Машины и оборудования

    Механизм этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение j₁₀), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S₂₁) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S₃₂). На конце звена 3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления его ориентацией. Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связии. Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства сохраняющие и задающие программу движения, которые назовем программоносителями. При управлении от ЭВМ такими устройствами могут быть дискеты, диски CD, магнитные ленты и др. Преобразование заданной программы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления. Эта система включает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия u_i. При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам Dx_i, которые поступают в нее с датчиков обратной связи. Функциональная схема промышленного робота приведена на рис. 19.2.

12.1. Промышленные  роботы и манипуляторы.

Промышленный  робот – программируемая автоматическая машина, состоящая из манипулятора и устройства программного управления его движением, предназначенная  для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах. Манипулятор – совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.

12.2. Назначение  и область применения.

Промышленные  роботы предназначены для замены человека при выполнении основных и  вспомогательных технологических  операций в процессе промышленного  производства. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и единичном производстве. Копирующие манипуляторы, управляемые человеком-оператором, необходимы при выполнении различных работ с радиоактивными материалами. Кроме того, эти устройства незаменимы при выполнении работ в космосе, под водой, в химически активных средах. Таким образом, промышленные роботы и копирующие манипуляторы являются важными составными частями современного промышленного производства.

12.3. Классификация  промышленных роботов.

Промышленные  роботы классифицируются по следующим  признакам:

• по характеру выполняемых технологических операций: основные, вспомогательные, универсальные;
• по виду производства: литейные, сварочные, кузнечно-прессовые, для механической обработки, сборочные, окрасочные, транспортно-складские;
• по системе координат руки манипулятора: прямоугольная, цилиндрическая, сферическая, сферическая угловая (ангулярная), другие;
• по числу подвижностей манипулятора;
• по грузоподъемности: сверхлегкие (до 10 Н), легкие (до 100 Н), средние (до 2000 Н), тяжелые (до 10000 Н), сверхтяжелые (свыше 10000 Н);
• по типу силового привода: электромеханический, пневматический, гидравлический, комбинированный;
• по подвижности основания: мобильные, стационарные;
• по виду программы: с жесткой программой, перепрограммируемые, адаптивные, с элементами искусственного интеллекта;
• по характеру программирования: позиционное, контурное, комбинированное.

12.4.Принципиальное  устройство промышленного робота.

Манипулятор промышленного робота по своему функциональному  назначению должен обеспечивать движение выходного звена и закрепленного  в нем объекта манипулирования  в пространстве по заданной траектории и с заданной ориентацией. Для полного выполнения этого требования основной рычажный механизм манипулятора должен иметь не менее шести подвижностей, причем движение по каждой из них должно быть управляемым. Промышленный робот с шестью подвижностями является сложной автоматической системой. Эта система сложна как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому в реальных конструкциях промышленных роботов часто используются механизмы с числом подвижностей менее шести. Наиболее простые манипуляторы имеют три, реже две, подвижности. Такие манипуляторы значительно дешевле в изготовлении и эксплуатации, но предъявляют специфические требования к организации рабочей среды. Эти требования связаны с заданной ориентацией объектов манипулирования относительно механизма робота. Поэтому оборудование должно располагаться относительно такого робота с требуемой ориентацией.Рассмотрим для примера структурную и функциональную схемы промышленного робота с трехподвижным манипулятором. Основной механизм руки манипулятора состоит из неподвижного звена 0 и трех подвижных звеньев 1,2 и 3 (рис.12.1). Структурная схема механизма этого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. В этой системе звено 1 может вращаться относительно звена 0 (относительное угловое перемещение j ₁₀ ), звено 2 перемещается по вертикали относительно звена 1 (относительное линейное перемещение S ₂₁ ) и звено 3 перемещается в горизонтальной плоскости относительно звена 2 (относительное линейное перемещение S ₃₂ ). На конце звена 3 укреплено захватное устройство или схват, предназначенный для захвата и удержания объекта манипулирования при работе манипулятора. Звенья основного рычажного механизма манипулятора образуют между собой три одноподвижные кинематические пары (одну вращательную А и две поступательные В и С) и могут обеспечить перемещение объекта в пространстве без управления его ориентацией. Для выполнения каждого из трех относительных движений манипулятор должен быть оснащен приводами, которые состоят из двигателей с редуктором и системы датчиков обратной связи. Так как движение объекта осуществляется по заданному закону движения, то в системе должны быть устройства сохраняющие и задающие программу движения, которые назовем носителями программ. При управлении от ЭВМ такими устройствами могут быть дискеты, диски CD, магнитные ленты и др. Преобразование заданной программы движения в сигналы управления двигателями осуществляется системой управления. Эта система включает ЭВМ, с соответствующим программным обеспечением, цифроаналоговые преобразователи и усилители. Система управления, в соответствии с заданной программой, формирует и выдает на исполнительные устройства приводов (двигатели) управляющие воздействия u _i . При необходимости она корректирует эти воздействия по сигналам D x_i , которые поступают в нее с датчиков обратной связи. Функциональная схема промышленного робота приведена на рис. 12.2.

12.5. Основные  понятия и определения. Структура  манипуляторов. Геометро-кинематические  характеристики.

Формула строения - математическая запись структурной  схемы манипулятора, содержащая информацию о числе его подвижностей, виде кинематических пар и их ориентации относительно осей базовой системы  координат (системы, связанной с  неподвижным звеном).

 
Движения, которые обеспечиваются манипулятором  делятся на:

• глобальные (для роботов с подвижным основанием) - движения стойки манипулятора, которые существенно превышают размеры механизма;
• региональные (транспортные) - движения, обеспечиваемые первыми тремя звеньями манипулятора или его “рукой”, величина которых сопоставима с размерами механизма;
• локальные (ориентирующие) - движения, обеспечиваемые звеньями манипулятора, которые образуют его “кисть”, величина которых значительно меньше размеров механизма.

В соответствии с этой классификацией движений, в  манипуляторе можно выделить два  участка кинематической цепи с различными функциями: механизм руки и механизм кисти. Под “рукой” понимают ту часть манипулятора, которая обеспечивает перемещение центра схвата – точки М ( региональные движения схвата); под “кистью” – те звенья и пары, которые обеспечивают ориентацию схвата (локальные движения схвата).

Структурная схема механизма – его графическое изображение на котором показаны стойка, подвижные звенья, кинематические пары и их взаимное расположение. Графическое изображение элементов схемы выполняется с учетом принятых условных обозначений. В таблице 12.1 приведены условные обозначения кинематических пар. Кинематической цепью называется система звеньев, образующих между собой кинематические пары. Цепь в которой каждое звено входит не более чем в две кинематические пары, называется простой. Незамкнутой называется такая кинематическая цепь, в которой есть звенья входящие только в одну кинематическую пару.

Таблица 12.1

Рассмотрим  структурную схему антропоморфного  манипулятора, то есть схему которая  в первом приближении соответствует  механизму руки человека (рис.12.3). Этот механизм состоит из трех подвижных  звеньев и трех кинематических пар: двух трехподвижных сферических А_3сф и С_3сф и одной одноподвижной вращательной В_1в .

Кинематические  пары манипулятора характеризуются: именем или обозначением КП - заглавная  буква латинского алфавита (A,B,C и  т.д.); звеньями, которые образуют пару (0/1,1/2 и т.п.); относительным движением звеньев в паре ( для одноподвижных пар - вращательное, поступательное и винтовое); подвижностью КП (для низших пар от 1 до 3, для высших пар от 4 до 5); осью ориентации оси КП относительно осей базовой или локальной системы координат.

Рабочее пространство манипулятора - часть  пространства, ограниченная поверхностями  огибающими к множеству возможных  положений его звеньев. Зона обслуживания манипулятора - часть пространства соответствующая множеству возможных положений центра схвата манипулятора. Зона обслуживания является важной характеристикой манипулятора. Она определяется структурой и системой координат руки манипулятора, а также конструктивными ограничениями наложенными относительные перемещения звеньев в КП.

Промышленный  робот СМ40Ф2.80.01.

Промышленный  робот с программным управлением  предназначен для загрузки деталей  типа тел вращения в стенках с  горизонтальной осью шпинделя. Обширная рабочая зона площадью более 30м² позволяет обслуживать группу станков при линейном или линейно-паралельном расположении. Привод ПР – электрогидравлический шаговый. Система координат – угловая. ПР комплектуется быстросменными широкодиапазонными самоцентрирующими захватными устройствами. Имеется специальный датчик для определения положения заготовок на позициях вспомогательных устройств. Предусмотрено устройство светозащиты, обеспечивающие безопасность эксплуатации оборудования.

Техническая характеристика.

Грузоподьемность 40кг;

число степеней подвижности (без захвата) 1;

наибольший  диаметр и длина транспортируемых заготовок 250 и 1200мм;

максимальные  линейные перемещения 1900мм;

углы  поворота плеча и локтя 90⁰;

кантование захватного устройства 180⁰;

максимальная  скорость перемещения рабочих органов 0,8 м/с

      Основные  механизмы, движения ПР.

      ПР  имеет портальную компоновку(см рис). Опорная система 1 представляет собой  траверсу, состоящию из двух секций монорельса длинной 6000мм каждая, закрепленную на трех колоннах. К траверсе крепятся рельсы прямоугольного сечения, по которым перемещается каретка 2. Две группы роликов (каждая из трех штук) охватывают верхний рельс и пара роликов опирается с боков на нижний рельс. К базовой поверхности каретки крепятся рука и гидропанель. Рука выполнена сварной и состоит из плеча 3 и локтя 4. На базовый фланец локтя устанавливается головка 5 робота, на переднем конце шпинделя которой имеется байонетный зажим для крепления захватного устройства (см рис). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава9 Назначения и классификация  автоматических станочных  систем. 

      Автоматическими называют поточные линии станков  и агрегатов, связанных в единую систему, в которой весь комплекс технологических процессов происходит без прямого участия рабочего; последний лишь контролирует  и налаживает оборудование. Область применения автоматических линий – массовое производство устойчивых по конструкции изделий. Их используют в различных отраслях машиностроения с довольно широкой номенклатурой операций: сверлильно-расточных, резьбонарезных, токарных, фрезерных, шлифовальных, зуборезных, а также кузнечно-прессовых, литейных, сварочных и термических. В автоматические линии могут входить агрегаты, осуществляющие сборочные операции, антикоррозийные покрытия, взвешивание, упаковку и другие вспомогательные работы.

      Автоматические  линии классифицируются по ряду признаков.

1. В зависимости от величины штучного выпуска деталей применяются однопоточные линии (последовательного действия) и многопоточные (параллельно-последовательного действия).
2. По роду станков различают автоматические линии, скомпонованные из станков, специально построенных для данной линии; агрегатных станков; универсальных станков, специально модернизированных и автоматизированных для встройки в автоматическую линию.
3. По способу передачи обрабатываемых деталей со станка на станок различают линии: со сквозным транспортированием с проходом детали сквозь места зажима (применяются при обработки корпусных деталей на агрегатных станках); с верхним транспортированием; с боковым транспортированием; с комбинированным транспортированием; с роторным транспортированием, применяемым в роторных линиях. Детали транспортируют со станка на станок самостоятельно или, если они необходимы для транспортирования по всей конфигурации, на специальных плитах спутниках.
4. По расположению оборудования различают замкнутые и незамкнутые автоматические линии. Замкнутые линии бывают круговые (станки-комбайны) и прямоугольные. Большинство автоматических линий имеет незамкнутое расположение оборудования: прямолинейное, Г -образное, П-образное и др.