Методичка. Учебнометодическое пособие для учителя 2 Все права принадлежат гк digis (ооо цс импэкс)
 Скачать 4.96 Mb.
|
|
Во время работы с лазерной насадкой 1. Избегайте попадания рук и других частей тела в зону рабочей поверхности лазера во избежание ожогов. 2. Работайте только в защитных очках, т.к. попадание лазерного луча может мгновенно разрушить роговицу глаза. Отраженные лазерные лучи так же опасны. Помните, что излучение лазера со стороны невидимо. Видны объекты попадающие в луч лазера и отражающие этот луч. 3. При работе на станке не смотрите на луч лазера. 4. Не производите работу с блестящими или отражающими материалами, т.к. отраженный луч не менее опасен, чем основной. 5. При работе с материалами, выделяющими едкие вещества (акрил, пластик и т.д.), дополнительно к вентиляции, используйте средства защиты дыхательных путей во избежание отравления. 12 6. Не дотрагивайтесь до рабочих частей манипулятора, если оборудование подключено к электросети. 7. Во избежание контакта с прямым или рассеянным лазерным пучком, что является травмоопасным, находитесь на безопасном расстоянии от работающего лазера, используйте средства защиты ( специальные очки, спецодежду). 8. Во время работы обеспечьте хорошую вентиляцию помещения. 9. Не оставляйте работающее оборудование без присмотра. 10. В случае обнаружения неисправности, необходимо сразу отключить оборудование и поставить в известность специалистов. Не допускается самостоятельный ремонт оборудования. 11. Отключайте электропитание во время грозы, а также если оборудование долгое время не используется. После окончании работы 1. Выключите оборудование, отключите от электрической сети 2. Уберите все инструменты на место для хранения 3. Если на рабочей поверхности остались предметы, уберите их тоже 4. Проветрите помещение Техника безопасности при работе с насадкой для 3D-печати. Общие требования инструкции по технике безопасности при работе с 3D-печатью 1. К самостоятельной работе с 3D–печатью допускаются лица, достигшие 18 летнего возраста и прошедшие обучение по работе с насадкой для 3D-печати. Работа лиц, не достигших 18-ти лет, допускается только совместно с наставником. 2. Во время 3D-печати, на человека влияют следующие опасные и вредные факторы: испарения пластика; температура; шум. 3. При работе с насадкой для 3D-печати не допускается расположение рабочего места в помещениях без наличия естественной или искусственной вентиляции. 4. Для защиты пластика на катушке от прямых солнечных лучей должны предусматриваться солнцезащитные устройства (шторы, пленка с металлизированным покрытием, регулируемые жалюзи с вертикальными панелями и др.). 5. В помещении кабинета и на рабочем месте необходимо поддерживать чистоту и порядок, проводить систематическое проветривание. 6. Обо всех выявленных во время работы неисправностях оборудования необходимо доложить руководителю, в случае поломки необходимо остановить работу до устранения аварийных обстоятельств. При обнаружении возможной опасности предупредить окружающих и немедленно сообщить руководителю; содержать в чистоте рабочее место и не загромождать его посторонними предметами. 13 Перед началом работы с насадкой для 3D-печати 1. Осмотреть и убедиться в исправности оборудования, электропроводки. В случае обнаружения неисправностей к работе не приступать. Сообщить об этом руководителю и только после устранения неполадок и его разрешения приступить к работе. 2. Тщательно проветрить помещение, убедиться, что микроклимат в помещении находится в допустимых пределах: температура воздуха в холодный период года – 22 –24°С, в теплый период года – 23–25° С, относительная влажность воздуха 40– 60%, сквозняки отсутствуют. Требования безопасности во время работы с насадкой для 3D-печати 1. Включайте и выключайте манипулятор с насадкой для 3D-печати только выключателями, запрещается проводить отключение вытаскиванием вилки из розетки. 2. Запрещается снимать защитные устройства с оборудования и работать без них, а также трогать нагретый экструдер и столик. 3. Не допускать к оборудованию посторонних лиц, которые не участвуют в работе. 4. Запрещается перемещать и переносить манипулятор во время 3D печати. 5. Запрещается во время работы манипулятора пить рядом какие–либо напитки, принимать пищу. 6. Запрещается любое физическое вмешательство во время работы манипулятора в режиме 3D–печати, за исключением экстренной остановки печати или аварийного выключения. 7. Запрещается оставлять включенное оборудование без присмотра. 8. Запрещается класть предметы в рабочую зону включенного манипулятора. 9. Строго выполнять общие требования по электробезопасности и пожарной безопасности, требования данной инструкции по охране труда.. 10. Самостоятельно разбирать и проводить ремонт насадки для 3D–печати категорически запрещается. Эти работы может выполнять только специалист. 11. Суммарное время непосредственной работы с 3D–печатью в течение рабочего дня должно быть не более 6 часов. Требования безопасности после окончания работы с насадкой для 3D-печати 1. Отключить манипулятор от электросети, для чего необходимо отключить тумблер на задней части, а потом вытащить штепсельную вилку из розетки. 2. Протереть рабочую зону, чистой влажной тканью 3. Убрать рабочее место. Обрезки пластика и брак убрать в отдельный пакет для переработки. 4. Тщательно проветрить помещение. 14 Вопросы к занятию: С какого возраста возможна самостоятельная работа с манипулятором «Учебный робот SD1-4 »? Возможна ли и каким образом работа с манипулятором в более младшем возрасте? Какие факторы опасности существуют при работе манипулятора в разных режимах? Чего нельзя ни в коем случае делать, работая с манипулятором? Какие действия необходимо предпринять, если в процессе запуска обнаружена неисправность манипулятора? Какие действия необходимо предпринять, если произошла внештатная ситуация во время работы манипулятора? Почему при возгорании в зоне расположения манипулятора нельзя использовать огнетушители порошкового типа? Какой тип огнетушителей можно и нужно использовать? Какие защитные средства существуют для работы с манипулятором? Обязательно ли их применение? 15 Занятие 3 Знакомство с роботом-манипулятором « Учебный робот SD1-4». Цели занятия 1 Изучение конструкции робота-манипулятора и его рабочей зоны 2 Изучение системы координат в которой работает робот-манипулятор 3 Изучение сменных насадок и способа их крепления к роботу-манипулятору. Необходимые материалы для занятия: 4 Робот-манипулятор серии «Учебный робот SD1-4» 5 Рабочая тетрадь 6 Насадка «Захват с вакуумной присоской» 7 Насадка «Захват с сервоприводом» Деятельность в классе: 3. Теоретическое и практическое изучение робота-манипулятора и его конструкции. 4. Практическое изучение смены насадок и их крепежа. 5. Конспектирование и зарисовка основных моментов в рабочей тетради. План занятия: 6. Введение 7. Знакомство с конструкцией робота-манипулятора «Учебный робот SD1-4» 8. Знакомство с рабочей зоной манипулятора в режиме ручного перемещения 9. Установка и замена насадок на манипуляторе Проведение занятия: Для проведения занятий используется групповая форма работы. Дети разбиваются на группы в зависимости от количества оборудования, имеющегося в наличии. В процессе работы, желательно, что бы каждый ребенок на практике попробовал осуществить те операции, которые описаны в данном руководстве. Прежде, чем перейти к непосредственному изучению манипулятора, поговорите с детьми о том, что такое манипулятор в принципе, какие виды манипуляторов бывают и где они могут применяться в жизни, вызвав интерес к данной проблеме. 16 Теоретическая часть: Конструкция. Корпус робота выполнен из алюминиевого профиля, что придаёт ему достаточную прочность, необходимую при длительной автономной работе. При создании робота использована классическая 4-х осевая схема: Схема робота на примере модели «Учебный робот SD1-4-320». Что бы понять, как могут двигаться звенья манипулятора, рассмотрим его кинематическую схему. Такие манипуляторы называют «Манипуляторами с плоско- параллельной кинематикой» потому, что рабочий инструмент такого робота движется в одной вертикальной плоскости и при этом все его звенья движутся в параллельных плоскостях. Из схемы видно, что манипулятор состоит из четырёх звеньев и работает в декартовой системе координат. 17 Звено 1 расположено строго вертикально и может вращаться вокруг оси Z Звенья 2,3 и 4 способны перемещаться вдоль осей X, Y и Z, а так же вокруг оси Z за счет вращения звена 1. Эти параметры определяют рабочую зону манипулятора. На рисунке рабочая зона модели SD1-4-320. 18 Вокруг оси Z он способен вращаться на 180 градусов, а конструкция остальных звеньев позволяет манипулятору осуществлять операции максимально на расстоянии 320, 340 или 350 мм от центра такой окружности в зависимости от конкретной модели манипулятора. Таким образом, в горизонтальной плоскости максимальная рабочая зона робота выглядит, как половина круга . В вертикальной плоскости, из-за особенностей конструкции, рабочая зона робота выглядит более сложно: На рисунке рабочая зона модели SD1-4-320. Если совместить вид рабочих зон и создать объемную фигуру, то полная рабочая зона робота будет выглядеть как часть полусферы, ограниченная рабочим расстоянием от оси вращения двигателей и углом 100˚ при перемещении в вертикальной плоскости, как показано на рисунках. В движение манипулятор приводится при помощи трёх шаговых двигателей, один из которых обеспечивает вращение вокруг оси Z, а два других перемещение в вертикальной плоскости. Конструкция манипулятора такова, что четвёртое звено, на котором крепится рабочий инструмент (насадки), не изменяет угла своего положения, относительно плоскости, на которой стоит манипулятор. 19 Шаговые двигатели оборудованы дополнительными понижающими редукторами, что позволяет увеличить допустимую нагрузку, с которой манипулятор может работать и точность его перемещения. Разъёмы для подключения устройств и органы управления 1 - кнопка включения 2 - питание 12 В 3 - USB 4 – сброс 5 - разъем для подключения камеры 6 - разъем для подключения модуля беспроводной связи 7 - Лазер 8 - внешний двигатель (например, податчик филамента) 20 Разъёмы для подключения насадок и органы управления 1. - модуль 3d-печати (hotend) 2. - датчик температуры 3. - вентилятор 4. - мотор четвертой оси 5. - кнопка отключения двигателей Внимание! Подключение неверного устройства к разъему, может повредить оборудование. Будьте внимательны и аккуратны Практическая часть Попробуйте перемещать манипулятор вручную, не включая его. Посмотрите, как выглядит его рабочая зона на практике. Убедитесь, что звено, на котором крепится рабочий инструмент, не изменяет угла положения относительно плоскости, на которой стоит манипулятор, при своём движении. Присоедините и подключите к роботу насадку «Захват с сервоприводом» Вопросы к занятию: Какие плюсы и минусы вы видите в такой конструкции манипулятора? Что нужно изменить для того, чтобы манипулятор стал более функциональным? Как это повлияет на стоимость и надёжность робота? Как можно применять данный манипулятор на практике? Предложите свои варианты. 21 Занятие 4 Электроника манипулятора, двигатели. Цели занятия 1. Изучение конструкции робота шагового двигателя 2. Изучение видов шаговых двигателей 3. Изучение принципов работы шаговых двигателей Необходимые материалы для занятия: 1. Робот-манипулятор серии «Учебный робот SD1-4» 2. Рабочая тетрадь Деятельность в классе: 1 Практическое изучение расположения двигателей манипулятора. 2 Практическое изучение смены насадок и их крепежа. 3 Конспектирование и зарисовка основных моментов в рабочей тетради. План занятия: 1. Что такое шаговый двигатель 2. Знакомство с конструкцией шагового двигателя 3. Виды шаговых двигателей 4. Установка и замена насадок на манипуляторе 5. Подключение манипулятора, работа в демонстрационном режиме. Проведение занятия: 1. Для проведения занятий используется индивидуальная форма работы. 2. Теоретическая часть является основой данного занятия. Она знакомит детей с шаговыми двигателями и их устройством. 3. Прежде, чем перейти к непосредственному изучению шаговых двигателей, поговорите с детьми о двигателях вообще и о их разновидностях. Теоретическая часть. Двигатели робота-манипулятора Рассмотрим подробно электронные компоненты робота Для приведения в движение осей робота используются шаговые двигатели с понижающим редуктором, что обеспечивает как точность управления, так и достаточно высокую нагрузку, которой робот может манипулировать. 22 Внешний вид шагового двигателя с редуктором Шаговые двигатели постоянного тока получили широкое распространение в станках с числовым программным управлением и робототехнике. Основным отличием данного электромотора является принцип его работы. Вал шагового электродвигателя не вращается длительное время, а лишь поворачивается на определенный угол. Этим обеспечивается точное позиционирование рабочего элемента в пространстве. Электропитание такого двигателя дискретное, то есть осуществляются импульсами. Эти импульсы и поворачивают вал на определенный угол, каждый такой поворот называется шагом, отсюда и пошло название. Шаговый двигатель также называют «электродвигатель с конечным числом положений ротора». Внутреннее устройство шагового двигателя Принцип действия Как работает шаговый электродвигатель, можно рассмотреть на условной модели. В положении 1 на обмотки А и В подается напряжение определенной полярности. В результате в статоре образуется электромагнитное поле. Так как разные магнитные полюса притягиваются, ротор займет свое положения по оси магнитного поля. Более того, 23 магнитное поле мотора будет препятствовать попыткам изменения положения ротора извне. Если говорить простыми словами, то магнитное поле статора будет работать на то, чтобы удержать ротор от изменения заданного положения (например, при механических нагрузках на вал). Если напряжение той же полярности подается на обмотки D и C, электромагнитное поле сместится. Это заставит повернуться ротор с постоянным магнитом в положение 2. В этом случае угол поворота равен 90°. Этот угол и будет шагом поворота ротора. Положение 3 достигается подачей напряжения обратной полярности на обмотки А и В. В этом случае электромагнитное поле станет противоположным положению 1, ротор двигатели сместится, и общий угол будет 180°. При подаче напряжения обратной полярности на обмотки D и C, ротор повернется на угол до 270° относительно начальной позиции. При подключении положительного напряжения на обмотки А и В ротор займет первоначальное положение — закончит оборот на 360°. Следует учитывать, что передвижение ротора происходит по наименьшему пути, то есть из положения 1 в положение 4 по часовой стрелке ротор повернется только после прохождения промежуточных 2 и 3 положения. При подключении обмоток после 1 положения сразу в 4 положение ротор повернется против часовой стрелки. 24 В шаговых двигателях применяются биполярные и униполярные обмотки. Принцип работы был рассмотрен на базе биполярной машины. Такая конструкция предусматривает использование разных фаз для питания обмоток. Схема очень сложна и требует дорогостоящих и мощных плат управления. Более простая схема управления в униполярных машинах. В такой схеме начало обмоток подключены к общему «плюсу». На вторые выводы обмоток поочередно подается «минус». Тем самым обеспечивается вращение ротора. Биполярные шаговые двигатели более мощные, крутящий момент у них на 40% больше, чем в униполярных, но униполярные электромоторы гораздо более удобны в управлении. Типы двигателей по конструкции ротора По типу исполнения ротора шаговые электродвигатели подразделяются на типы: с постоянным магнитом; с переменным магнитным сопротивлением; гибридные. Шаговый двигатель с постоянными магнитами на роторе устроен также, как и в рассмотренных выше примерах. Единственным отличием является то, что в реальных машинах количество магнитов гораздо больше. Распределены они обычно на общем диске. Количество полюсов в современных моторах доходит до 48. Один шаг в таких электромоторах составляет 7,5°. 25 Электромоторы с переменным магнитным сопротивлением. Ротор данных машин изготавливается из магнитомягких сплавов, их также называют «реактивный шаговый двигатель». Ротор собирается из отдельных пластин и в разрезе выглядит как зубчатое колесо. Такая конструкция необходима для того, чтобы через зубцы замыкался магнитный поток. Основным достоинством такой конструкции является отсутствие стопорящего момента. Дело в том, что ротор с постоянными магнитами притягивается к металлическим деталям электромотора. И провернуть вал при отсутствии напряжения на статоре достаточно тяжело. В шаговом двигателе с переменным магнитным сопротивлением такой проблемы нет. Однако существенным минусом является небольшой крутящий момент. Шаг подобных машин обычно составляет от 5° до 15°. 26 Гибридный шаговый двигатель объединяет лучшие характеристики двух предыдущих типов. Такие двигатели имеют маленький шаг в пределах от 0,9 до 5°, обладают высоким моментом и удерживающей способностью. Самым важным плюсом является высокая точность работы устройства. Такие электромоторы применяются в самом современном высокоточном оборудовании. К минусам можно отнести только их высокую стоимость. Конструктивно ротор данного устройства представляет собой намагниченный цилиндр, на котором расположены магнитомягкие зубцы. Для примера в ШД на 200 шагов используются два зубчатых диска с числом зубцов 50 штук на каждом. Диски смещены относительно друг друга на ползуба так, что впадина положительного полюса совпадает с выступом отрицательного и наоборот. Благодаря этому у ротора есть 100 полюсов с обратной полярностью. То есть и южный, и северный полюс может сместиться относительно статора в 50 различных положений, а в сумме 100. А смещение фаз на четверть дает еще 100 позиций, производится это за счет последовательного возбуждения. Именно гибридные шаговые двигатели и используются в нашем роботе-манипуляторе. |