Применение промышленных роботов в индустрии

 

4. Типовые конструкции ПР

 

Конструкция механической системы ПР зависит от служебного назначения, привода, системы управления и   ряда других факторов.  Напольные  ПР с качающейся выдвижной рукой работают в сферической и цилиндрической системах координат  (рис. 1, а). 

Рис. 1. Типовые  конструкции напольных ПР:

а — с качающейся выдвижной рукой, б — с горизонтальной выдвижной рукой и консольным механизмом подъема, в — с горизонтальной выдвижной рукой, установленной на подъемной каретке,  г — с многозвенной рукой.

 

Напольные ПР с горизонтальной выдвижной рукой  и консольным  механизмом подъема  наиболее распространены. ПР с пневматическим  приводом и выдвижной рукой (рис. 1, б) работает в цилиндрической  системе координат. Рука 2 ПР представляет собой пневмоцилиндр с выдвижным штоком, на конце которого установлено захватное устройство 3. На основании 7 расположены механизм поворота вокруг  вертикальной оси и механизм вертикального подъема руки.  Поворот вокруг вертикальной оси выполняется двумя пневмоцилиндрами, соединенными цепной передачей с блоком звездочек, смонтированным на поворотной колонне. Такие ПР выпускают в одно-,  двух-, трехруком исполнении. 

Напольные ПР с горизонтальной выдвижной рукой  7, установленной на подъемной каретке 2 (рис. 1, в), работают в цилиндрической  системе координат и могут обслуживать один или два станка. В ПР такого рода используют все виды приводов рабочих органов и их  комбинации, а также все известные виды систем управления. Грузоподъемность различных конструкций ПР от 1 до 1000 кг, число степеней подвижности от трех до семи. 

Напольные работы с многозвенной рукой работают, как правило,  в ангулярной системе  координат, оснащаются гидравлическими  или  электрическими приводами и  управляются посредством позиционной  или контурной системы (рис. 1, г). 

Портальные  ПР. Преимуществами этих ПР является экономия  производственной площади и удобство обслуживания. Использование опорных систем большой длины позволяет компоновать участки с групповым обслуживанием станков одним ПР при линейном расположении оборудования.  ПР строят на основе агрегатно-модульного принципа. Новые модели ПР создаются на базе унифицированных агрегатных узлов и блоков. Это обеспечивает широкий диапазон конструкции ПР с техническими параметрами, которые наиболее полно соответствуют конкретным требованиям производства. На рисунке 2 даны варианты  принципиальных схем компоновок ПР, построенных на основе использования девяти различных модулей. 

Захватные устройства ПР. Эти устройства предназначены для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования (заготовок или инструментов). ПР комплектуют набором типовых захватных устройств, которые можно менять в зависимости от конкретного рабочего задания. 

Захватные устройства ПР классифицируют по принципу действия  и по способу управления, характеру базирования объекта  манипулирования, степени специализации. 

По  принципу действия захватные устройства подразделяют на  механические, магнитные, электромагнитные, вакуумные с эластичными  камерами. По способу управления различают неуправляемые  командные, жесткопрограммируемые и адаптивные захватные устройства.

Рис. 2. Варианты принципиальных схем компоновок различных ПР

Неуправляемые захватные устройства – устройства с постоянными магнитами или с вакуумными присосками без принудительного разряжения в виде разрезных упругих валиков, подпружиненных клещей и т. д. Эти устройства используют в массовом производстве при манипулировании с объектами небольшой массы и габаритных размеров. 

На  рисунке 3, б показаны примеры неуправляемых механических  захватных устройств, в которых удержание детали осуществляется за  счет упругого воздействия зажимных элементов, а удаление производится посредством дополнительных приспособлений.

Рис. 3. Захватные  устройства ПР:

а, б — неуправляемые механические, в — клещевой командный, г — широкозахватное центрирующее  со сменными губками, д — для установки заготовки в патрон токарного станка с ЧПУ, е — центрирующее с захватной камерой, ж — вакуумное.

 

Командные захватные устройства управляются  только командами  на захватывание или опускание объекта. На рис. 3, в показано  клещевидное командное захватное устройство с рычажными механизмами.  В жесткопрограммируемых захватных устройствах, управляемых  системой управления ПР, усилие зажима и величина перемещения  губок могут регулироваться в зависимости от заданной программы. 

На  рис. 3, г показано широкозахватное центрирующее захватное  устройство со сменными губками, которые позволяют манипулировать  объектами различной формы. На штоке 4 пневмоцилиндра установлена планка 5, на которой шарнирно закреплены тяги 2, связанные с рычагами 3, К последним крепятся держатели 6, несущие сменные губки 7. Пе реналадка на другой тип объекта манипулирования выполняется перестановкой осей тяг 2 в дополнительные отверстия планки 5 сдвигом держателей 6 по  рычагам 3 и сменой держателей  6 или губок 7. При загрузке токарных станков с ЧПУ применяют центрирующие захватные устройства (рис. 3, д), оснащенные подпружиненными упорами для фиксации объекта по торцу в момент смены баз. На рис. 3, е показано  центрирующее захватное устройство с расширяющейся эластичной  камерой 2, которая закреплена на корпусе 1 пружинными кольцами 3.  При подаче сжатого воздуха через отверстия в корпусе камера раздувается и удерживает объект за счет силы трения.  В вакуумных захватных устройствах (рис. 3, ж) для захвата изделий применяют различные виды присосок из резины или пластмасс. Для создания вакуума используют насосы различного типа, в большинстве случаев эжекторные, работающие под действием сжатого воздуха.  Электромагнитные захватные устройства по конструкции и области применения примерно аналогичны вакуумным, обладающим более простой конструкцией, более высокой скоростью захвата изделий и силой притяжения на единицу площади поверхности. Однако их можно применять только для изделий из магнитных материалов. 

5. Движения в ПР

Различают следующие движения в промышленных роботах:

1. Транспортирующие – в направлениях XY, jxy, jzx

Транспортирующие движения служат для перемещения ЗУ в различные  точки рабочего транспорта;

2. Ориентирующие – в направлениях jyz и Q

Ориентирующие движения передают  захватному устройству (ЗУ) необходимое положение в заданной точке рабочей зоны;

3. Координатное – Y, X

Координатные движения обеспечивают перемещения ПР между отдельными производственными позициями. Рабочие движения промышленных роботов направлены на удержание объекта и перемещения его в заданных направлениях. Система координат ПР определяют компоновочную схему ПР и форму рабочей зоны: прямоугольная плоская, прямоугольная пространственная, полярная, цилиндрическая, сферическая.

 

6. Технические характеристики ПР

 

1. Грузоподъемность промышленного робота определяется наибольшей массой изделия (например, детали, инструмента или приспособления), которым он может манипулировать в пределах рабочей зоны;

2. Число степеней подвижности промышленного робота определяется общим числом поступательных и вращательных движений манипулятора, без учета движений зажима-разжима его схвата. Большинство промышленных роботов в машиностроении имеет до пяти степеней подвижности;

3. Рабочая зона определяет  пространство, в котором может  перемещаться схват манипулятора. Обычно оно характеризуется наибольшими перемещениями захватного устройства вдоль и вокруг каждой оси координат.

Мобильность промышленного  робота определяется его способностью совершать разные по характеру движения: перестановочные (транспортные) перемещения  между рабочими позициями, находящимися на расстоянии, большем, чем размеры рабочей зоны манипулятора; установочные перемещения в пределах рабочей зоны, определяемой конструкцией и размерами манипулятора; ориентирующие перемещения схвата, определяемые конструкцией и размерами кисти - конечного звена манипулятора. Промышленные роботы могут быть стационарными, не имеющими перестановочных перемещений, и передвижными, обеспечивающими все названные виды движений

 

7. Целесообразность использования ПР

 

• достаточно быстрая окупаемость 
• исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
• повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
• возможность использования технологического оборудования в три смены, даже 365 дней в году;
• рациональность использования производственных помещений;
• исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью;

 

Список используемой литературы

 

1. Ансеров, Ю.М., Салтыков, В.А., Семин, В.Г. Машины и  оборудование машиностроительных предприятий / Ю.М. Ансеров, В.А. Семин, В.Г. Семин. – Л.: Политехника, 1991 г. – 365 с.
2. Дальский, А.М, Арутюнова, И.А., Барсукова, Т.М. Технология конструкционных материалов / А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова. – М.: Машиностроение, 1985 г. – 448 с.
3. Довбня, Н. М., Кондратьев, А. Н., Юревич, Е. И.. Роботизированные технологические комплексы в ГПС / Н. М. Довбня, А. Н. Кондратьев, Е. И. Юревич. –  Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1990 г. – 302 с.
4. Иванов, А. А., Сафронов, В. В. Роботизированные сборочные комплексы / А. А. Иванов, В. В. Сафронов. – Н. Новгород: Нижегород. Гос. Техн. Ун-т, 1995 г. – 370 с.
5. Михайлов, О.П., Орлова, Р.Т., Пальцев, А.В. Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов / О.П. Михайлов, В.Т. Орлова, А.В. Пальцев. – М.: Высшая школа, 1989 г. – 111 с.
6. Осьмаков, А.А. Технология и оборудование производства электрических машин / А.А. Осьмаков. – М.: Высшая школа, 1971 г. – 344 с.
7. Черпаков, Б.И. Робототехнические комплексы / Б.И. Черпаков. – М.: Высшая школа, 1989 г. – 85 с.