Московский государственный технологический университет «Станкин»
Опубликован: 18.05.2005 | Доступ: свободный | Студентов: 4102 / 506 | Оценка: 3.93 / 3.84 | Длительность: 11:45:00
ISBN: 978-5-9556-0024-6
Специальности: Программист
Лекция 10:

Интеллектуальная система управления робота-станка

< Лекция 9 || Лекция 10: 12 || Лекция 11 >
Аннотация: Лекция является основой построения системы с элементами интеллекта на "низшем" уровне. Рассматриваются функциональные свойства системы управления исполнительными приводами, системой датчиков, определяющих положение выходных координат объекта управления, управление режимами обработки, распознавание обрабатываемой поверхности ее геометрических параметров и качества обработки. Особое внимание уделено способности системы работать по ошибке между программируемыми координатами и получаемыми после обработки.

Основными требованиями к системам управления технологическими машинами, построенными на подвижных стержневых механизмах, являются, во-первых, обеспечение технологических режимов для выполняемой операции, точности и качества получения поверхности при ее обработке и, во-вторых, выполнение указанных требований при наличии упругих деформаций исполнительных механизмов. Это возможно только в том случае, если работает система контроля технологических параметров, геометрических размеров обрабатываемой поверхности, положения исполнительных механизмов и упругих передвижений звеньев манипуляторов перемещения инструмента и изделия. Указанные системы контроля оснащаются датчиками контроля положения звеньев механизма, упругих перемещений, режимов обработки (датчики измерения силы резания, подачи, скорости резания, износа инструмента и др.), качества обрабатываемой поверхности и ее геометрических размеров.

Система управления технологической машиной.

Система управления технологической машиной (рис. 8.2) в целом представляет сложную систему, способную решать отдельные интеллектуальные задачи. Как правило, современное производство еще далеко от того, чтобы широко применять указанные системы. Поэтому в данной лекции мы попытаемся рассмотреть только отдельные интеллектуальные задачи, решаемые системой управления станочного оборудования, построенного на подвижных стержневых механизмах. Указанные системы по своим функциональным характеристикам близки к промышленным роботам и во многом на них похожи.

Система управления, представленная на рисунке 8.3, предназначена для формирования законов управления исполнительными приводами, обработки информации систем контроля, задания траектории перемещения инструмента относительно обрабатываемой детали и обеспечения требуемых режимов обработки. Рассмотрим основные функции, выполняемые данной системой (рис. 10.1), более детально.


Рис. 10.1.
  1. Описание поверхности, которую требуется получить после обработки на каждом переходе, а также после окончательной обработки. Эта информация хранится в виде массива опорных точек поверхности.
  2. Формирование траектории движения инструмента. Траектория рассчитывается исходя из снимаемого припуска на каждом переходе как непрерывное перемещение подвижного трехгранника ДAi в системе координат детали.
  3. Сравнение программной траектории перемещения инструмента ДAi с реальным его положением ДAK в системе координат детали. На основе данного сравнения определяются погрешности линейных и угловых координат \varepsilon.
  4. Определение реальных координат заготовки. Оптическая система контроля поверхности определяет реальные координаты поверхности заготовки AД* в системе координат детали. Сравнивая реальные координаты AД* с идеальными AД формируется массив F_{1}(\Delta , S_{i}) распределения припуска по обрабатываемой поверхности.
  5. Вторым функциональным предназначением оптической системы контроля является определение шероховатости обрабатываемой поверхности и ее распределение. В зависимости от дискретной градации уровня шероховатости формируются зоны Si на поверхности с заданным уровнем микронеровностей RZ.
  6. Выбор информационных датчиков контроля положения. Информационные датчики qинф. выбираются из суммарного количества датчиков qm+qi, определяющих перемещения в сочленениях звеньев механизма параллельной структуры. Критерием, по которому выбираются данные датчики, является минимум погрешности вычисления выходного звена при заданной погрешности датчиков.

Состав системы управления и функциональные характеристики ее элементов. В состав системы управления (рис. 10.1) входят сепаратные приводы, представляющие замкнутые по положению следящие системы по каждой управляемой координате механизма. Кроме этого, система управления в целом также представляет следящую систему, в которой осуществляется сравнение программного положения режущей кромки инструмента ДAi с реальным его положением ДAK в системе координат детали.

Как было отмечено в лекции 9, для описания математических преобразований используется аппарат однородных матричных преобразований. Положение подвижного трехгранника (\tau \nu \beta )_{i}, определяющего программное положение режущей кромки (рис. 10.2) в каждый момент времени, задается матрицей


где


- подматрица направляющих косинусов осей подвижного трехгранника (\tau \nu \beta )_{i}, определяющего программное положение режущей кромки относительно осей координатной системы (XYZ)Д ;

ДRi =[xiyizi]T - вектор, определяющий программное положение i-й точки поверхности в системе координат (XYZ)Д.

Соответственно, реальное положение режущей кромки определяется матрицей, аналогичной (10.1)



Рис. 10.2.

В соответствии с (10.2), рассогласование между программным KAi и реальным положениями режущей кромки ДAK определяется из матричного произведения

ДAi=ДAKKAi, (10.3)

из которого

KAi=(ДAK)-1ДAi. (10.4)

Рассогласование между положениями трехгранников представляется матрицей KAi, структурно аналогичной матрицам (10.1) и (10.2). На основе KAi формируется вектор \varepsilon, элементами которого являются три элемента четвертого столбца, определяющие линейное рассогласование, и три элемента из матрицы направляющих косинусов KAi, не принадлежащие одному столбцу и одной строке. Вектор \varepsilon является исходным для вычисления приращений управляющих обобщенных координат \Delta q.

Обратное преобразование Якоби J-1 (рис. 8.3), представляющее обратное преобразование от матрицы


связывает погрешности положения инструмента \varepsilon и приращения обобщенных управляемых координат \Delta q

\varepsilon  = J\Delta q.s ( 10.5)

Система линейных уравнений (10.5) решается относительно \Delta q любым известным методом.

Выбор добротности и корректирующих устройств, обеспечивающих устойчивость системы и требуемую точность \varepsilon  \le  \varepsilon _{доп.}, осуществляется настройкой коэффициентов усиления K (рис. 8.3). Для определения начального положения механизма qi необходимо решать обратную задачу F-1(q) в абсолютных координатах.

Описание сложной поверхности и планирование управления исполнительными приводами для ее воспроизведения рассматривается в лекции 11.

Дополнительные датчики при решении прямой и обратной задач кинематики.

Решение прямой и обратной задач кинематики подвижных стержневых механизмов параллельной структуры осуществляется с использованием дополнительных датчиков. Для этого датчики положения устанавливаются в сочленениях звеньев, содержащих и не содержащих исполнительные приводы. Это позволяет оперативно вычислять управление исполнительными приводами и сокращает вычислительные ресурсы. Однако при этом необходимо решать задачу выбора группы датчиков для соответствующей конфигурации механизма, которые с наибольшей точностью определяют положение его выходного звена. Например, два датчика (рис. 10.3), имеющие одинаковую погрешность определения углового положения \Delta _{1} = \Delta _{2} с разной точностью определяют линейные перемещения в направлении оси X. Датчик D1 определяет значение X более точно, чем D2, и \Delta x_{1} < \Delta x_{2}. При другом положении точки i на плоскости значимость точности датчика может поменяться.


Рис. 10.3.

Манипулятор перемещения изделия специального робота-станка для обработки пера лопаток (рис. 8.1) содержит дополнительные датчики. Данный манипулятор имеет четыре управляемых двигателя D1, D2, D3, D4 для перемещения выходного звена (платформы П) по четырем координатам: двум линейным и двум угловым (рис. 10.4). Кроме датчиков контроля углов поворота двигателей q1, q2, q3 и q4, в механизме установлены датчики измерения углов взаимного положения звеньев, расположенные в сочленениях \varphi _{A}, \varphi _{B}, \varphi _{C}.


Рис. 10.4.

Для определения положения платформы П относительно базовой системы координат (XYZ)0 достаточно знать длины звеньев 1—6 ( L1—L6 ) и четыре угла поворота. При наличии семи датчиков контроля углового положения звеньев q1, q2, q3, q4, \varphi _{A}, \varphi _{B}, \varphi _{C} требуется найти такое сочетание четырех из семи 4C7 информационных углов, которое обеспечит минимальную погрешность определения координат выходного звена (XY) относительно (XYZ)0. Решение данной задачи в общем случае рассмотрено в лекции 13.

< Лекция 9 || Лекция 10: 12 || Лекция 11 >
Дмитрий Черепанов
Дмитрий Черепанов

Неоднократно находил ошибки в тестах, особенно в экзаменационных вопросах, когда правильно данный ответ на вопрос определялся в итоге как не правильно отвеченный... Из-за этого сильно страдает конечный бал! Да еще в заблуждение студентов вводит! Они-то думают, что это они виноваты!!! Но они тут не причем! Я много раз проверял ответы на некоторые такие "ошибочные" вопросы по нескольким источникам - результат везде одинаковый! Но ИНТУИТ выдавал ошибку... Как это понимать?

Из-за подобных недоразумений приходиться часами перерешивать экзамен на отличную оценку...!!!

Исправьте, пожалуйста, такие "ошибки"...

Анжелика Шлома
Анжелика Шлома

Огромная просьба сделать проще тесты, это просто ужас какой-то! Слишком сложно! 

Анатолий Гречман
Анатолий Гречман
Казахстан, Экибастуз, Экибастузский Инженерно-технический Институт, 2014
Berkut Molodoy
Berkut Molodoy
Россия