Промышленный
робот РФ-202М предназначен для осуществления
операции загрузки технологического
оборудования (штампа) заготовки и
удаление штампованных деталей из рабочей
зоны оборудования. Робот может обслуживать
прессы, металлорежущие станки и машины
другого назначения.
Робот
содержит основание со стойкой, две руки
с захватами, узел подготовки воздуха,
устройство програмного управления
(рис. 6.1). Предусмотрены следующие движения
механизмов робота: зажим, освобождение
заготовок и штампованных деталей
захватами, движение захватов по оси рук
в рабочую зону и из рабочей зоны, подъём
рук вверх и опускание вниз , поворот рук
по часовой и против часовой стрелки.
Устройство
управления может работать в двух режимах:
в режиме обучения и автоматическом
режиме. В модуле памяти устройства
управление может храниться до девяти
программ с общим объёмом до 256 управляющих
слов. 6.2 Цель работы является изучение
режимов работы промышленного робота
РФ-202М, усвоение принципов составления
программ работы манипулятора и их
реализация.
6.3.
Условия и последовательность проведение
работы
Работа
производится группой студентов в
количестве 3-4 человек. Каждый студент
получает задание на реализацию варианта
программы работы манипулятора робота.
Ознакомиться
с работой робота по натурному образцу,
составить его кинематическую схему и
указать назначение входящих в него
устройств.
Рис.
6.1 Схема промышленного робота:
1
– основание; 2 – стойка; 3 – руки; 4 –
захваты;
5
– устройство программного управления
Подготовка
устройства управления роботом к работе:
-органы
управления привести в исходное положение.
Исходному положению кнопок соответствует
их отжатое состояние. Исходному положению
програмного переключателя “номер
программы’’ соответствует нуливое
положение;
-включить
систему управления нажатием кнопки
“ВКЛ”;
-в
узле коммутации нажать две кнопки,
которые обеспечивают работу манипулятора
в данном варианте компоновки. Нажатие
одной из них соответствует варианту
компоновки с зависимым положением
захватного устройства. Нажатие другой
иммитирует срабатывание датчиков
положения модуля поворота правого
исполнительного устройства. Управление
поворотом манипулятора осуществляется
органами управления левого захватного
устройства;
-нажать
кнопку “Контр. бат.”. Проверить наличие
питания “ЗУ” по загоранию лампочки.
Порядок
действия оператора в режиме обучения:
-нажать
кнопку “Вкл. индикации”;
при
нажатой кнопке “стирание” нажать и
отпустить кнопку записи ;
-установить
переключатель “Номер программы” в
положение 1;
нажать
кнопку обучения ;
-вывести
манипулятор в исходную точку;
–
записать
координаты исходной точки, для чего при
нажатой кнопке начала программы нажать
и отпустить кнопку ;
-записать
при необходимости время выдержки
манипулятора в точке, нажимая кнопку
“Таймер”. Масштаб “Таймера” задаётся
оператором в автоматическом режиме;
–
записать
координаты промежуточных точек, выводя
манипулятор в эти точки и нажимая кнопку
;
вывести
манипулятор в конечную точку, которая
должна соответствовать начальной.
Записать её, нажав и отпустив кнопку
при нажатой кнопке конца программы.
6.4. Пример
составления программы и её реализация
Примем,
что манипулятору необходимо перенести
деталь из точки “а” в точку “в” (рис.
6.2). Используем для этой опереции левое
захватное устройство манипулатора. В
исходном положении левое захватное
устройство открыто и находится в точке
“в”. Последовательность перемещений
захвата и руки манипулятора показана
на рис. 6.2, а вариант программы
(назовём его вариантом 1) , записываемой
в запоминающее устройство системы
управления, представлен в табл. 6.1.
После
сопоставления схемы перемещений и
табличной записи программы осуществляется
её реализация в следующем порядке:
-подготовить
устройство к работе в режиме обучения;
-записать
программу в устройство памяти (напр.
вариант 1)
-составить
программу (вариант 2) переноса деталей
с выдержкой руки в течение 3,5 с. в точке
2;
-записать
программу в устройство памяти;
–
проверить работу программы в режиме
обучения;
–
установить переключатель “Номер
программы” в необходимое положение;
нажать кнопку автоматической работы
;
–
нажать кнопку “Пуск”;
–
при необходимости прервать программу
нажать кнопку “Стоп” ;
–
составить программу (вариант 3) синхронного
переноса деталей двумя захватными
устройствами в соответствии с программой
(вариант 1);
–
записать программу в модуль памяти в
режиме обучения;
–
составить программу (вариант 4) ,которая
отличается от программы варианта3
введением временной задержки в точке
2 длительностью 9 с;
осуществить работу робота по программам
3 и 4 в автоматическом режиме в соответствии
с пп. ; ; ”Пуск”; ”Стоп”.
Возможны
и другие варианты начала и окончания
программы и иная последовательность
движения, временной задержки в друрих
точках захватов и рук роботов.
Каждый
студент разрабатывает и реализует свой
вариант программы по указанию
преподавателя.
В
конце работы даются выводы и заключения.
Варианты
программы работы робота
УКАЗАНИЯ
ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
Запрещается
находиться в зоне действия рук робота.
Главная Производство комплектующих для высокотехнологичных процессов 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647485051525354
живает промышленный робот. Эти команды предназначены для запуска оборудования или робота, его остановки, повторного выполнения какого-либо действия и т., п. В четырех разрядах, начиная с 19-го, хранится код, задающий время, в течение которого управляющее слово определяет состояние робота, по его истечению в систему в автоматическом цикле подается следующее слово.
Управляющие слова в режиме обучения формируются автоматически в процессе ручного управления манипулятором с пульта, выдержка времени определяется установкой таймера. Номер программы задается в начале обучения селектором программ, по окончании обучения нажимается кнопка КОНЕЦ и алгоритм обучения выходит на оператор СТОП (рис. 11.15).
В автоматическом режиме начинается перебор управляющих слов в оперативной памяти, начиная с нулевого адреса А, пока не совпадут номер программы, затребованной оборудованием Nni и номер программы, записанной в адресном слове Nn2. После того как необходимая управляющая программа найдена, начинаются опрос слов состояния, определяющих тело управляющей программы, и выдача соответствующих команд на блок электроуправляе-мых клапанов. Переход к следующему слову осуществляется по истечении времени задержки, записанном в каждом слове состояния. Обработка программы идет до тех пор, пока не встретится признак конца цикла, записываемый в 24-м разряде слова. По окончании цикла программы выполняется оператор СТОП, робот останавливается и ждет следующего пуска, который производится автоматически по запросу обслуживаемого оборудования или вручную с пульта управления.
Так организована работа систем управления роботами, оснащенными позиционным приводом, в котором координаты точек позиционирования заданы упорами. Таким системам даже для размещения до десяти программ требуется лишь несколько сотен управляющих слов. Каждая программа соответствует элементарной совокупности действий, причем номер программы запрашивается оборудованием. Таким образом можно построить технологический модуль с весьма развитой логикой работы, позволяющий, например, сортировать ИС на несколько групп, обслуживать разнотипное оборудование и т. п.
Для управления контурными системами управления или позиционными системами с программируемой величиной перемещений необходимо организовать перемещение очень малыми шагами, причем хранить множество управляющих команд для каждого шага нерационально, их надо вырабатывать.
Для получения информации о состоянии манипулятора служат датчики внутренней информации: конечные переключатели на базе герконовых, индуктивных и оптронных устройств; по-тенциометрические датчики линейных и угловых перемещений; импульсные и кодовые датчики относительного и абсолютного
отсчета углов поворота. Импульсный датчик относительного отсчета угла поворота, примененный в роботе Электроника НЦТМ-01 , представляет собой насаженный на ходовой винт диск с тонкими радиальными прорезями. С одной стороны диск освещается, и при его вращении через прорези на расположенный с другой стороны фотодиод приходят световые импульсы, число которых пропорционально перемещению. Таким образом судят об относительном перемещении. Для получения абсолютных координат рабочего органа необходимо постоянно суммировать относительные перемещения. Регулярная выверка системы отсчета производится по нулевым точкам, определяемым конечными выключателями.
Для повышения точности отсчетов перемещений применяют лазерные интерферометры и растровые датчики, образующие бегущий муаровый эффект. При этом погрешность отсчета не превышает 0,1 мкм.
Типовой ПЗС представляет собой полупроводниковый кристалл с площадью около 1 см2, на поверхности которого сформирована область накопления информации, содержащая до нескольких сотен тысяч светочувствительных элементов в виде сетки с размерами сторон 400X400 элементов. Помимо области накопления зрительной информации имеется область считывания, куда зрительная информация в виде зарядов построчно переносится из области накопления.
Обработка зрительной информации – процесс весьма длительный даже для современных быстродействующих ЭВМ, так как в кадре содержится несколько сотен тысяч чисел (при двухуровневом кодировании – нулей и единиц, при восьмиуровневом – трехразрядных двоичных чисел).
Система технического зрения на базе ПЗС применена в адаптивном роботе ОЗУН-12000 МЗ (с двухуровневым кодированием яркости). Информация из ПЗС формируется в 16-разрядные машинные слова, передаваемые в обрабатывающую их микро-ЭВМ Электроника 60М . Обрабатывая углы кадра, ЭВМ находит координаты двух реперных точек, по ним определяет смещение и угол разворота кристалла относительно эталонного и управляет сваркой, учитывая особенности посадки кристалла на рамку.
11.4. конструкции промышленных роботов
Объектами манипулирования при производстве микросхем являются кассеты или контейнеры с полупроводниковыми пластинами, полупроводниковые пластины, отдельные кристаллы, корпуса ИС и собранные ИС на конечных операциях.
Промышленные роботы ПР5-2П предназначены для выполнения основных и вспомогательных операций в составе технологических комплексов сборочного и контрольного оборудования. Манипулируют объектами малой массы с обычной точностью, оборудованы пневмоприводом и являются роботами первого поколения с системой управления, построенной на основе пневмомеханических командоаппаратов.
Основные технические характеристики промышленного робота пр5-2п:
Максимальная абсолютная погрешность позиционирования 0,15 мм Максимальная скорость перемещений для модулей:
Число одновременно управляемых движений по степеням
Число управляющих элементов в командоаппарате:
сжатый воздух с номинальным давлением 0,4 МПа .
Принципиальная схема робота изображена на рис. 11.17. Сжатый воздух из пневматической сети подводится к командо-аппарату. Командоаппарат состоит из двигателя 8, который через червячную пару 9 и пару сменных цилиндрических шестерен 10 передает вращение на кулачковый вал 11. На кулачковом валу закреплены диски 12, несущие секторы 13, взаимодействующие со штоками пневмоклапанов 1 с помощью пружин 2 и переключающие их в соответствии с заданной циклограммой
работы. Пневмоклапаны переключают воздушные магистрали, и воздух, открывая соответствующие обратные клапаны 4, поступает в полости пневмоцилиндров горизонтального, вертикального и углового перемещений. Плавность перемещений штока 5 обеспечивается тем, что воздух из соответствующих полостей пневмоцилиндров вытесняется через дроссели 3, обратные клапаны при этом закрыты. Длина перемещений определяется регулируемыми упорами; для предотвращения отскока от упоров в конце хода применены специальные пневматические демпферы. Поворот манипулятора осуществляется от двух противоположно включенных пневмоцилиндров, рейки 6 на штоках которых входят в зацепление с зубчатым колесом 7.
Система управления робота ПР5-2П в описанном виде является .жесткой, обеспечивает постоянный цикл работы и не мо-
10 V в
Рнс. 11.17. Принципиальная схема робота ПР5-2П
жет отрабатывать условные переходы, т. е. если ИС годная, положить ее в одно место, если бракованная – в другое. Для отработки условных переходов система управления оснащается дополнительными электромагнитными пневмоклапанами, которые включаются параллельно или последовательно с имеющимся в командоаппарате по сигналам, снимаемым с обслуживаемого оборудования. Для управления роботами . П Р5-2П используются и электронные системы, сходные с системой управления роботом РФ-202М.
Промышленный робот РФ-202М относится к роботам для загрузочно-разгрузочных операций, по степени универсальности является специализированным, предназначен для манипулирования объектами малой массы, оборудован пневмоприводом, относится к роботам первого поколения и имеет систему управления от электромеханического командоаппарата или от специальной микроЭВМ. Применяется в заготовительном производстве
Рис. 11.18. Пневмокинематическая схема робота РФ-202М
на штамповочных операциях при изготовлении корпусов приборов, для загрузки токарных станков с ЧПУ, литейных машин и т. д.
Основные технические характеристики робота РФ-202М:
Число одновременно управляемых движений по степеням
Манипулятор робота РФ-202М также имеет модульную конструкцию. В состав комплекта модулей входят модуль подъема, модуль поворота, модуль горизонтального перемещения захвата, модуль ротации захвата, модуль зажима и блок электроуправ-ляемых клапанов. Манипулятор может комплектоваться одной или двумя руками, в его составе могут отсутствовать какие-либо блоки, например ротации, подъема или поворота, что легко позволяет набирать необходимое число степеней подвижности
Министерство образования Российской Федерации
Государственное учреждение Кузбасский государственный технический университет
Кафедра прикладной механики
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА РФ-202М
Методические указания к лабораторной работе по программированию и управлению промышленными роботами
для студентов специальности 210200 – Автоматизация технологических процессов и производств
Составители Н. П. Курышкин А. Н. Трусов
Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 27.11.01
Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией специальности 210200 Протокол № 61 от 29.11.01
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Цель работы – изучение устройства и освоение методики программирования цикловой системы промышленного робота РФ-202М.
При выполнении работы необходимо изучить функциональные схемы цикловой системы управления во всех режимах работы, органы управления и порядок программирования. Кроме этого, для предложенного преподавателем варианта задачи необходимо составить программу работы промышленного робота, ввести эту программу в память системы управления и проверить её пробным запуском.
Работа рассчитана на два часа.
Промышленный робот РФ-202М с пневмоприводом предназначен для автоматизации процесса загрузки-разгрузки технологического оборудования. Его цикловая система управления может работать в двух режимах: режиме обучения и в автоматическом режиме. Максимальное количество программируемых координат – 11. Объём запоминающего устройства – до девяти программ, включающих 256 управляющих слов. Число технологических команд – 7.
Основная часть органов управления расположена на лицевой панели. В левой части лицевой панели расположены кнопки управления левого и правого манипуляторов и соответствующие лампы индикации. Приняты следующие обозначения кнопок:
В нижней части панели расположены кнопки управления колонной ( подъём
Правее на лицевой панели расположены органы управления и индикации таймера, служащего для задания времени выдержки:
(таймер переводится в нулевое состояние);
кнопка записи в таймер;
индикация состояния таймера.
ни (нажатой кнопке соответствует дискретность 0,5 с).
В правой части панели расположены органы управления, используемые в режиме обучения:
На лицевой панели также имеются другие органы управления. Кнопка предназначена для очистки модуля памяти. Кнопка служит для включения индикации состояния таймера и режимов работы
Индикация сигнализирует об отсутствии свободной зоны памяти либо управляющей программы с требуемым номером. Индикация и используется при проверке работы управляющего устройства.
На горизонтальной панели расположены переключатель и индикатор номера управляющей программы и кнопка При её нажатии проверяется наличие питания у модуля памяти.
Для включения и остановки работы по программе в автоматическом режиме на вертикальной панели имеются кнопки и .
Структура управляющей программы
Управляющая программа формируется в режиме обучения. При этом информация об одном кадре программы набирается на пульте управления с помощью кнопок и формируется в управляющее слово в двоично-десятичном коде. Структура управляющих слов и программ представлена на рис. 1.
разряде 13 – второй и т.д.
адресном слове в разряде 23 записывается , в остальных словах программы – . В разряде 24 последнего слова программы записывается признак конца программы (), иначе – . В разряде 25 за-
писывается признак занятости: » соответствует тому, что в слове записана информация; – тому, что она отсутствует.
В запоминающем устройстве пакет управляющих программ хранится в таком же виде, как показано на рис. 1.
Работа управляющего устройства в режиме обучения
По команде (рис.2) узел поиска находит свободное место в модуле памяти и передаёт его адрес в узлы управления манипулятором, отработки технологических команд и в узел адреса и задержки. Сформированный в узле управления манипулятором код слова разрядов поступает на узел усиления управляющих команд и далее подаётся на электроуправляемые клапаны манипулятора. Сформированный в узле отработки технологических команд код слова с разрядами поступает через узел усиления на технологическое оборудование.
Узел усиления технологич. команд
На пульт управления
Рис. 2. Схема работы управляющего устройства в режиме обучения
При нажатии кнопки узел адреса и задержки формирует в разрядах номер программы, в разряде – (признак адресного слова), в разряде – , в разряде – (признак занятости). При нажатии кнопки сформированное слово записывается в модуль памяти по найденному адресу в виде, показанном на рис.1.
Последующее обучение производится без нажатия кнопки и в разряды записывается временная задержка схвата в точке, в разряд 23 – «0», в разряд 24 – «0», в разряд 25 – «1». При обучении последнему переходу нажимается кнопка и узел адреса и задержки формирует в разряде (признак конца программы). Узел отработки координат предназначен для выработки сигналов после завершения движения звеньев. Часть координат отрабатывается по сигналам датчика, а часть – по времени.
При отработке координат по сигналам с датчиков их код сравнивается с кодом слова, определяющего требуемое положение звеньев. Например, в разряде соответствует перемещению левого манипулятора назад, в разряде – поворот влево. Отработка координат
считается завершённой, если содержимое всех разрядов управляющего слова совпадает с показаниями соответствующих датчиков.
Работа управляющего устройства в автоматическом режиме
Этот режим начинается после нажатия кнопки (рис. 3). Производится автоматический поиск в модуле памяти программы, номер которой набран на пульте (запрошен оборудованием).
Модуль памяти в автоматическом режиме выполняет функции хранения и считывания информации. После обнаружения первого управляющего слова с номером соответствующей программы (разряд ), его адрес запоминается. Закодированная информация отрабатывается через соответствующие узлы усиления манипуляторами и технологическим оборудованием. По окончании отработки первого кадра узел поиска даёт команду на выборку из модуля памяти следующего слова и т.д., пока не будет выбрано последнее слово программы (в разряде ). Затем, если с технологического оборудования не поступил запрос на управляющую программу с другим номером, управление передаётся первому слову программы, адрес которого был запомнен.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА РФ-202М
Подготовить управляющее устройство к работе, для чего привести все органы управления в исходное положение (отжать кнопки). Переключатель – в нулевое положение. Нажать кнопку Проверить наличие питания по загоранию лампочки.
При нажатой кнопке нажать и отпустить кнопку
задать номер программы.
Вывести манипулятор в исходную точку, используя кнопки управления.
Записать координаты исходной точки, для чего при нажатой кнопке
Записать координаты промежуточных точек, выводя манипулятор в эти точки, задавая при необходимости время выдержки (используя кнопку ) и нажимая кнопку
В конце программы манипулятор необходимо вернуть в исходное положение. Записать эту точку, нажав и отпустив кнопку при нажатой кнопке .
При необходимости аналогично набрать управляющие программы с другими номерами и занести их в модуль памяти.
Для пуска программы нажать кнопку , для прерывания – кнопку .
Используя натурный образец промышленного робота РФ-202М и приведённое выше описание оборудования, изучить управляющее устройство, принцип его работы, органы управления и методику программирования.
Подготовить промышленный робот к работе в режиме обучения.
Для предложенного варианта задания (табл. 1) разработать циклограмму работы роботизированной ячейки (образец см. табл. 2).
Разработать управляющую программу (образец см. табл. 3) и записать её в модуль памяти.
Проверить составленную программу в автоматическом режиме.
Роботизированная ячейка (рис. 4 и табл. 1) состоит из магазина подачи заготовок, станка, промышленного робота РФ-202М и включает позицию разгрузки, которая представляет собой ящик для неориентированного хранения деталей. Исходное положение промышленного робота – схваты задвинуты и открыты, колонна опущена. Деталь обработать с двух сторон. В рабочую зону станка схват может попасть только
выдвижением руки при верхнем положении колонны. Время работы станка перекрывается выдержкой времени (t = 5 c).
Рис. 4. Структура роботизированной ячейки
Пример циклограммы работы роботизированной ячейки представлен в табл.2, а фрагмент управляющей программы – табл. 3.
Циклограмма работы роботизированной ячейки
В отчёте должны быть представлены:
задание на составление программы;
циклограмма работы роботизированной ячейки;
управляющая программа в табличной форме.
Порядок работы оператора в режиме обучения.
Как работает управляющее устройство в режиме обучения?
Как работает управляющее устройство в автоматическом режиме?
Объяснить назначение органов управления.
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9 кн. Кн. 3. Управление робототехническими системами: Учеб. пособие для втузов / И. М. Макаров, В. З. Рахманкулов, В. М. Назаретов; Под ред. И.М. Макарова. – М.: Высш. шк., 1986. –159 с.
Робототехника и гибкие автоматизированные производства: В 9 кн. Кн. 9. Лабораторный практикум по робототехнике: Учеб. пособие для втузов / В. З. Рахманкулов, В. П. Лещинский, С. В. Манько; Под ред. И.М. Макарова. – М.: Высш. шк., 1986. –176 с.
Главная Производство комплектующих для высокотехнологичных процессов 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484951525354
захвата и формировать из предлагаемого набора простые и надежные специальные манипуляторы. Максимальное число степеней подвижности захвата 4.
Пневмокинематическая схема робота изображена на рис. 11.18.
Модуль подъема представляет собой пневмоцилиндр двустороннего действия 5, на поршне 15 которого закреплен фланец 17, связанный с основанием робота с помощью шариковых подшипников 18. Позиционирование модуля подъема осуществляется в двух точках с помощью регулируемых опор 22 и 23. Максимальное значение перемещения 30 мм.
Модуль поворота предназначен для поворота рук на заданный угол, включает два пневмоцилиндра 14 двустороннего действия, закрепленных на основании с помощью пальцев 13. Штоки пневмоцилиндров с помощью опор 16 связаны с фланцем 17 механизма подъема. Поворот осуществляется подачей воздуха в противоположные полости двух пневмоцилиндров. Ограничивается угол поворота опорами 20 и 21; максимальный угол поворота 120°.
Модуль горизонтальных перемещений включает пневмоцилиндр 1, внутри которого расположен пустотелый шток 19, образующий вместе с манжетой 3 поршень. Шпонка 4 передает вращение на шток от вала 2, связанного с модулем ротации.
Модуль ротации состоит из цилиндрического корпуса 9, внутри которого на подшипниках скольжения закреплен вращающийся вал 11 с пластиной 8, плотно входящей в цилиндрическую расточку корпуса. В корпусе неподвижно закреплена пластина 24. Между подвижной 8 и неподвижной 24 пластинами механизма ротации образованы две полости, попеременной подачей давления в которые добиваются вращения вала механизма ротации по часовой стрелке и против. Вращение от вала 11 передается захвату через шпонку 6, пяту 7 и вал 2. Крайние точки позицирования задаются опорами 10 и выступом 12 вала механизма ротации.
Модуль зажима приводится в движение от пневмоцилиндра 25, закрепленного к фланцу штока модуля горизонтального перемещения. Шток пневмоцилиндра 25 снабжен коническим хвостовиком 26, который, перемещаясь вперед, сдвигает зажимные губки механизма захвата, проворачивая их вокруг пальцев 28. Разжимаются губки усилием пружины 27 при отключении подачи воздуха в пневмоцилиндр модуля зажима.
Модули подъема, поворота и горизонтальных перемещений снабжены датчиками положений, а пневмоцилиндры этих модулей- демпферами, смягчающими удары при фиксации в крайних положениях.
Подвод воздуха от пневмосети к модулям производится через блок электроуправляемых клапанов БЭК (рис. 11.18) по поливинилхлоридным трубкам, которые одним концом присоеди-
Рис. 11.19. Промышленный робот ПРП2-2:
а – общий вид; б – устройство захвата
нены к штуцерам на модулях, а другим – к соответствующим штуцерам на блоке электроуправляемых клапанов. Управляются клапаны системой автоматического управления (СУ).
Робот РФ-202М имеет цикловую систему управления, построенную на основе электромеханического командоаппарата (рис. 11.12,6) или на микропроцессорной основе. Описание такой системы приведено в предыдущем параграфе.
Обратная связь между роботом и оборудованием позволяет формировать технологические системы, работающие по весьма гибкому алгоритму. Так, в контрольных автоматах сигнал о принадлежности изделия к одной из групп может вызывать одну из хранящихся в памяти программ, определяющих соответствующее поведение робота. В свою очередь, робот в семи разрядах, предназначенных для команд синхронизации, может выдать на оборудование в процессе своей работы до 128 различных сообщений.
Промышленный робот ПРП2-2 (рис. 11.19) согласно принятой классификации (рис. 11.1) является специализированным роботом, выполняющим вспомогательные операции, грузоподъемность до 2 кг. Робот рассчитан для работы в чистых помещениях, оборудован пневмоприводом, по степени гибкости системы управления относится к роботам первого поколения, система управления представляет собой специальный перепрограммируемый контроллер, выполненный на ИС серии 155.
Робот предназначен для автоматической групповой перегрузки полупроводниковых пластин из транспортной тары в техно-
7 2 3 4 5 В 7 3 3 10 11 11 13
ZQ 19 IB 17 !в 15 п
Рис. 11.20. Промышленный робот Электроника НЦТМ-01
логический спутник и наоборот. Используется в автоматических линиях производства структур на пластинах, имеет три степени подвижности: подъем, горизонтальное перемещение захватывающего устройства и его переворот. Оборудован многофункциональным схватом (рис. 11.19,6), позволяющим останавливать транспортный контейнер, раскрывать его схватом 3 и снимать крышки контейнера, после переворота схватов захватывать кассеты с пластинами 2, снимать транспортный носитель 4 с конвейера 1, расфиксировать пластины в кассетах и перекладывать их в технологические спутники, собирать контейнер и устанавливать кассету на конвейер.
Привод манипулятора пневматический, погрешность позиционирования ±0,5 мм.
Промышленный робот Электроника НЦТМ-01 (рис. 11.20) является адаптивным роботом второго поколения, управляемым от микроЭВМ; предназначен для загрузки токарных станков с числовым программным управлением и образует в совокупности со станком гибкий производственный модуль, используемый в
гибких автоматизированных цехах и участках. Манипулятор
робота оснащен комбинированным электромеханическим и пневматическим приводом.
Технические характеристики робота:
Скорость перемещений: 100 мм/с
Питание: сеть переменого тока 380/220 В
Робот устанавливается на передней бабке станка 14, забирает детали 21 из кассеты 16, устанавливаемой на подставке 15 перед станком. Для захвата детали в правую полость пневмо-цилиндра 22 подается сжатый воздух, его поршень 20 и связанный с ним червяк 19 перемещаются влево, при этом поворачиваются шестерни 18, входящие в зацепление с червяком и захватными кулачками 17, кулачки сводятся и захватывают деталь. Затем схваты меняются местами, поворачиваясь вокруг наклонной оси, и ранее обработанная деталь, зажатая в другом схвате, ставится на освободившееся место в кассете. Последняя деталь ставится на место первой. Для поворота схватов также использован пневмопривод. Поворот осуществляется за счет перемещения поршня 24, в пазу которого закреплена рейка, входящая в зацепление с шестерней 23.
Все остальные перемещения осуществляются электромеханическим приводом с использованием двигателей постоянного тока 9 и шариковых передач винт-гайка (4, 5 и др.). По оси Y перемещается каретка 10, установленная на шариковых опорах 11 на цилиндрических направляющих 12, расположенных в корпусе 13. Внутри каретки установлен привод поворота манипулятора. Вращение передается от электродвигателя на поводок 6 четырехпозиционного мальтийского креста 7, скрепленного с модулем горизонтального перемещения 8. По оси X перемещается каретка 2, установленная внутри модуля горизон-
тального перемещения на шарикоподшипниковых опорах 3. Шток модуля вертикального перемещения установлен в шариковой опоре 25, второй его конец фиксирован шариковой передачей винт-гайка и скользящей шпонкой 26, предотвращающей вращение штока. Все ходовые винты манипулятора снабжены датчиками перемещений 1 в виде дисков со щелями, с одной стороны освещаемых лампами или фотодиодами. С другой стороны диска установлен фотодиод, считающий число проходящих мимо него щелей и фиксирующий таким образом перемещение рабочего органа. Управляется робот от микроЭВМ Электроника 60М , Электроника НЦ-80-0ТД или Электроника НЦ-31 . При этом управление по осям X, Y и ф в отличие от всех описанных ранее роботов является не позиционным, а контурным, т. е. манипулятор может отрабатывать любые перемещения внутри куба 300X300X150 с дискретностью, определяемой датчиками перемещений по соответствующим осям.
В управляющий алгоритм введены элементы адаптации. При съеме первой детали с кассеты захват опускается медленнее обычного и фиксирует момент касания детали в памяти ЭВМ с тем, чтобы’ при захвате остальных деталей учитывать высоту заготовок и осуществлять быстрый подвод в свободной от заготовок зоне. При загрузке первой детали в патрон станка осуществляется поиск нужного положения детали с тем, чтобы компенсировать прогибы манипулятора от ее веса. Необходимые координаты считываются с датчиков соответствующих приводов в память ЭВМ, чтобы ускорить загрузку следующих деталей.
Промышленный микросварочный робот ОЗУН-12000 МЗ предназначен для автоматического присоединения выводов ИС алю-
миниевой проволокой диаметром 0,027 . . 0,050 мм методом ультразвуковой сварки (рис. 11.21).
Перемещение координатного стола по осям X и Y . . 35X35 мм
Общая погрешность позиционирования, не более . 0,035 мм Время распознавания положения кристалла в корпусе,
Пределы регулирования длительности сварки . . . 0,005. .0,075 с Допустимое смещение кристалла:
Робот оснащен системой машинного зрения на приборах с зарядовой связью ПЗС, учитывающей индивидуальное смещение и разворот кристалла в каждой обрабатываемой ИС. МикроЭВМ Электроника-бОМ 4 обрабатывает полученную ин-300
Рис. 11.21. Адаптивный микросварочный робот ОЗУН-12000 МЗ
формацию, вносит коррекцию в эталонный алгоритм сварки и управляет сваркой по скорректированному алгоритму с учетом индивидуальных погрешностей посадки кристалла.
Система управления роботом является свободно программируемой, для формирования эталонного алгоритма предусмотрен режим наладки и обучения. В режиме наладки проводится выверка (юстировка) системы машинного зрения . В режиме обучения эталонный прибор автоматически устанавливается на рабочем столике 1 координального стола 2. Оператор, наблюдая в проектор 6 системы машинного зрения, вручную управляет ко-ординальным столиком с пульта управления, фиксируя диагональные точки коррекции положения кристалла и производя разварку необходимых контактных площадок кристалла с выводами корпуса. В оперативном ЗУ микроЭВМ при этом формируется информация об эталонном положении точек коррекции, точек сварки и обрыва проволоки и последовательности сварки, т. е. формируется эталонный алгоритм сварки.
В рабочем режиме очередной прибор из устройства загрузки 3 подается на рабочий столик и фиксируется на нем. Осу-
Главная Производство комплектующих для высокотехнологичных процессов 1234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454748495051525354
производстве. Описанное деление роботов на три поколения весьма условно, некоторые роботы могут занимать промежуточное положение, однако отсюда видна основная тенденция развития роботостроения – стремление к универсальности, автономности и адаптации к внешней среде.
Дальнейшая классификация роботов идет по конструктивному исполнению приводов манипулятора и системам управления, подробно описанным в § 11.2 и 11.3.
11.2. М АНИПУЛЯТОРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
К манипуляторам промышленных роботов (ПР), используемых в производстве ИС, и захватам объектов манипулирования предъявляется целый ряд специфических требований, определяемых требуемой точностью позиционирования, средой, в которой должен работать робот, и рядом других параметров технологического процесса (температурой, давлением, требуемой траекторией и скоростями перемещения и др.). Исходя из этих специфических тербований определяются тип привода и его конструктивное исполнение (см. рис. 11.1).
Исходя из малой грузоподъемности применяются в основном пневматический и электромеханический приводы.
Пневмопривод используется для манипуляторов, работающих при позиционном управлении и отрабатывающих сравнительно небольшое число точек позиционирования, координаты которых определяются установленными упорами. Для позиционирования пневмопривода в нескольких точках последовательно подключают несколько пневмоцилиндров, использование двух пневмо-цилиндров дает четыре точки позиционирования.
Схемы механизмов поворота рабочих органов с использованием пневмопривода приведены на рис. 11.2. Механизм, выполненный по схеме рис. 11.2,а, обеспечивает поворот на любой угол, даже больший чем 360°, обеспечивает высокую плавность хода, поскольку использование двух пневмоцилиндров позво-
а) S) 6)
Рис. 11.2. Схемы пневмоприводов поворота рабочих органов манипулятора:
а – реечный привод; б – кривошипный привод; в – пластинчатый привод
Рис. 11.3. Конструкция пневмоцилиндра
ляет одному из них при повороте играть роль тормоза и выбирать зазор в зацеплении. Такой механизм использован в роботе ПРП-2. Механизм ) рис. 11.2,6 применен в роботе т РФ-202М. Он конструктивно 1 прост, имеет высокую нагрузочную способность, однако обеспечивает поворот на угол около 120°. Такие механизмы рекомендуется использовать для поворота достаточно массивных элементов манипулятора при ограниченных углах поворота. Механизм по схеме
рис. 11.2,в наиболее компактен, однако он не обеспечивает достаточно больших моментов. Здесь поворот происходит за счет подачи давления в одну из полостей, образованных в цилиндрической расточке корпуса подвижной и неподвижной пластинами, уплотненными эластичными манжетами. Обычно такие механизмы применяются для ротации механизмов зажима, как это сделано в роботе РФ-202М.
Типовая конструкция пневмоцилиндра изображена на рис. 11.3. Уплотнение поршня осуществляется резиновыми манжетами 1, прижимаемыми избыточным давлением к поверхности цилиндра. Шток уплотняется манжетами 4. Ограничивается ход штока регулируемым упором 2, заворачиваемым в цилиндр и фиксируемым контргайкой 3. Для смягчения удара поршня об упор торец упора поперечными разрезами сделан упругим. Иногда для смягчения удара в конце хода применяют пневматические демпферы. Наполнение воздухом полости пневмоцилиндра и вытеснение воздуха из противоположной полости осуществляют через параллельно включенные обратный клапан 5 и дроссель 6. При подаче воздуха обратный клапан открывается и шунтирует дроссель, воздух свободно проходит в полость пневмоцилиндра, при вытеснении воздуха обратный клапан закрывается и воздух, проходит через дроссель, регулируя степень открытия которого изменяют скорость перемещения штока.
Для работы в контролируемой среде или высоком вакууме перспективными представляются манипуляторы, выполненные на основе гибких герметичных трубчатых элементов (ГГТЭ). Простейший ГГТЭ представляет собой трубку эллиптического сечения, согнутую в незамкнутое кольцо. При подаче давления в полость трубки она немного разгибается, при снятии давления вследствие упругости возвращается в прежнее положение. Используя набор таких однозвенных механизмов, можно скомпо-
новать манипулятор с необходимым числом степеней подвижности.
На рис. 11.4 изображен типовой манипулятор на ГГТЭ с двумя степенями подвижности рабочего органа. При подаче давления в трубку 1 осуществляется поворот руки манипулятора в горизонтальной плоскости. Трубчатые элементы 2 и 4 формируют перемещение захвата 3 в вертикальной плоскости. Захват также состоит из двух ГГТЭ, при подаче давления внутрь которых происходит разжим губок, сжимаются губки при снятии давления от действия сил упругости.
Новым направлением развития приводов сверхлегких манипуляторов, работающих в контролируемой среде, является применение эластичных звеньев, деформация которых определяется подачей давления в их внутренние полости. Манипулятор такого типа содержит несколько трехкамерных участков (рис. 11.5), расположенных по длине звена. Каждый участок 1 имеет три полости. Набрав несколько таких участков и соединив необходимым образом их полости, можно, подав давления Рь Р2, Рз, добиться требуемых перемещений рабочего органа в достаточно широком диапазоне.
Основной проблемой, возникающей при конструировании таких манипуляторов и манипуляторов на основе ГГТЭ, является борь-
Рис. 11.4. Манипулятор на гибких герметичных трубчатых элементах
Рис. 11.5. Манипулятор на управляемых эластичных звеньях
ба с колебаниями, возникающими на участках разгона и торможения рабочих органов. Для борьбы с этими колебаниями перспективным является использование электро- и магниторео-логических жидкостей с управляемой вязкостью. Так, манипулятор, изображенный на рис. 11.5, заключен в эластичную трубку 3, между стенками которой залита магнитореологическая жидкость 4, управляемая магнитным полем, создаваемым катушками 2. При подаче тока в катушки в конце перемещения вязкость жидкости резко возрастает, что приводит к демпфированию возникающих колебаний.
В вакуумных манипуляторах помимо или совместно с гибкими трубчатыми элементами широко используются металлические сильфоны, герметичные волновые передачи и другие механизмы, осуществляющие передачу движения через упруго-деформируемую стенку, широко применяются вводы движения в вакуум.
Электромеханические приводы используют в манипуляторах, способных переместить объект в любую заданную точку, принадлежащую зоне манипулирования. Такие манипуляторы необходимы для загрузочно-разгрузочных роботов, способных брать деталь с произвольно заданной точки пространства, для роботов технологического назначения, для роботов второго и третьего поколений, способных к адаптации и самообучению.
Среди многообразия линейных электромеханических приводов наибольшее распространение получили шариковые, роликовые и несоосные передачи винт-гайка, асинхронные двигатели с линейным ротором, линейные шаговые двигатели и виброприводы поступательного перемещения. Эти приводы обеспечивают достаточно высокую точность и обладают высоким коэффициентом полезного действия, что позволяет им интенсивно работать в течение длительного времени, не приводит к перегреву и большому износу элементов привода.
Шариковые передачи винт-гайка имеют незначительные потери на трение, обеспечивают высокую плавность и точность перемещения (до 1 мкм и менее), весьма компактны и удачно компонуются в манипуляторе (рис. 11.6,а). Шарики перемещаются в спиральной замкнутой канавке, образованной профильной канавкой винта и гайки. Для обеспечения замкнутого потока шариков в гайке профрезерован осевой паз, соединяющий начало и конец ее витка. Для устранения зазора в зацеплении применяют две гайки с осевым натягом. Шариковые передачи винт-гайка использованы в роботе Электроника НЦТМ-01 .
Конструктивно и, главное технологически, проще роликовые передачи винт-гайка, однако они имеют большие габариты и приводят к увеличению массы рабочих органов манипулятора. Конструкция такой передачи, примененной в манипуляторе АПЛ-Д-100 роботизированной линии диффузии для вертикаль-
Рис. 11.6. Типовые передачи виит-гайка, используемые в приводах манипуляторов:
а – шариковая передача виит-гайка, б-роликовая винтовая передача, в-не-соосная передача винт-гайка
ного перемещения руки манипулятора, приведена на рис. 11.6,6. Ролик, закрепленный в опорах качения в каретке, связан с ходовым винтом, и при его вращении каретка получает вертикальное перемещение вверх или вниз.
Если организовать зацепление винта с охватывающим его несоосно установленным кольцом, получим несоосную передачу винт-гайка (рис. 11.6,в). В этой передаче трение скольжения, как и в предыдущих, также сведено к минимуму. Она компактна, технологична и находит все большее распространение в приводах. Для повышения жесткости и устранения зазора применяют несколько роликов, установленных эксцентрично во втулке (рис. 11.6,в).
Все более широкое распространение в качестве приводов манипуляторов получают линейные асинхронные и линейные шаговые электродвигатели. В статоре линейного асинхронного электродвигателя, представляющего собой развернутый статор асинхронного трехфазного электродвигателя, возбуждается бегущее электрическое поле, наводящее в расположенном рядом алюминиевом линейном роторе токи Фуко, взаимодействующие с магнитным полем и приводящие к перемещению ротора относительно статора.
Конструкция шагового линейного электродвигателя и манипулятора установки проекционной фотолитографии, выполненного на его основе, подробно приведена в § 7.6. Такие приводы обеспечивают скорости перемещений до 200 мм/с при ускорениях до 10 м/с2, при этом погрешность позиционирования не превышает 0,1 мкм.
Рис. 11.7. Струйное бесконтактное схватываю- Рис. 11.8. Вакуумный
щее приспособление, позволяющее одновремен- схват для корпусов ИС но осуществлять ориентацию и базирование детали
Захватывающие приспособления, используемые в манипуляторах электронной техники, применяют для захвата пластин, кристаллов, корпусов ИС, вспомогательной технологической и транспортной тары (кассет, каруселей напылительного оборудования и оборудования ионной имплантации и т. п.).
При удержании пластин и кристаллов основным требованием является минимальное взаимодействие пластины или кристалла и схвата. Используются вакуумные или струйные приспособления. Вакуумные схваты обеспечивают высокую жесткость удержания, но приводят к нагружению пластины атмосферным давлением и к некоторой ее деформации. Возможны повреждения поверхности со стороны зоны вакуумирования, поэтому часто недопустим зажим пластины вакуумным схватом с рабочей стороны. Конструкции вакуумных схватов пластин аналогичны описанным в гл. 7.
Струйный схват является бесконтактным и применяется при манипулировании наиболее ответственными деталями при захвате со стороны рабочей поверхности (рис. 11.7). Канал 2, подводящий сжатый воздух заканчивается наклонным соплом 3, которое формирует плоский поток в зазоре между торцом захвата 1 и пластиной в направлении окна, образованного двумя ограничительными стенками 4. Благодаря разрежению, возникающему в зазоре при истечении потока воздуха, пластина захватывается и удерживается на некотором расстоянии от торца захвата, причем зазор устанавливается автоматически из условия равновесного положения изделия. Произвольно захваченная пластина под действием потока перемещается в направлении ограничительных стенок и поворачивается так, что оказывается прижатой торцом к ограничительным стенкам 4. Ориентация и базирование детали в процессе захвата при отсутствии меха-