Полная версия

Главная arrow Техника arrow АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Промышленные роботы и робототехнические системы

Наиболее универсальным оборудованием, обеспечивающим гибкость автоматизированных производств, являются промышленные роботы (ПР).

Промышленный робот - это автоматическая машина, стационарная или мобильная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе.

Манипулятор - управляемое устройство для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом, предназначенным для непосредственного выполнения технологических операций и (или) вспомогательных переходов.

В данном определении под перепрограммируемостью понимается такое свойство ПР, как замена управляющей программы автоматически или при помощи человека-оператора. К перепрограммированию относится изменение последовательности и (или) значений перемещений по степеням подвижности, а также управляющих функций с помощью средств управления на пульте устройства управления.

Структурная схема ПР, основные элементы конструкции и виды движений рабочих органов приведены на рис. 2.8.

Промышленные роботы являются универсальным средством автоматизации производственных процессов в условиях обширной номенклатуры и частой смены изделий. Они могут выполнять как основные, так и вспомогательные операции по обслуживанию технологического оборудования.

На базе ПР создаются роботизированные технологические комплексы (РТК), являющиеся совокупностью единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, которые функционируют автономно и осуществляют многократные циклы.

Структурная схема промышленного робота 1 - путепровод; 2 - основание; 3 - корпус; 4 - манипулятор

Рис. 2.8. Структурная схема промышленного робота 1 - путепровод; 2 - основание; 3 - корпус; 4 - манипулятор;

5 - захватное устройство; б - рабочая зона и система координат основных движений ПР; хх - направление движения манипулятора вдоль продольной оси; уу - направление движения корпуса робота по путепроводу; zz - направление движения манипулятора вверх-вниз; ф^ - угол поворота

корпуса робота вокруг вертикальной оси, фи - угол поворота руки в вертикальной плоскости; ф^ -угол поворота захвата относительно оси хх, 8 - направление движения захвата детали

Средствами оснащения РТК могут быть устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другие устройства, обеспечивающие функционирование РТК.

При обслуживании основного технологического оборудования ПР осуществляют такие операции, как загрузка и разгрузка деталей, контроль, смена инструментов, уборка отходов, установка и смена средств контроля в автоматическом режиме. Широко распространено применение ПР для обслуживания складского оборудования. В транспортных системах ПР могут выполнять самостоятельные операции по перемещению и накоплению грузов, а также по обслуживанию конвейерных линий.

К ПР предъявляются следующие основные требования:

  • 1) проведение работы в автоматическом режиме при осуществлении как основных, так и вспомогательных операций;
  • 2) автоматическая перенастройка по управляющим командам при смене предметов производства;
  • 3) соответствие уровня ПР типу выполняемых работ и рациональное сочетание сложности ПР со сложностью специального оборудования и оснащения, обеспечивающего его работу в автоматическом режиме;
  • 4) сопрягаемость ПР по механической части, приводам и устройствам управления с оборудованием, в составе которого они будут работать;
  • 5) наличие выходов на основное технологическое оборудование и оснащение, а также на верхние уровни управления;
  • 6) надежность функционирования.

Для достижения надежности технологических систем с ПР необходимо применять резервирование и диагностику состояния отдельных составляющих или систем в целом.

Перед принятием решения о целесообразности использования конкретного ПР в данном технологическом процессе производится технико-экономический анализ и оценка различных вариантов применения ПР.

При выборе ПР для включения в систему Г АП используется техническая классификация промышленных роботов, в основу которой положено деление ПР по функциям, особенностям элементов и групп роботов. Схема технологической классификации ПР представлена в табл. 2.1.

Схема технологической классификации промышленных роботов

Группы

Общее исполнение

Подвижность

Г рузоподъемность

Число

манипуляторов

Система

координат

Тип

приводов

Исполнение

Точность

позициониров.

А

Неподвижный

Сверхлегкие (до 1 кг)

1

Прямоугольная

Пневматический

Нормальное

Малая (ниже 1 мм)

Б

Подвижный

напольный

Легкие (1-10 кг)

2

Цилиндрическая

Г идравлический

Пылезащитное

Средняя (0,1-1 мм)

В

Подвижный

подвесной

Средние (10-100 кг)

Многом анипуля- торный

Сферическая

Электромеханический

Теплозащитное

Высокая (выше 0,1 мм)

Г

Подвижный

вертикального

перемещения

Тяжелые (свыше 100 кг)

-

Комбинированная

Комбинированный

Пожаро- и взрыво- безопасное

-

Группы

Подвижность

Управляемость

Степень

универсальности

Степень

подвижности

Ход

манипуляторов

Быстродействие

Тип

управления

Метод

программирования

Объем

памяти

Число

внешних

хоманд

А

Специальный

Малая (с числом степеней до 3)

Малый (до 300 мм)

Малое (линейная скорость до 0,5 м/с)

Цикловое

программное

Обучением: ручное, полуавтоматическое, автоматическое

Малый (менее 100 кадров)

Малое (до 15)

Б

Специализированный

Средняя

(&#)

Средний (300-1000 мм)

Среднее (0,5-1 м/с)

Позиционно-

программное

Аналитическое, автоматический расчет программ

Средний

(100-600)

Среднее

(15-60)

В

Универсальный

Высокая (6 и более)

Большой (свыше 1000 мм)

Большое (свыше 1 м/с)

Контурное

программное

Самообучением с участи ем оператора в процессе работы

Большой (свыше 600)

Большое (свыше 60)

Г

-

-

-

-

Адаптивное

-

-

-

Классификационные особенности определяются общим исполнением, подвижностью и управлением ПР.

Общее исполнение ПР характеризуется подвижностью корпуса, грузоподъемностью, числом манипуляторов, системой координат, типом приводов, исполнением, точностью позиционирования и степенью универсальности.

Подвижность корпуса определяет исполнение ПР применительно к условиям работы корпуса робота в неподвижном или подвижном состоянии. Роботы с неподвижными корпусами используются как при обслуживании различного оборудования, так и при выполнении основных технологических операций. При этом они могут устанавливаться на подставках различных конструкций перед обслуживаемым оборудованием или непосредственно на нем. Эти ПР удобны в эксплуатации, но их технологические возможности ограничены пределами рабочей зоны манипулятора.

Подвижные напольные ПР перемещаются вдоль технологического оборудования на рельсовых направляющих или на автоматических тележках - робокарах. Подвижные подвесные ПР передвигаются по монорельсам, расположенным над обслуживаемым оборудованием. Подвижные ПР могут обслуживать несколько единиц технологического оборудования, расположенного вдоль трассы передвижения. Это расширяет технологические возможности ПР, но усложняет условия эксплуатации. Особую группу составляют ПР вертикального перемещения, использующие захватные устройства для пошагового или непрерывного перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям.

Грузоподъемность определяет способность ПР брать, удерживать и транспортировать предметы с регламентируемой массой. Эта характеристика ПР наряду с подвижностью корпуса является одной из основных классификационных характеристик.

Сверхлегкие роботы грузоподъемностью не выше 1 кг в основном применяются на вспомогательных операциях и при сборке. Обычно они представляют собой простые специализированные пневматические ПР, обладающие высоким быстродействием.

Легкие роботы грузоподъемностью до 10 кг обладают средним быстродействием и более сложной кинематикой движений при различных типах приводов.

Средние роботы грузоподъемностью до 100 кг бывают специальными, специализированными и универсальными. Приводы у них обычно гидравлические, электромеханические или комбинированные, обеспечивающие скорость перемещений около 0,5 м/с.

Тяжелые ПР грузоподъемностью свыше 100 кг относятся, как правило, к группе специальных и специализированных. Движения реализуются гидравлическими и электромеханическими приводами с малым быстродействием.

Число манипуляторов наряду с быстродействием обусловливает производительность ПР. Одноманипуляторные ПР применяются для осуществления транспортно-установочных операций с высоким быстродействием или для обслуживания технологического оборудования при выполнении основной операции, требующей значительного машинного времени. Двух мани пул яторные ПР используются для взятия, транспортировки, загрузки и разгрузки изделий при обслуживании оборудования с малым рабочим циклом. Два манипулятора позволяют совмещать операции загрузки и разгрузки, что сокращает продолжительность технологического процесса. Многоманипулятор- ные роботы относятся к группе специальных и используются в производствах, имеющих возможность одновременного обслуживания нескольких единиц технологического оборудования.

Система координат определяет технологические возможности ПР.

Прямоугольная система координат наиболее проста и обеспечивает перемещение захватного устройства ПР в зоне, имеющей форму параллелепипеда. Конструкции роботов с этой системой координат несложные и удобны для программирования. К недостаткам прямоугольной системы координат относится некоторое ограничение технологических возможностей, так как трудно брать объект манипулирования из мест со сложными подходами и подавать его в труднодоступные места, что часто бывает необходимо в процессе обработки детали. Использование прямоугольной системы координат, как правило, приводит к усложнению технологического оснащения для обслуживания ПР и к увеличению производственной площади.

Цилиндрическая система координат обеспечивает перемещение захватного устройства ПР в зоне, имеющей форму цилиндра. Конструкции ПР для этой системы координат также относительно несложны, а технологические возможности несколько возрастают.

Сферическая система координат обладает наибольшими технологическими возможностями и обеспечивает перемещение захватного устройства ПР в зоне, ограниченной частью сферы. При этом ПР в основном имеют складывающийся манипулятор и занимают меньше производственной площади. Однако конструкции Г1Р с такой системой координат более сложные, так же как и способы их программирования.

Тип приводов определяется видом энергии, обеспечивающЬм перемещение отдельных звеньев ПР в нужном направлении. Пневматические приводы применяются в Г1Р с грузоподъемностью, как правило, до 10 кг и создаются на базе пневматических цилиндров. Преимущество подобных приводов заключается в простоте и надежности конструкции, а также дешевизне сжатого воздуха как вида энергии. Их недостатки, прежде всего, связаны со сложностью промежуточного позиционирования исполнительного механизма и управления скоростью при перемещении. Гидравлические приводы применяются в ПР с большой грузоподъемностью и создаются на базе гидравлических цилиндров и двигателей. Гидравлические приводы компактны и способны развивать большие усилия. Их технологические возможности расширяются за счет обеспечения регулирования усилий в исполнительных механизмах и скоростей перемещения. Недостатки данных приводов - небольшая быстроходность и повышенные требования к условиям эксплуатации, связанные с использованием жидкости в качестве рабочей среды.

Электрические приводы применяются в ПР с различной грузоподъемностью и создаются на базе электродвигателей постоянного и переменного тока, а также шаговых двигателей. Работы с электроприводами обладают наибольшей технологической гибкостью и хорошо стыкуются с обслуживаемым оборудованием. Они достаточно надежны в работе, просты в обслуживании, регулировании, не имеют трубопроводов, так как питаются электроэнергией. К их недостаткам можно отнести сравнительно низкие показатели удельной мощности.

Комбинированные приводы представляют собой различные сочетания рассмотренных типов приводов и создаются для расширения технологических возможностей Г1Р.

Исполнение ПР обусловливает возможность их использования в различных условиях эксплуатации.

Роботы нормального исполнения предназначены для обычных условий эксплуатации. Роботы пылезащищенного исполнения используются при повышенной запыленности согласно существующим нормам. Роботы теплозащищенного исполнения применяются на производствах с зонами повышенной температуры, таких, как термическое, кузнечно-прессовое и литейное производства. Роботы пожарозащищенного и взрывозащищенного исполнения предназначены соответственно для производств с повышенными уровнями пожароопасности и взрывоопасности. При этом особое внимание уделяется оборудованию, используемому для предотвращения аварийных ситуаций.

Роботы комбинированного исполнения объединяют в себе свойства, присущие рассмотренным выше исполнениям в требуемом сочетании.

Точность позиционирования обеспечивает точность выхода рабочего органа манипулятора в заданные точки, а также воспроизведения заданной траектории. При выполнении ПР основных технологических операций точность позиционирования должна соответствовать техническим требованиям на обработку или сборку изделий. Необходимо учитывать, что точность позиционирования меняется в зависимости от положения захватного устройства ПР в зоне манипулирования. На границах зоны уменьшение точности может происходить, в частности, за счет влияния упругой податливости звеньев манипулятора. Увеличения точности можно достичь уменьшением скорости перемещения ПР.

Для повышения производительности и понижения требований к точности самого ПР используют компенсационные элементы, обеспечивающие податливость в процессе захвата или установки детали в рабочее положение.

К роботам с малой точностью позиционирования относят ПР с погрешностью позиционирования более 1,0 мм. Они в основном используются на вспомогательных операциях, реже -на основных операциях, например при окраске.

К роботам со средней точностью позиционирования относятся ПР с погрешностью позиционирования от 0,1 до 1,0 мм. Они широко используются, так как в основном удовлетворяют требованиям, предъявляемым к обслуживанию различных видов технологического оборудования.

Роботами с высокой точностью позиционирования являются ПР с погрешностью позиционирования менее 0,1 мм, используемые обычно при выполнении сборочных операций.

Степень универсальности обусловливает необходимый уровень соответствия ПР запланированным работам.

Специальные ПР предназначаются обычно для выполнения одной операции. Они просты, экономичны и удобны в эксплуатации.

Специализированные ПР используются для выполнения однотипных операций, в пределах которых обладают необходимой гибкостью. Технологические возможности специализированных роботов, состоящих из унифицированных модулей, расширяются путем варьирования компоновки ПР в зависимости от конкретных требований производства.

Универсальные ПР предназначены для выполнения самых разнообразных операций при обширной номенклатуре изделий. Имеется возможность быстрого перепрограммирования роботов этого типа, но они соответственно дороже и сложнее в эксплуатации. Универсальные промышленные роботы обладают пятью и более степенями подвижности.

Подвижность ПР характеризуется степенью подвижности, ходом манипулятора и быстродействием.

Степень подвижности определяет способность ПР к выполнению сложных движений в процессе работы. Переносные степени подвижности осуществляют транспортные движения перемещением манипулятора. Ориентирующие степени подвижности устанавливают транспортируемый предмет в требуемое положение и в заданное место. Они реализуются с помощью конечного звена манипулятора и расположенных на нем приводов установочных перемещений.

Степени подвижности могут быть линейными и угловыми. Малая подвижность - с числом степеней подвижности до 3 - характерна для специальных ПР. Она упрощает конструкцию ПР, но одновременно ограничивает его возможности. Средняя подвижность - с 'шелом степеней подвижности до 6 - характерна для специализированных и универсальных ПР, где вводятся ориентирующие степени подвижности. Высокая подвижность предполагает наличие более 6 степеней подвижности. В промышленном производстве целесообразность использования такого числа степеней подвижности возникает сравнительно редко.

Ход манипулятора обусловливает перемещение манипулятора при обслуживании оборудования или при выполнении основных технологических операций.

Манипуляторы с малым ходом (до 300 мм) предназначены в основном для сверхлегких и легких специальных и специализированных ПР.

Манипуляторы со средним ходом (до 1000 мм) применяются для промышленных роботов с различными грузоподъемностью и универсальностью.

Манипуляторы с большим ходом (более 1000 мм) предназначены для специализированных и универсальных ПР средней и большой грузоподъемности со сферической системой координат. Ход манипулятора в сочетании с переносными степенями подвижности определяет зону обслуживания ПР, являющуюся важным параметром при организации рабочего места. С увеличением хода манипулятора расширяется перечень обслуживаемого им технологического оборудования.

Быстродействие обусловливает среднюю скорость перемещения предметов номинальной массы при транспортировке. Увеличение быстродействия обеспечивает сокращение времени на обслуживание технологического оборудования и повышение производительности

ПР. Быстродействие определяется скоростью соответствующих приводов манипулятора, значения которой в свою очередь зависят от массы груза, хода манипулятора и сложности траектории перемещения манипулятора.

Для подбора характеристики робота по быстродействию необходимо знать суммарную скорость перемещения рабочего органа, складывающуюся из скоростей отдельных приводов.

Малое быстродействие соответствует скорости перемещения до 0,5 м/с. Оно характерно для гидравлических ПР со средней и большой грузоподъемностью.

Среднее быстродействие, соответствующее скорости перемещения до 1,0 м/с, присуще ПР с различными системами приводов и широко используется при автоматизации производственных процессов.

Большое быстродействие соответствует скорости перемещения выше 1,0 м/с, которая используется весьма ограниченно в связи со сложностью эксплуатации соответствующих промышленных роботов.

Управление ПР характеризуется типом управления, методами программирования, объемом памяти и числом внешних команд программы.

Тип управления определяет возможности ПР по организации траекторий движения. Управление может быть программным и адаптивным. Программное управление в свою очередь подразделяется на цикловое, позиционное и контурное.

Цикловое программное управление обеспечивает обычно позиционирование с помощью механических упоров, располагаемых в крайних положениях по каждой степени подвижности. Для увеличения числа точек позиционирования применяют дополнительные промежуточные выдвижные упоры. Цикловые системы наиболее просты, дешевы и надежны в эксплуатации. Их недостатками являются малая универсальность и ограниченные технологические возможности.

Позиционное программное управление обеспечивает от десятков до сотен программируемых точек траектории движения по каждой степени подвижности. В этом случае при программировании задается соответствующий набор точек рабочей зоны, через которые последовательно должны пройти звенья манипулятора при выполнении программы. Позиционное управление повышает универсальность и технологические возможности ПР, однако не позволяет регулировать траектории между заданными точками.

Контурное управление позволяет производить перемещение манипуляторов ПР по непрерывным траекториям и с непрерывно программируемой скоростью движения. Системы контурного управления подразделяются на аналоговые и цифровые. В аналоговых контурных системах управления программа записывается на носитель аналоговой информации, например на магнитную ленту или магнитный диск. Эти системы просты, но имеют большой объем памяти и неудобны для сопряжения с ЭВМ. В цифровых контурных системах управления программа задается набором точек, а при воспроизведении интерполируется в аналоговый сигнал. Цифровые системы обладают повышенной точностью и удобством связи с ЭВМ. При расширенных технологических возможностях контурные системы относительно сложнее и дороже.

Комбинированные системы программного управления создаются для оптимального сочетания цикловых, позиционных и контурных типов управления.

Адаптивное управление обеспечивает расширение возможностей ПР за счет использования систем очувствления на базе сенсорных устройств, позволяющих определять положение, конфигурацию и другие параметры объектов манипулирования и окружающей среды. В соответствии с полученными сигналами производится автоматическое изменение управляющей программы. Адаптивные ПР могут работать в условиях неопределенности без специальных приспособлений, например для ориентирования деталей перед захватом. При встраивании рассмотренных систем управления ПР в ГАП необходимо обеспечивать их стыковку с соответствующими уровнями локальной вычислительной сети.

Методы программирования работы ПР обеспечивают составление и ввод программы для управления ПР. В программе фиксируются последовательность осуществления движений, положение звеньев, время выполнения элементов движений, а также могут задаваться скорости перемещения звеньев, команды на внешнее оборудование, и усилия, связанные с выполнением операций.

В зависимости от способов ввода информации в устройство управления ПР различаются следующие основные методы подготовки программ: программирование обучением, автоматическое программирование и программирование самообучением.

Программирование обучением осуществляется при непосредственном участии оператора и является наиболее простым методом. Автоматическое программирование гарантирует заблаговременную подготовку программ с помощью автоматизированных систем.

Программирование самообучением может быть частичным и полным. При частичном самообучении автоматически создается укрупненная программа с отдельными элементами действия для определенных периодов работы. На ее основе устройство управления ПР разрабатывает остальную часть программы с учетом информации, получаемой от сенсорных устройств. При полном самообучении устройство управления ПР на основании задания цели и информации от сенсорных устройств формирует рабочие программы в реальном времени. Программирование самообучением применяется в ПР с адаптивным управлением.

Объем памяти устройства управления ПР определяет количество записанной управляющей информации в процессе программирования, которая обычно представляется в виде кадров. Кадры - это отдельные элементы программы, состоящие из определенной группы команд и адресов, по которым выполняются команды и обеспечивается проверка их исполнения.

Малый объем памяти (до 100 кадров) имеют ПР с цикловым позиционным управлением с небольшим числом точек позиционирования.

Средний объем памяти (от 100 до 600 кадров) имеют ПР с позиционным и контурным управлением.

Большой объем памяти (свыше 600 кадров) имеют ПР с развитым контурным и адаптивным управлением.

Число внешних команд определяет возможности ПР по согласованию работы с внешним оборудованием. Число внешних команд может быть малым - до 15, средним - от 15 до 60 и большим - свыше 60 команд.

На базе рассмотренных ПР создаются робототехнические системы, среди которых можно выделить следующие основные классы:

  • • манипуляционные робототехнические системы;
  • • мобильные робототехнические системы;
  • • информационные и управляющие робототехнические системы.

Манипуляционные робототехнические системы наиболее распространены и подразделяются натри вида, включающие в себя:

  • - автоматически действующие роботы, автоматические манипуляторы и роботизированные технологические комплексы (РТК);
  • - дистанционно управляемые роботы, манипуляторы и РТК;
  • - непосредственно управляемые оператором манипуляторы.

Мобильные робототехнические системы представляют собой

движущиеся платформы или шасси, перемещением которых управляет автоматика. При этом они кроме программы маршрута движения имеют датчики коррекции маршрута, а также могут автоматически нагружаться и разгружаться. Подклассом таких систем являются робототехнические системы для перемещения по вертикальным поверхностям.

Информационные и управляющие робототехнические системы - это комплексы измерительно-информационных и управляющих средств, автоматически производящих сбор, обработку и передачу информации, а также использующих ее для формирования различных управляющих сигналов.

Различные классы робототехнических систем могут сочетаться в одном комплексе. Роботизация - это проблема, требующая решения вопроса о совместном использовании ПР с различным оборудованием при едином управлении от ЭВМ и встроенных микропроцессоров. Эта задача не только техническая, но и социально-психологическая. Поэтому кроме умения пользоваться новой техникой требуется понимание ее значения для будущей деятельности предприятия.

В составе основного технологического оборудования ПР обеспечивают автоматизацию операций взятия заготовок из накопительных и ориентирующих устройств, транспортировки и укладки их в тару или на промежуточные устройства для выполнения последующих операций. Использование ПР позволяет также осуществлять перенастройку технологического оборудования. При необходимости захвата рассредоточенных деталей требуется использование адаптивных роботов, способных производить распознавание положения деталей.

Операции по обслуживанию основного технологического оборудования часто требуют создания специальных захватных устройств ПР для различных типов и размеров деталей. В средствах инструментального обеспечения ПР производят автоматическую смену инструментов и инструментальных блоков по мере их износа или при переходе к обработке новой группы деталей.

В системах удаления отходов производства на металлорежущем оборудовании элементная стружка удаляется из зоны резания с помощью стружкоприемника, из которого она направляется в тару непосредственно или по конвейерной системе. Заполненная тара с помощью ПР выдвигается на позицию выдачи, заменяется новой, транспортируется к месту приема стружки, высвобождается и доставляется к месту хранения или к станку на позицию загрузки.

Удаление витой стружки осуществляют ПР, снабженные элементами технического зрения. Выведенная из зоны резания стружка подается в стружкоприемную часть с дробильными устройствами, а затем в тару.

Очистка установочных мест от стружки необходима для установки и крепления заготовок, а также палет с деталями. Для очистки могут использоваться мобильными ПР, конструктивное исполнение которых определяется особенностями станков и инструментального оснащения.

Практически все области применения ПР включают в себя операции транспортировки и контроля. В ряде случаев для повышения эффективности использования ПР и увеличения производительности технологического процесса целесообразно совмещение выполнения указанных операций во времени. Примером может служить процесс сортировки деталей по допускам, широко распространенный и осуществляемый перед подачей деталей для обработки на основное технологическое оборудование. Если требуется выполнить сортировку деталей по габаритным размерам, можно использовать ПР по схеме, показанной на рис. 2.9.

Схема совмещения операций транспортировки и контроля при сортировке деталей

Рис 2.9. Схема совмещения операций транспортировки и контроля при сортировке деталей:

1 - контролируемая деталь; 2 - профильные губки; 3 - локационный датчик; 4 - ограничитель; 5 - измерительный кронштейн; б - шарнирно-рычажный механизм

Робот захватывает детали, нуждающиеся в сортировке, из подающего накопителя и транспортирует их в направлении приемных накопителей, одновременно производя контроль наличия в зоне допуска габаритного размера детали. По результатам контроля устройство управления ПР организует его движение соответственно к накопителю деталей, размеры которых находятся в зоне допуска, или к накопителю деталей, размеры которых выходят за пределы зоны допуска. Операция контроля производится после зажатия детали шарнирно-рычажным механизмом с профильными губками, вид которых выбирается в зависимости от формы детали. Поскольку положение ограничителя относительно датчика, закрепленного на измерительном кронштейне, обусловлено размерами детали, на выходе датчика вырабатывается информационный сигнал, анализируемый затем в устройстве управления. По результатам анализа принимается решение о выборе необходимой траектории движения ПР.

В качестве датчика можно использовать пневматический локационный измеритель, обладающий высокой точностью идентификации положения ограничителя. Гибкость выполнения операции контроля обеспечивается легкостью перенастройки конструкции на различные номинальные размеры деталей путем предварительной установки измерительного кронштейна в положение, определяющее рабочий зазор между датчиком и ограничителем. Чувствительность измерений регулируется изменением длины измерительного кронштейна. Из приведенного примера следует, что важное значение при автоматизации операций транспортировки и контроля имеет конструкция захватного устройства ПР.

Захватные устройства промышленных роботов служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Обычно ПР комплектуют набором типовых захватных устройств, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений объектов, а также высокая прочность при малых габаритах и массе. Дополнительными требованиями являются возможность захватывания деталей в широком диапазоне массы, размеров и формы; легкость и быстрота замены захватных устройств; автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали; способность захвата неориентированно расположенных деталей.

Некоторые дополнительные требования можно удовлетворить, используя адаптивные захватные устройства, оснащенные датчиками внешней информации о наличии объекта манипулирования, его форме, размерах, массе, состоянии поверхности, усилии удержания, степени возможного проскальзывания и о других параметрах.

На рис. 2.10 представлен общий вид антропоморфного трехпалого захватного устройства, способного переносить хрупкие изделия небольшой массы со значительными отклонениями формы и размеров, например лампы.

Захватное устройство с тросовым механизмом

Рис. 2.10. Захватное устройство с тросовым механизмом:

1 - кисть, 2 - тросы, 3 - фаланги пальцев;

Движение пальцев осуществляется с помощью пропущенных внутри них тросов, что делает конструкцию компактной. Трехпалая кисть обеспечивает более десяти степеней подвижности двигателем постоянного тока, вынесенным за пределы захватного устройства.

На рис. 2.11, изображено адаптивное захватное устройство, способное зафиксировать соприкосновение с объектом и усилие удержания, а также ориентировать захватное устройство на объект посредством локации, что позволяет осуществлять поиск, распознавание и сборку объектов.

Адаптивное захватное устройство с тактильными датчиками

Рис. 2.11. Адаптивное захватное устройство с тактильными датчиками: 1 -рычаг; 2, 3, 6-датчики давления; 4 - тактильные датчики;

5 - фотодиод

Соприкосновение с объектом фиксируется с помощью шести тактильных датчиков, установленных на наружных сторонах устройства и построенных на основе микропереключателей. Усилие удержания контролируется посредством потенциометрических датчиков давления, смонтированных на губках и на рычаге между ними, а локация производится фотодиодами.

На рис. 2.12, в приведено устройство для захватывания неориентированно расположенных деталей типа плоских дисков.

Адаптивное захватное устройство с дальномерами

Рис 2.12. Адаптивное захватное устройство с дальномерами.

  • 1 - выдвижной элемент, 2 - силовой датчик, 3 - щуп,
  • 4 - зажимные губки, 5 - фотодальномеры

Выдвижной элемент с силовым датчиком соединен со щупом, а в торцах зажимных губок размещены фотодальномеры. При раскрытых губках и выдвинутом щупе проводится сканирование поля расположения деталей. При соприкосновении щупа с деталью с помощью датчика определяется ее положение путем нахождения направления нормали к цилиндрической поверхности объекта. После этого захватное устройство выводится на центр диска и поворачивается вокруг продольной оси манипулятора ПР, а фотодальномеры находят свободные участки наружной поверхности детали, которые могут быть использованы для ее захвата.

Различают два вида модулей ГАП - аппаратные и программные. Аппаратные модули реализуют различные технологические операции, а программные модули формируют программное обеспечение системы управления ГАП. Модульность обеспечивается широким применением стандартных средств аппаратурно-программного интерфейса. К аппаратным модулям относится гибкий производственный модуль - единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик. Модуль имеет программное управление, автономно функционирует, автоматически осуществляет все функции, связанные с изготовлением изделий, может встраиваться в гибкую производственную систему.

Примером гибкого производственного модуля служит модуль для изготовления корпусных деталей на базе обрабатывающего центра (рис. 2.13).

Составной частью модуля является накопитель столов-спутников с обрабатываемыми деталями, наличие которых автоматически контролируется с помощью датчиков. Устройство для замены режущего инструмента в магазине станка является самостоятельным узлом.

Инструмент заменяется автоматически по программе. Устройство доставляется на накопитель модуля и передается на поворотный стол станка по команде от центральной ЭВМ.

Гибкий производственный модуль на базе многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка

Рис. 2.13. Гибкий производственный модуль на базе многоцелевого сверлильно-фрезерно-расточного станка:

1 - станок, 2 - электрооборудование, 3 - система управления измерением, 4 - устройство ЧПУ, 5 - накопитель спутников, б - устройство смены спутников, 7 - спутник

Стол с устройством перемещается, коническая оправка барабана вставляется в шпиндель станка и зажимается шариковым зажимом. После этого стол станка возвращается в первоначальное положение, а барабан с инструментом остается на шпинделе. Затем шпиндельная бабка с барабаном поднимается до зоны действия манипулятора смены инструмента, осуществляющего переустановки инструмента из барабана в магазин станка и обратно. При полной замене инструмента шпиндельная бабка с барабаном опускается в нижнее положение, барабан закрепляется в устройстве, передается в накопитель и затем снимается с него.

Контрольно-измерительная система состоит из измерительной головки и блока обработки данных. Измерительная головка имеет аналоговую измерительную систему и преобразователь. Она находится в магазине станка и по команде программы вставляется в шпиндель вместо инструмента. Контроль осуществляется посредством контакта детали со щупом измерительной головки. Сигнал измерения передается в блок обработки данных, содержащий приемник, микропроцессор и устройство ввода для передачи коррекции в систему ЧПУ. Дальнейшая обработка измерений и выдача управляющих воздействий на коррекцию производятся системой ЧПУ.

В некоторых случаях контрольно-измерительную систему целесообразно реализовывать в виде самостоятельного гибкого модуля. Примером может служить автоматизация контроля листового материала, заготовки из которого имеют большие габариты и массу, причем их геометрические параметры должны измеряться с высокой точностью одновременно в нескольких точках. Структура такого модуля приведена на рис. 2.14.

Структура контрольно-измерительного модуля

Рис 2.14. Структура контрольно-измерительного модуля:

  • 1 -робот-укладчик; 2 - контрольно-измерительный стол;
  • 3 - датчики-преобразователи; 4 - схема анализа ситуации;
  • 5, б, 7 - оптронные развязки; 8 - тиристорная схема; 9 - пульт ручного управления; 10 - стойка управления; 11- интерфейс; 12 - ЭВМ;
  • 13 - дисплей; 14 - оператор; 15 - фотосчитыватель; 16 - устройство управления; 17 — задел заготовок; 18 - поддон кондиционных листов; 19 - поддон некондиционных листов

Целью контроля в данном случае является сортировка листового материала из задела заготовок, находящегося на входе модуля. На выходе модуля по результатам измерения производится укладка заготовок соответственно в поддоны кондиционных или некондиционных листов. Работа модуля осуществляется следующим образом. Робот- укладчик захватывает верхнюю заготовку из стопы, находящейся в заделе, и помещает ее на контрольно-измерительный стол в рабочую зону измерений. На столе находятся датчики-преобразователи, установленные в требуемых по технологии точках контроля. Каждый датчик снимает информацию о геометрических параметрах заготовки относительно поля допуска и выдает результирующий сигнал на схему анализа ситуации. Если все сигналы с датчиков показывают соответствие заданным требованиям, то схема анализа ситуации через интерфейсную плату ввода-вывода посылает в управляющую ЭВМ сообщение, после которого начнет действовать программа укладки роботом заготовки в поддон для кондиционных листов с позиции на контрольно-измерительном столе. Если хотя бы один сигнал с датчиков-преобразователей указывает на выход контролируемого параметра за поле допуска, то реализуется программа укладки заготовки в поддон для некондиционных листов. После этого цикл измерений повторяется для следующей заготовки.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>