PL167406B1 - Sposób pomiaru luzu w zespole ruchu, zwłaszcza jednostki kinematycznej robota przemysłowego - Google Patents

Abstract

Sposób pomiaru luzu w zespole ruchu, zwłaszcza jednostki kine matycznej robota przemysłowego, polegający na uruchomieniu silnika napę­ ' dzającego ten zespół, nadaniu silnikowi w początkowym okresie pracy przyśpieszenia, a następnie opóźnienia i jednoczesnym mierzeniu i rejestrowaniu, w postaci wykresu, przebiegu prędkości chwilowej silnika w funkcji czasu, znamienny tym, ze dokonuje się oceny wizualnej sporządzonego wykresu prędkości w funkcji czasu i gdy wykres zawiera tylkojedno maksimum lokalnewartość luzu przyjmuje się równą zeru, zaś gdy wykresprędkości chwilowej zawiera, oprócz maksimum globalnego, co najmniej jedno maksimum lokalne dokonuje się pomiaru wartości przyśpieszenia mchu względnego elementów badanej pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika napędzającego i kreśli się prostą o współczynniku kierunkowym równym wartości tego przyśpieszenia, styczną do wykresu prędkości chwilowej przed chwilą, w której na wykresie występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne, następnie znajduje się na wykresie czasu, przy której występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne oraz wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej uprzednio prostej z wykresem prędkości i w końcu oblicza się wartość luzu ze wzoru. b AL = J [V(ti) + ε t - V(t)]dt t| gdzie. AL - wartość luzu tt - wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej prostej z wykresem prędkości chwilowej silnika, t2 - wartość czasu, przy której na wykresie prędkości chwilowej silnika występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne. V(t) - wartość prędkości w chwili t, e - przyśpieszenie ruchu względnego elementów badanej pary kinematycznej zjakim poruszałyby się one bez pomocy silnika napędowego, V(tt) - wartość prędkości silnika w chwili tt, t - czas

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru luzu w zespole ruchu, zwłaszcza jednostki kinematycznej robota przemysłowego.

Jednostkę kinematyczną robota przemysłowego tworzy mechanizm kinematyczny wraz z dołączonymi napędami. Mechanizm kinematyczny stanowi szeregowy lub szeregowo-równoległy układ połączonych ze sobą ruchowo członów kinematycznych. Elementy mechanizmu tworzące jedną parę kinematyczną tworzą, wraz z dołączonym napędem umożliwiającym ruchy względne elementów pary kinematycznej, zespół ruchu. Elementy pary kinematycznej są połączone zazwyczaj liniowymi lub obrotowymi łożyskami tocznymi. Są one montowane z naprężeniem wstępnym czyli bez luzu, ale w trakcie pracy robota następuje zużycie tych łożysk, czego efektem jest powstanie luzów. Luzy powstają także, na skutek zużycia lub niedokładnego montażu, w układzie przeniesienia napędu zespołu ruchu.

Do niedawna problem pomiaru luzów w zespołach ruchu robotów właściwie nie istniał. Przyjmowano bowiem, że są one tak małe, że nie ma potrzeby ich uwzględniać, oraz że nie powiększają się one w trakcie pracy robotów. Pomiaru luzu dokonywano jedynie w przypadkach, gdy zachodziło podejrzenie, że luz mógł być przyczyną awarii procesu przemysłowego. Pomiaru

167 406 tego dokonano ręcznie, przez poruszenie elementów pary kinematycznej względem siebie przy unieruchomionym wirniku silnika napędzającego tę parę. Taki sposób oceny wartości luzu jest czysto subiektywny i tylko pracownik z dużym doświadczeniem zawodowym potrafi w ten sposób wykryć powiększanie się luzu.

Znany jest także sposób pośredni pomiaru luzu przez pomiar powtarzalności robota, ale wynik pomiaru luzu tym sposobem nie jest miarodajny, gdyż zawyżane są błędy modelu i układu sterowania.

Możliwy jest również pomiar luzu przy użyciu czujników przemieszczenia. Pociąga to za sobą konieczność przerywania cyklu produkcyjnego na czas montowania tych czujników na robocie, co na pewno nie jest korzystne dla ciągłości produkcji, a już zupełnie niedopuszczalne w produkcji zautomatyzowanej.

W miarę postępującej robotyzacji coraz to nowych procesów przemysłowych rośnie rola oceny stanu technicznego poszczególnych elementów zautomatyzowanych ciągów produkcyjnych, a zwłaszcza ciągłej kontroli luzów i ich korekcji, śledzenia ich powstawania, powiększania się aż do osiągnięcia wartości niedopuszczalnych, względnie do chwili nagłego wzrostu szybkości powiększania się luzu sygnalizującego początek zużycia awaryjnego. Z tego powodu podjęto prace nad sposobem ciągłego pomiaru i regulacji luzu w zespołach ruchu robotów. Autorzy znanych dotychczas sposobów pomiaru luzu koncentrowali się na pomiarach luzu przekładni zębatych napędzających jeden z zespołów ruchu robota Puma 560.

I tak proponuje się sposób regulacji luzu w przekładniach zębatych tego robota, polegający na tym, że na końcówce ramienia robota montuje się czujnik przyśpieszeń, zaś na wejście wzmacniacza zasilającego silnik podaje się biały szum o częstotliwości 0,2 - 50 Hz i następnie bada funkcję koherencji sygnału napięciowego z silnika i sygnału z czujników przyśpieszeń i doprowadza się, metodą prób i błędów, wartość tej funkcji do wartości maksymalnej.

Znane są również sposoby regulacji luzu w przekładniach zębatych robotów zezwalające jedynie najakościową ocenę regulacji luzu, polegające na analizie odpowiedzi badanego układu na zmiany częstotliwości napięcia podawanego na silnik, odbieranej przy użyciu czujników przyśpieszeń względnie na badaniu koherencji między napięciem na silniku a sygnałem prędkości silnika uzyskiwanym przy użyciu czujnika pozycji. Sposoby te mają zastosowanie do pomiaru i regulacji luzu tylko w jednym, konkretnym zespole ruchu i tylko jednego rodzaju robotów. Wymagają one zastosowania dodatkowych, zazwyczaj trudnodostępnych i kosztownych, czujników i są bardzo czasochłonne.

Znane są także, z książki Manipulatory i roboty przemysłowe, wyd. WNT 1985, sposoby pomiaru parametrów ruchu maszyny manipulacyjnej, polegające na nadaniu silnikowi napędzającemu tę maszynę w początkowym okresie pracy przyśpieszenia, a następnie opóźnienia i jednoczesnym pomiarze i rejestracji przebiegu prędkości chwilowych silnika w funkcji czasu.

Sposób pomiaru luzu w zespole ruchu, zwłaszcza jednostki kinematycznej robota przemysłowego, polegający na uruchomieniu silnika napędzającego ten zespół, nadaniu silnikowi w początkowym okresie pracy przyśpieszenia, a następnie opóźnienia i jednoczesnym mierzeniu i rejestrowaniu, w postaci wykresu, przebiegu prędkości chwilowej silnika w funkcji czasu, według wynalazku polega na tym, że dokonuje się oceny wizualnej sporządzonego wykresu prędkości w funkcji czasu i gdy wykres zawiera tylko jedno maksimum lokalne wartość luzu przyjmuje się równą zeru, zaś gdy wykres prędkości chwilowej zawiera, oprócz maksimum globalnego, co najmniej jedno maksimum lokalne dokonuje się pomiaru wartości przyśpieszenia ruchu względnego elementów pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika napędzającego i kreśli się prostą o współczynniku kierunkowym wartości tego przyśpieszenia, styczną do wykresu prędkości chwilowej przed chwilą, w której na wykresie występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne, następnie znajduje się na wykresie wartość czasu, przy której występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne oraz wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej uprzednio prostej z wykresem prędkości i w końcu oblicza się wartość luzu ze wzoru:

t₂

AL = J [V(ti) + ε-t - V(t)]dt t,

167 406 gdzie:

AL - wartość luzu, ti - wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej prostej z wykresem prędkości chwilowej silnika, t2 - wartość czasu, przy której na wykresie prędkości chwilowej silnika występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne,

V(t) - wartość prędkości silnika w chwili t, ε - przyśpieszenie ruchu względnego elementów badanej pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika,

V(ti) - wartość prędkości silnika w chwili ti, t - czas.

Sposób według wynalazku zezwala na pomiar luzu w dowolnym zespole ruchu dowolnego typu robotów. Nadto jest prosty i szybki w realizacji i nie wymaga stosowania dodatkowych czujników. Wykorzystuje się w nim czujniki montowane fabrycznie na silnikach robotów.

Sposób według wynalazku ilustruje podany niżej przykład z powołaniem się na rysunek przedstawiający wykres prędkości chwilowych silnika napędzającego badany zespół ruchu robota w funkcji czasu.

Przykła d. Pomiarowi poddano jeden z zespołów ruchu robota TH 8 wyprodukowanego przez firmę Acma Robotigue. W tym celu uruchomiono silnik napędzający ten zespół ruchu i spowodowano, iż w początkowym okresie poruszał się on z przyśpieszeniem, a następnie z opóźnieniem. Posiłkując się przetwornikiem obrotowo-impulsowym zamontowanym przez producenta na tym silniku, przekształcającym kąt obrotu silnika na impulsy elektryczne oraz kartą dołączoną do tego przetwornika, umożliwiającą pomiar czasu między impulsami odbieranymi z tego przetwornika, mierzono chwilową prędkość obrotową silnika ze wzoru:

100 /At gdzie:

V - oznacza prędkość chwilową silnika napędzającego w obrotach/ms,

1/400 - oznacza stałą przetwornika w obrotach,

At - oznacza czas miedzy kolejnymi impulsami w milisekundach.

Z wartości prędkości chwilowej sporządzono wykres prędkości chwilowej silnika w funkcji czasu, który miał kształt zbliżony do trójkąta z zaokrąglonym wierzchołkiem.. Na opadającym ramieniu wykresu prędkości chwilowej wystąpiło jedno minimum lokalne. Wartość czasu, przy której wystąpiło lokalne minimum wynosiła t2=407 ms. Na podstawie badań symulacyjnych określono wartość przyśpieszenia ruchu względem elementów badanej pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika. Otrzymano wartość przyśpieszenia ε =0. Następnie w układzie współrzędnych, w którym sporządzono wykres prędkości chwilowej silnika, wykreślono prostą o współczynniku kierunkowym e równym 0, styczną do wykresu prędkości na odcinku przed wystąpieniem minimum lokalnego. Punkt styczności wypadł w miejscu odpowiadającym chwili czasu ti=398 ms, przy którym prędkość przyjmuje wartość V(ti)=355 obrotów/ms. W końcu przystąpiono do obliczenia luzu ze wzoru:

t₂

AL = J [V(ti) + ε-t - V(t)]dt t, w którym

V(ti) = 355 obrotów/ms, ti = 398 ms, t2 = 407 ms, ε = 0.

Otrzymana wartość luzu AL wynosiła 0,00005 obrotu.

167 406

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób pomiaru luzu w zespole ruchu, zwłaszcza jednostki kinematycznej robota przemysłowego, polegający na uruchomieniu silnika napędzającego ten zespół, nadaniu silnikowi w początkowym okresie pracy przyśpieszenia, a następnie opóźnienia i jednoczesnym mierzeniu i rejestrowaniu, w postaci wykresu, przebiegu prędkości chwilowej silnika w funkcji czasu, znamienny tym, że dokonuje się oceny wizualnej sporządzonego wykresu prędkości w funkcji czasu i gdy wykres zawiera tylko jedno maksimum lokalne wartość luzu przyjmuje się równą zeru, zaś gdy wykres prędkości chwilowej zawiera, oprócz maksimum globalnego, co najmniej jedno maksimum lokalne dokonuje się pomiaru wartości przyśpieszenia ruchu względnego elementów badanej pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika napędzającego i kreśli się prostą o współczynniku kierunkowym równym wartości tego przyśpieszenia, styczną do wykresu prędkości chwilowej przed chwilą, w której na wykresie występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne, następnie znajduje się na wykresie czasu, przy której występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne oraz wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej uprzednio prostej z wykresem prędkości i w końcu oblicza się wartość luzu ze wzoru:

   h

   AL = J [V(ti) + e-t-V(t)]dt

   t.

   gdzie:

   AL - wartość luzu

   t) - wartość czasu w punkcie styczności wykreślonej prostej z wykresem prędkości chwilowej silnika, t2 - wartość czasu, przy której na wykresie prędkości chwilowej silnika występuje pierwsze, za maksimum globalnym, minimum lokalne,

   V(t) - wartość prędkości w chwili t, e - przyśpieszenie ruchu względnego elementów badanej pary kinematycznej z jakim poruszałyby się one bez pomocy silnika napędowego,

   V(ti) - wartość prędkości silnika w chwili ti, t - czas.

   * * *