RU2189899C2

RU2189899C2 - Industrial robot

Info

Publication number: RU2189899C2
Application number: RU2000126426A
Authority: RU
Inventors: К.В. Жеребятьев; Н.С. Чернов; В.И. Подколзин; И.Э. Адаменко
Original assignee: Акционерное общество "АвтоВАЗ"
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: robotics, possibly development of robot models. SUBSTANCE: robot includes manipulator with several freedom degrees. Each freedom degree is realized by axle having mechanical drive and synchronous electric AC-motor. Motors of respective axles are provided with resolvers used as position and speed pickups. Robot also includes electric units mounted in manipulator; control system with digital drive unit connected with electric motors; data processor. The last is mounted onto manipulator base and it is connected with resolvers of electric motors and with control system having additional memory providing possibility for registering in it dynamic and kinematic parameters of manipulator (depending upon its type). Electric motors are mounted by means of adaptors and they are provided with intermediate shafts coupled with shafts of mechanical drive units. EFFECT: enlarged functional and manufacturing possibilities, improved operational reliability of robot. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании новых моделей роботов. The invention relates to robotics and can be used to create new models of robots.

Известен промышленный робот ПР601/60, выпускаемый ПТО АО "АвтоВАЗ" (проспект "Промышленный робот ПР601/60" АвтоВАЗ, зак. 4274, тип. ВАЗа прилагается), содержащий манипулятор с шестью степенями подвижности, каждая из которых имеет механический привод и электродвигатель постоянного тока с транзисторным управлением, систему управления с приводами постоянного тока, а также соответствующее электрооборудование, устанавливаемое на манипуляторе и включающее в себя конечные выключатели, датчики базовых точек, а также кабели с разъемами и клеммами. При этом в качестве датчика скорости используется тахогенератор, а в качестве датчика положения - невстраиваемые резольверы, относящиеся к бортовому электрооборудованию. A well-known industrial robot PR601 / 60 manufactured by AvtoVAZ PTO (AvtoVAZ Industrial Robot PR601 / 60 prospectus, order No. 4274, type. VAZ is attached) containing a manipulator with six degrees of mobility, each of which has a mechanical drive and a constant electric motor current with transistor control, a control system with DC drives, as well as the corresponding electrical equipment installed on the manipulator and includes limit switches, base point sensors, as well as cables with connectors and terminals. In this case, a tachogenerator is used as a speed sensor, and non-built-in resolvers related to on-board electrical equipment are used as a position sensor.

К недостаткам известного промышленного робота относятся: ограниченная рабочая зона, низкое быстродействие, низкие функциональные и технологические возможности, а также недостаточная эксплуатационная надежность. Кроме того, такие модели роботов морально устарели. The disadvantages of the well-known industrial robot include: limited work area, low speed, low functional and technological capabilities, as well as insufficient operational reliability. In addition, such robot models are outdated.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является промышленный робот ПР161, выпускаемый ПТО АО "АвтоВАЗ" (проспект "Промышленный робот ПР161/60.1", зак.4273, тип. ВАЗа прилагается), который содержит манипулятор с шестью степенями подвижности, каждая из которых обеспечена посредством оси, снабженной механическим приводом и электродвигателем постоянного тока с транзисторным управлением, систему управления с электромеханическим аналоговым приводом, подключенным к электродвигателям постоянного тока и оснащенным тахогенератором, встроенным тормозом, датчиком абсолютных значений, и соответствующее электрооборудование, установленное на манипуляторе. The closest in technical essence to the present invention is an industrial robot PR161, manufactured by PTO AvtoVAZ JSC (prospectus "Industrial robot PR161 / 60.1", order 4237, type. VAZ is attached), which contains a manipulator with six degrees of mobility, each of which provided by an axis equipped with a mechanical drive and a DC motor with transistor control, a control system with an electromechanical analog drive connected to DC motors and equipped with a tacho for generators, built-in brake, absolute encoder, and the corresponding electrical equipment installed on the manipulator.

К недостаткам известного робота относятся:
- во-первых, применение двигателей постоянного тока снижает надежность робота из-за наличия щеток на двигателе и тахогенераторе, имеющих из-за этого малый ресурс;
- во-вторых, наличие на осях степеней подвижности манипулятора робота электронных датчиков положения приводит к снижению надежности робота из-за работы электроники в жестких условиях эксплуатации, в которых обычно работает манипулятор робота (температура, грязь, пыль, влажность, вибрация и т.д. );
- в-третьих, для считывания положения осей степеней подвижности и их скорости используются два разных датчика, каждый из которых имеет недостатки, описанные выше, а также еще и из-за увеличения количества узлов;
- в-четвертых, наличие аналогового привода в составе системы управления приводит к периодическому уходу характеристик в связи с наличием аналоговых регулировок внутри привода, что повышает эксплуатационные затраты и снижает надежность робота;
- в-пятых, система управления содержит устаревшие алгоритмы управления и не позволяет использовать новые, учитывающие последние достижения в этой области, что ограничивает его функциональные и технологические возможности, а также приводит к более быстрому износу движущихся механических частей манипулятора робота.The disadvantages of the famous robot include:
- firstly, the use of DC motors reduces the reliability of the robot due to the presence of brushes on the engine and tachogenerator, which because of this has a small resource;
- secondly, the presence on the axes of the degrees of mobility of the robot arm of the electronic position sensors leads to a decrease in the reliability of the robot due to the operation of electronics in harsh operating conditions in which the robot arm usually operates (temperature, dirt, dust, humidity, vibration, etc. .);
- thirdly, to read the position of the axes of the degrees of mobility and their speed, two different sensors are used, each of which has the drawbacks described above, and also due to an increase in the number of nodes;
- fourthly, the presence of an analog drive as part of the control system leads to periodic departure of characteristics due to the presence of analog adjustments inside the drive, which increases operating costs and reduces the reliability of the robot;
- fifthly, the control system contains outdated control algorithms and does not allow the use of new ones that take into account the latest achievements in this area, which limits its functional and technological capabilities, and also leads to faster wear of the moving mechanical parts of the robot manipulator.

Создание данного изобретения направлено на расширение функциональных и технологических возможностей робота и повышение его эксплуатационной надежности. Для этого промышленный робот, содержащий манипулятор с основанием и несколькими степенями подвижности, каждая из которых обеспечена посредством оси, снабженной механическим приводом и электродвигателем, установленное на манипуляторе электрооборудование и систему управления с приводом, соединенным с электродвигателями, и датчиками положения и скорости, снабжен блоком обработки данных, блоком памяти, введенным в систему управления, а также переходными устройствами и переходными валами. В качестве электродвигателей использованы синхронные электродвигатели переменного тока, установленные на осях манипулятора посредством переходных устройств и соединенные с помощью переходных валов с валами, предусмотренными в механических приводах. В качестве датчиков положения и скорости использованы встроенные в упомянутые синхронные электродвигатели переменного тока резольверы. Блок обработки данных установлен на основании манипулятора и соединен с резольверами и системой управления, привод которой выполнен цифровым. При этом блок памяти выполнен из условия обеспечения возможности введения в него динамических и кинематических параметров манипулятора в зависимости от его типа. Каждое переходное устройство выполнено в виде фланца со сквозным центральным отверстием для размещения в нем с возможностью вращения переходного вала. The creation of this invention is aimed at expanding the functional and technological capabilities of the robot and increasing its operational reliability. For this, an industrial robot containing a manipulator with a base and several degrees of mobility, each of which is provided by means of an axis equipped with a mechanical drive and an electric motor, electrical equipment installed on the manipulator and a control system with a drive connected to electric motors, and position and speed sensors, is equipped with a processing unit data, a memory unit introduced into the control system, as well as transitional devices and transitional shafts. As electric motors, synchronous AC electric motors are used, mounted on the axes of the manipulator by means of transitional devices and connected by means of transitional shafts to the shafts provided in the mechanical drives. As sensors of position and speed, resolvers built into the mentioned synchronous AC electric motors are used. The data processing unit is installed on the basis of the manipulator and is connected to resolvers and a control system, the drive of which is digital. In this case, the memory block is made from the condition of providing the possibility of introducing into it the dynamic and kinematic parameters of the manipulator, depending on its type. Each adapter is made in the form of a flange with a through central hole for placement in it with the possibility of rotation of the adapter shaft.

На фиг.1 изображен манипулятор заявляемого промышленного робота; на фиг. 2 - структурная схема системы управления; на фиг.3 - алгоритм управления роботом; на фиг.4 - переходный фланец для подсоединения к осям степеней подвижности робота синхронных электродвигателей переменного тока; на фиг.5 - переходный вал для сочленения валов механических приводов с валами синхронных электродвигателей переменного тока. Figure 1 shows the manipulator of the inventive industrial robot; in FIG. 2 is a structural diagram of a control system; figure 3 - algorithm for controlling the robot; figure 4 - adapter flange for connecting to the axes of the degrees of mobility of the robot synchronous AC electric motors; figure 5 - adapter shaft for coupling shafts of mechanical drives with shafts of synchronous AC motors.

Промышленный робот содержит манипулятор 1 с шестью степенями подвижности, каждая из которых обеспечена посредством оси, снабженной механическим приводом (не показано) и электродвигателем 2, установленное на манипуляторе электрооборудование, включающее кабель управления 3 и кабель моторов 4, систему управления 5 и блок обработки данных 6. Электродвигатели 2 выполнены синхронными переменного тока со встроенными резольверами, используемыми в качестве датчиков положения и скорости, установлены на осях степеней подвижности манипулятора 1 с помощью переходных устройств 7 и снабжены переходными валами 8 для сочленения с валами механических приводов. Блок обработки данных 6 установлен на основании манипулятора 1 и соединен с резольверами электродвигателей 2 и с системой управления 5 (см. фиг.2), которая включает в себя блок управления 9, пульт программирования 10, привод 11, выполненный цифровым, блок питания 12 и дополнительно введенный в нее блок памяти 13, подключенный к блоку управления 9, имеющему свою память, и выполненный с возможностью введения и изменения в нем динамических и кинематических параметров манипулятора 1 робота в зависимости от его типа. Каждое переходное устройство 7 может быть выполнено, например, в виде фланца (см. фиг.4) со сквозным центральным отверстием 14, в котором устанавливается с возможностью вращения переходный вал 8. The industrial robot contains a manipulator 1 with six degrees of mobility, each of which is provided by an axis equipped with a mechanical drive (not shown) and an electric motor 2, electrical equipment installed on the manipulator, including a control cable 3 and a motor cable 4, a control system 5 and a data processing unit 6 The electric motors 2 are made of synchronous alternating current with built-in resolvers used as position and speed sensors, mounted on the axes of the degrees of mobility of the manipulator 1 with power adapters 7 and 8 are provided with shafts transition for articulation with mechanical drive shafts. The data processing unit 6 is installed on the basis of the manipulator 1 and is connected to the resolvers of the electric motors 2 and to the control system 5 (see FIG. 2), which includes a control unit 9, a programming console 10, a digital actuator 11, a power supply 12 and an additionally inserted memory unit 13 connected to a control unit 9 having its own memory, and configured to introduce and change dynamic and kinematic parameters of the robot manipulator 1 therein, depending on its type. Each adapter 7 can be made, for example, in the form of a flange (see Fig. 4) with a through central hole 14, in which the adapter shaft 8 is mounted for rotation.

Промышленный робот работает следующим образом. Industrial robot works as follows.

При включении системы начинается загрузка системной программы (см. фиг. 3), после этого проводится самодиагностика узлов и блоков с целью анализа их работоспособности, при этом, если найдена неисправность, сообщается ее номер и дается возможность устранения ошибки, если ошибки не найдены, то вступает в силу дополненный вариант алгоритма, а именно: запрашивается тип манипулятора робота и после определения типа манипулятора производится автоматическая загрузка его кинематических и динамических данных из дополнительного блока памяти 13. Далее алгоритм отрабатывается без дополнительных изменений, то есть происходит загрузка выбранной рабочей программы робота, ее анализ на ошибки и исполнение. При окончании загрузки программы происходит ее исполнение роботом по получении им стартовой команды и при соблюдении условий работы при запуске. Блок управления 9 системы управления 5 роботом (фиг.2) вырабатывает заданные значения для цифрового электропривода 11 в соответствии с рабочей программой и с учетом данных блока обработки 6, при этом цифровой электропривод переменного тока 11 через кабели моторов 4 приводит в движение синхронные электродвигатели 2 переменного тока, которые в свою очередь через переходные валы 8 приводят в движение оси степеней подвижности манипулятора 1 робота. Контроль за соблюдением заданных значений производится с помощью встроенных в синхронные электродвигатели 2 переменного тока резольверов, данные от которых поступают в блок обработки данных 6 по кабелю в качестве фактических значений положения осей степеней подвижности манипулятора 1 робота. Обработанные данные от блока обработки данных 6 поступают в блок управления 9 системы управления 5 по кабелю управления 3. Ввод и отображение информации в системе управления 5 осуществляется через пульт программирования 10. Питание всех блоков системы управления 5 осуществляется блоком питания 12. When the system is turned on, the loading of the system program begins (see Fig. 3), after this, self-diagnosis of the nodes and blocks is carried out in order to analyze their operability, while if a malfunction is found, its number is reported and it is possible to eliminate the error, if no errors are found, then an extended version of the algorithm comes into effect, namely: the type of robot manipulator is requested, and after determining the type of manipulator, its kinematic and dynamic data are automatically loaded from an additional memory unit 13. Dal its algorithm is worked out without additional changes, that is, the selected robot working program is loaded, its analysis for errors and execution. When the program is finished loading, it is executed by the robot upon receipt of the start command and subject to the working conditions at startup. The control unit 9 of the robot control system 5 (FIG. 2) generates setpoints for the digital electric drive 11 in accordance with the work program and taking into account the data of the processing unit 6, while the digital AC drive 11 through the cables of the motors 4 drives the synchronous electric motors 2 of the AC current, which in turn through the adapter shafts 8 set in motion the axis of the degrees of mobility of the robotic arm 1. Monitoring compliance with the specified values is carried out using the resolvers built into the synchronous electric motors 2, the data from which are supplied to the data processing unit 6 via cable as the actual values of the position of the axes of the degrees of mobility of the robot arm 1. The processed data from the data processing unit 6 enters the control unit 9 of the control system 5 via the control cable 3. Input and display of information in the control system 5 is carried out through the programming console 10. The power of all blocks of the control system 5 is provided by the power supply 12.

Преимуществом данного изобретения является быстрое и технологичное создание новых моделей роботов и быстрая модернизация роботов старых моделей с расширением их функциональных и технологических возможностей и увеличения их эксплуатационной надежности. The advantage of this invention is the rapid and technological creation of new models of robots and the rapid modernization of robots of old models with the expansion of their functional and technological capabilities and increase their operational reliability.

Claims

1. Industrial robot containing a manipulator with a base and several degrees of mobility, each of which is provided by means of an axis equipped with a mechanical drive and an electric motor, electrical equipment and a control system with a drive connected to electric motors, and position and speed sensors, characterized in that that it is equipped with a data processing unit, a memory unit introduced into the control system, as well as transitional devices and transitional shafts, while as an electric motor They used AC synchronous electric motors mounted on the manipulator axes by means of transitional devices and connected by means of transitional shafts to the shafts provided in the mechanical drives. Resolvers built into the mentioned synchronous AC electric motors were used as position and speed sensors, the data processing unit is installed on the basis of the manipulator and is connected to resolvers and a control system, the drive of which is digital, and the memory unit is made from conditions I have to be able to introduce it dynamic and kinematic parameters of the manipulator, depending on its type.

2. The industrial robot according to claim 1, characterized in that each adapter is made in the form of a flange with a through central hole for placement in it with the possibility of rotation of the adapter shaft.