках данной работы была поставлена задача осуществления управления промышленным роботом.
Промышленный робот - автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением, предназначенная для замены человека при выполнении основных и вспомогательных задач производства.
Манипулятор - совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
1.1 Назначение и область применения промышленных роботов
Промышленные роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и вспомогательных технологических операций в процессе промышленного производства. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации.
Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые человеком-оператором, необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах.
Таким образом, промышленные роботы и копирующие манипуляторы являются важными составными частями современного промышленного производства.
Рассмотрим конкретные задачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях. Их можно разделить на три основных категории: манипуляции заготовками и изделиями обработка с помощью различных инструментов сборка.
Манипуляции изделиями и заготовками. При разгрузочно-загрузочных и транспортных операциях робот заменяет пару человеческих рук. В его обязанности не входят особенно сложные процедуры. Он всего лишь многократно повторяет одну и туже операцию в соответствии с заложенной в нем (роботе) программой. Рассмотрим типичные применения таких роботов.
1) Загрузочно-разгрузочные работы. Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки для литья, резки и ковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.
Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок и охлаждениях. Такой подход обладает двумя преимуществами. прежде всего роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса: действуют в соответствии с заданной программой, они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они извлекают из нее отформованные детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий. Второе преимущество данного подхода заключается в том, что значительно облегчается работа оператора. Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы одна из мало привлекательных работ, и желательно, чтобы ее выполнял робот. Таким образом роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера.
2) Перенос изделий с одной производственной установки на другую. Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного производственного участка на другой. И при выполнение таких перемещений роботы играют главную роль. На заводах выпускающих компьютеры, роботы загружает магнитные диски в систему, где на них записывается необходимая информация. Программа, управляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какую из четырех установок для записи следует загружать тот или иной «пустой» диск. Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующая установка должна занести на диск.
Тот же робот осуществляет и два других этапа этого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей установки и помещает его в устройство, которое струей сжатого воздуха прижимает к поверхности диска самоклеющуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощью захватного приспособления и упаковывает его конверт.
Подобный робот разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Он передвигается на гусеницах между пятью производственными участками завода. Робот извлекает пластмассовую деталь автомобиля из установки для инжекторного прессования и последовательно переносит деталь на доводочные участки, где с нее снимаются обои и заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, который полирует ее. И наконец деталь перемещается с полировального станка на конвейер.
3) Упаковка. Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделия и помещать в какую-либо тару. На заводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаются укладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых они обращаются с продукцией очень аккуратно: сжав шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот соблюдает высокую точность при укладке конфет в коробки, помещая их в определенные ячейки коробки.
4) Погрузка тяжелых предметов на конвейер или палеты. Помимо упаковки миниатюрных изделий, а также промышленных и бытовых товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. По существу они здесь заменяют подъемно-транспортные машины, управляемые оператором-человеком.
5) Обработка деталей и заготовок. Хотя роботы выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов и нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач.
6) Сварка. Эта операция чаще всего выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования инструментом. роботы могут осуществлять два вида сварки: точечную контактную и дуговую. В обоих случаях робот удерживает сварочный пистолет, который пропускает ток через две соединяемые металлические детали. В соответствии с управляющей программой сварочный пистолет может перемещается практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.
Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной промышленности. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки, чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали в начале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируемые на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений просто требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений.
7) Сверление. Как правило операцию сверления осуществляют на станке. При использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент, который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали, высверливая отверстия в нужных местах. Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях, когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий. Операции сверления играют значительную роль в производстве самолетов: они предшествуют клепке, при которой в отверстия вставляются миниатюрные зажимные детали, скрепляющие между собой два листа металла. В деталях самолетов необходимо проделывать сотни, а то и тысячи отверстий под заклепки, и вполне естественно, что такую операцию поручили роботу.
8) Бесконтактная обработка заготовок. Из-за малой жесткости и недостаточной твердости, роботы не могут проводить обработку твердых материалов резаньем. Поэтому инженеры изучают бесконтактные методы обработки материалов, подобных металлу или пластику. Для этой цели, в частности, используется лазер. В рабочем органе робота закреплен прибор, который направляет высокоэнергетическое когерентное излучение лазера (для чего нередко используется волоконно-оптическая система передачи) на обрабатываемую заготовку. Лазер может с высокой точностью резать пластины из металла, в частности стали. Робот перемещает рабочий орган над обрабатываемым листовым материалом по траектории, определяемой программой. Программой же регулируется интенсивность светового луча в соответствии с толщиной нарезаемого материала. Другой бесконтактный метод резанья основан на использовании струи жидкости. Такой подход впервые применила компания «Дженерал моторс». На ее заводе в Адриане установлена система с 10 роботами, изготавливающая пластмассовые детали нефтеналивных цистерн. Восемь из десяти роботов направляют водяные струи под высоким давлением на перемещаемые конвейером пластмассовые листы. Эти струи прорезают в исходном материале ряд отверстий и щелей, а также удаляют лишние элементы пластмассовых прессованных деталей. по утверждению представителей компании «Дженерал моторс», подобная роботизированная система весьма экономична, поскольку исключает износ инструмента и позволяет повысить качество операций резанья. Поскольку система управляется программой, которая находится в памяти центрального компьютера, для контроля и обслуживания всех 10 роботов требуется только два оператора.
9) Нанесение различных составов на поверхность. На большинстве предприятий после таких операций, как резанье, производится обработка поверхности только что изготовленных деталей (чаще всего окраска). Это еще один тип производственных операций, которые способен выполнять робот если его оснастить пульверизатором. В память робота закладывается программа, обеспечивающая выполнение определенной, многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно программа регулирует скорость разбрызгивания краски. В результате на поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие, причем нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски, чем человек, которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей среды, а также нанесение клеевых составов на поверхность деталей подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали возможность применения последней операции на этапе окончательной «подгонки» готовых узлов, в частности при монтаже таких элементов, как хромовые вкладыши на кузове автомобиля. При выполнении подобных операций робот помещают в оболочку, которая защищает его от попадания клея и других связующих веществ. Его также можно «обучить» тому, чтобы он время от времени самостоятельно очищался, погружая захватное приспособление в очищающую жидкость.
10) Чистовая обработка. Самой «непопулярной» операцией в механообработке, которая к тому же труднее подается автоматизации, является, пожалуй, удаление заусенцев, посторонних частиц и зачистка.
Такая чистовая обработка - весьма непростая процедура. Рабочий подносит обрабатываемую деталь к абразивному инструменту, который стачивает острые края и шероховатости на поверхности изделия. Данная процедура занимает важное место в технологическом процессе, однако выполнять ее вручную весьма непросто.
Возможности использования роботов для окончательной обработки изделий исследовались во многих странах. Основная трудность здесь состоит в том, что роботы не обладают естественной для человека способностью контролировать качество своей работы, робот не может менять последовательность своих действий, если он не снабжен соответствующими датчиками. Английская фирма, специализирующаяся на изготовлении соединительных элементов водопроводных труб, осуществила проект, который позволил оснастить робот простейшей системой машинного» зрения в виде телевизионной камеры.
Предположим, робот держит какую-то деталь, например латунный водопроводный кран; телекамера передает изображение крана в компьютер, который в свою очередь регулирует прижатие шлифовального ремня, стачивающего неровности на поверхности этой литой детали. Кроме того, компьютер управляет перемещением манипулятора робота. Таким образом, действия всех компонентов системы - телекамеры, основного манипулятора, регулирующего прижатие шлифовального ремня, -взаимно скоординированны.
11) Испытания и контроль. После того как изготовлена деталь или смонтировано несколько узлов, обычно проводятся их испытание с целью выявления возможных дефектов. Тщательному контролю подвергаются линейные размеры деталей. Все измерительные операции являются частью повседневных задач, решаемых на всех предприятиях мира. Роботы способны облегчить их выполнение.
Для этой цели роботы оснащаются миниатюрными оптическими датчиками; как правило, это светодиоды, объединенные с полупроводниковыми светочувствительными приборами. Облучая проверяемую поверхность лучом определенной частоты, подобный датчик принимает отраженное от поверхности излучение, имеющее туже частоту.
Робот, в соответствии с заложенной в нем программой, перемещает датчик от одной точки контролируемого изделия к другой. по результатам измерения интервала времени между моментом испускания светового импульса и его приема после отражения рассчитывается форма проверяемой поверхности. Все эти действия выполняет компьютер данной автоматизированной системы. Операции подобного рода позволяют избежать использование таких инструментов, как микрометры и штангенциркули.
12) Монтаж печатных плат. Еще одна отрасль производства, где роботы-сборщики могли бы найти широкое применение, - монтаж электронных компонентов на печатных платах. Некоторые из таких операций могут выполнять специализированные сборочные комплексы, однако, по существу, они представляют собой манипуляторы, рассчитанные на решение строго определенных задач; их нельзя запрограммировать таким образом, чтобы они выполняли какие-то другие операции или манипулировали нестандартными компонентами. Поэтому при использовании подобных установок предназначенных для узкоспециализированного монтажа комплекты компонентов стандартной формы загружаются в накопительные желоба многоячеечных магазинов, похожих на патронташ. Эти магазины перемещаются мимо механического захвата, который поочередно извлекает оттуда компоненты и устанавливает их в нужные места на плате.
1.2 Классификация промышленных роботов
Промышленные роботы классифицируются по следующим признакам:
по характеру выполняемых технологических операций
основные;
вспомогательные;
универсальные;
по виду производства
литейные;
сварочные;
кузнечно-прессовые;
для механической обработки;
сборочные;
окрасочные;
транспортно-складские;
по системе координат руки манипулятора
прямоугольная;
цилиндрическая;
сферическая;
сферическая угловая (ангулярная);
другие;
по числу подвижностей манипулятора;
по грузоподъемности
сверхлегкие (до 10 Н);
легкие (до 100 Н);
средние (до 2000 Н);
тяжелые (до 10000 Н);
сверхтяжелые (свыше 10000 Н);
по типу силового привода
электромеханический;
пневматический;
гидравлический;
комбинированный;
по подвижности основания
мобильные;
стационарные;
по виду программы
с жесткой программой;
перепрограммируемые;
адаптивные;
с элементами искусственного интеллекта;
по характеру программирования
позиционное;
контурное
цикловое
комбинированное
1.3 Принципиальное устройство промышленного манипулятора
Манипулятор промышленного робота по своему функциональному назначению должен обеспечивать движение выходного звена и, закрепленного в нем, объекта манипулирования в пространстве по заданной траектории и с заданной ориентацией. Для полного выполнения этого требования основной рычажный механизм манипулятора должен иметь не менее шести подвижностей, причем движение по каждой из них должно быть управляемым.
Структура кинематической цепи манипулятора должна обеспечивать требуемое перемещение объекта в пространстве с заданной ориентацией. Для этого необходимо, чтобы схват манипулятора имел возможность выполнять движения минимум по шести координатам: трем линейным и трем угловым. Рассмотрим на объекте манипулирования точку М, которая совпадает с центром схвата. Положение объекта в неподвижной (базовой) системе координат 0x0y0z0 определяется радиусом-вектором точки М и ориентацией единичного вектора |
