ЗАХВАТные УСТРОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

В соответствии с назначением робота в технологическом про­цессе конечные звенья манипуляторов снабжаются различного рода рабочими органами: захватными устройствами, обеспечи­вающими взятие и удержание объектов манипулирования; техно­логическими инструментами, с помощью которых выполняются основные технологические операции.

Захватное устройство (захват) промышленного робота предназначено для захватывания предмета обработки и удержания ею в процессе перемещения. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами захватываемого предмета обработки, а также специфическими требованиями технологического процесса.

Принципы действия и конструкции захватных устройств весьма разнообразны в связи с многообразием объектов манипулирования, включая их размеры, форму и физико-химические свойства.

Захватные устройства можно классифицировать по следующим признакам:

а) по способу захвата и удержания объектов;

б) по наличию устройств очувствления.

В зависимости от принципа действия захваты делят на:

· механические (работают по принципу зажима с удержанием детали с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов, а также по принципу использования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для детали),

· вакуумные (работают в результате сил, возникающих при разности давлений),

· магнитные (работают с помощью сил магнитного притяжения).

По числу рабочих позиций захваты всех типов разделяют на:

· однопозиционные (имеют одну рабочую позицию)

· многопозиционные (имеют несколько рабочих позиций).

Захватные устройства изготовляют несменными и сменными (требуют малого времени для смены, могут заменяться автоматически).

Для загрузки металлообрабатывающих станков, как правило, используют механические зажимные устройства. Кроме закрепления заготовки эти устройства выполняют функции ориентации, центрирования предмета обработки.

Механические захватные устройства или схваты включают в себя приводное устройство, механизм зажима и захватывающие элементы — губки схвата. По виду используемого привода меха­нические схваты подразделяются на электромеханические, пнев­матические и гидравлические, а по виду движения губок — на схваты с поступательным и поворотным движениями губок, осу­ществляемыми соответствующими механизмами зажима.

Узкодиапазонные захватные устройства при переналадке обеспечивают возможность закрепления детали за поверхность с размерами, включающими соседние меньшие значения ряда: 1; 4; 12; 32; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500 мм. Эти захваты обычно выпол­няют на базе клиновых и рычажных механиз­мов.

Широкодиапазонные захваты обладают возможностью закрепления без переналадки деталей с размерами, включающими соседние меньшие значения указанного выше ряда. Эти захваты выполняют обычно с использованием реечных и зубчатых передаточных механиз­мов. Они имеют более широкие технологиче­ские возможности, чем узкозахватные. Меха­нические захваты используются для загрузки станков деталями типа тел вращения или ко­робчатой формы.

Широкое применение находят многопозиционные (многоместные) захватные устройства. При наличии на руке робота двух захватов цикл загрузки-разгрузки оборудования сокращается. Во время обработки детали робот захватывает заготовку для обработки и смещается на максимально близкое расстоя­ние к рабочей зоне. После окончания обработки ПР свободным захватным устройством захватывает обработанную деталь и после поворота устанавливает заготовку в приспособле­ние станка. Во время обработки новой заго­товки робот укладывает обработанную деталь в тару или на тактовый стол. В результате со­вмещения вспомогательных переходов с рабо­той станка время загрузки может сократиться в 2 — 3 раза. Современные захватные устрой­ства помимо захватов для удержания загото­вок имеют захваты для смены инструмен­тальных головок или блоков.

Схваты различаются также формой и материалом губок, что вызвано разнообразием переносимых объектов. В целях исполь­зования одних и тех же конструкций схватов для манипулирова­ния с различными по форме и габаритными размерами их губки выполняются отъемными и легкосменными.

В отдельных технологических процессах, например в меха­нообработке объект, проходя стадии от заготовки до готового изделия, значительно меняет свою форму и габаритные размеры. Для обслуживания таких процессов робот снабжается сменными схватами или сменными губками, причем их смена часто произ­водится автоматически с помощью самого робота.

На рис. 1.13 изображен схват с электромеханическим приво­дом. Плоскопараллельное движение губок схвата J и 2 осуще­ствляется с помощью двигателя М, зубчатой передачи 4 и передачи винт-гайка 3. На рис. 1.14 изображен схват, применяемый в отечественных манипуляторах типа МЭМ. Плоскопараллельное движение губок 1 и 2 осуществляется с помощью параллелограммных меха­низмов 3, которые приводятся в движение от приводного вала 5 с помощью конической передачи 4,

Рис. Схват с электромехани- Рис. 1.14. Схватспараллелограммными ческим приводом механизмами

Промышленные роботы обычно комплектуют набором типовых захватных устройств. Часто при переходе на обработку другой детали меняют не сам захват, а его сменные рабочие элементы (призмы, губки и т. д.).

К захватным устройствам предъявляют следующие требования: надежность захватывания и удержания объекта во время разгона и торможения подвижных элементов ПР, точность базирования заготовки в захвате, недопустимость повреждения или разрушения предмета обработки, прочность при малых габаритных размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на проверку допу­стимых для данного захватного устройства сил, моментов (см. табл. 6), нагрузок на места крепления (табл. 8, 9).

При частой смене заготовок или при обс­луживании одним ПР нескольких станков за­хватные устройства должны обеспечивать возможность работы с заготовками с размерами, формой и массой в широком диапазоне. В этом случае наиболее приемлемыми явля­ются широкодиапазонные захватные устрой­ства. В некоторых случаях возникает необхо­димость применения захватных устройств с автоматической сменой их. Требование бы­строй смены захватного устройства и его эле­ментов часто является важным, так как во­сполняет недостаток подвижности самого ПР и позволяет более полно использовать робот в роботизированном процессе.

Расчет механических захватных устройств включает проверку на прочность деталей за­хвата. Кроме того, необходимо определить силу привода захватного устройства, силу в местах контакта заготовки и губок, проверить отсутствие повреждений поверхности заготовки или детали при захватывании, возможность удержания захватом, заготовки (детали) при манипулировании, особенно в моменты резких остановок.

Соотношение между силой Р привода, силами F на губках или моментом М на губках захватного устройства определяют из условий статического равновесия. Так, для захвата с рычажным механизмом, показанным на рис. 7, из условия £ F = 0 в точке С имеем

где Mj — момент сил на губке; в — плечо ры­чага; п — число губок (обычно п = 2).

Данный захват обладает эффектом самоблокировки, так как рычаг проходит через «мертвое» центральное положение.

Для захватного устройства с клиновым механизмом сила привода (рис. 8)

Рис. 10. Схемы захватных устройств ПР

Вакуумные захватные устройства в промышленных роботах представлены главным образом вакуумприсосами, удерживаю­щими предмет за счет разрежения воздуха, создаваемого его отсосом между поверхностью предмета и вакуумприсосом. Таким устройством снабжены роботы МП-4 и МП-9 (см. гл. VI).

Электромагнитные захватные устройства, основной частью которых являются электромагниты, используются в большинстве случаев для манипулирования с ферромагнитными предметами. Эти устройства часто выполняются сменными. Например, таким сменным захватным устройством комплектуются роботы «Сеньор» и АСЕА (см. гл. IV и VI).

Для обеспечения легкосъемности схват связан с последними звеном 6 манипулятора с помощью байонетного замка 7. Соеди­нение фиксируется двумя рычажками 8, проходящими через пазы втулки 9 схвата и входящими своими концами наподобие шпонок в канавки звена 6. Рычажки подпружинены пружинами 10 и чтобы расфиксировать замок, нужно нажать на их концы, на­ходящиеся по бокам схвата.

На рис. I.I5 представлен схват, губки / и 2 которого через систему рычагов 3 и 4 приводятся в движение с помощью пневмо-цилиндра 5, закрепленного на последнем звене манипулятора, и пружины 6.

На рис. 1.16 показан схват с пневмоцилиндром двойного действия. Приводное устройство губок 1 и 2 представляет собой сдвоенную реечную пару 3, связанную с параллелограммными механизмами 4, обеспечивающими плоскопараллельное переме­щение губок. Часто для взятия хрупких предметов применяются губки в виде надувных подушек (рис. 1.17)

Рис. 1.15. Схват с приводом от пневмо Рис. [.16. Схват с приводом от пне-цилиндра односторонннего действия вмоцилиндра двустороннего действия

Разновидностью схватов с надувными губками являются схваты с надувными пальцами. На рис. 1.18, а показан внешний вид пятипальцевого схвата, используемого также для взятия хрупких предметов. Пальцы (рис. 1.18, б) выполнены из резины цельными с постепенным переходом тонкостенных частей 1 в гофрированные части 2 и толстостенную часть 3. Воздух подводится через капал 4. При подаче сжатого воздуха в полость пальца происходит деформация всех его частей. Удлинение тонкостенной части пальца превышает удлинения гофрированной и утолщен­ной частей. Поэтому происходит деформация паль­цев по линии 5, что обеспечивает взятие предмета. На рис 1.19 изображен схват для взятия плоских деталей, выполненный в виде вакуум присоса. Разрежение между деталью и резиновой прокладкой /, приклеенной к чашке 2, создается отсосом воздуха через штуцер 4. Для ком­пенсации погрешности но-

Рис, 1.17. Схват с надувными Рис. 1.18. Схват с надувными пальцами подушками

акционирования при опускании манипулятора чашка может перемещаться в вертикальном направлении в корпусе 3. Возврат в исходное положение осуществляется пружиной 5.

На рис. 1.20 показан электромагнитный схват. Три электро­магнита / закреплены на крестообразном основании 2, которое крепится к конечному звену 3. В основании видны пазы, исполь­зуемые для установки электромагнитов на заданный размер детали.

Даже самый универсальный схват может брать ограниченное число предметов. Поэтому в технологических процессах совместно со схватами применяются приспособления, которые, будучи при­соединены к схвату, расши­ряют возможности манипуля­тора. На рис. 1.21 схемати­чески изображены губки схва-та / и 3 и приспособление 2

Рис. 1.21. Установка приспособле- Рис, 1.22. Схват, оснащенный присло­няя между губками саблением

между ними. Губки схвата имеют клиновидную форму. На приспособлении имеются гнезда, форма которых соответствует форме губок схвата. Таким образом, даже при незначи­тельном усилии зажатия приспособление прочно удерживается схватом. Губки имеют каналы 4 и 5, сквозь которые подается сжатый воздух или производится разрежение, т. е. создается вакуум. На рабочих поверхностях губок имеется слой резины, который служит уплотнением этих каналов при контакте с при­способлением. На рис. 1.22 показан схват, оснащенный таким приспособлением. На рисунке видны губки схвата 1 и 4, при­способление 2, элементы приспособления в виде надувных поду­шек 3 и 5.

На схватах промышленных роботов, если это необходимо по условиям технологического процесса, устанавливаются чувстви­тельные элементы, дающие информацию об объекте и внешней среде, в которой функционирует робот.

Схват с тактильными и фотоэлектрическими первичными пре­образователями представлен на рис. 1.23 [54]. Этот схват имеет корпус / и два пальца 2 и 3, стыковочное гнездо 27 с фасонными прорезями 6? байонетного соединения и отверстиями, в которых расположены подпружиненные контакты 29 электроразъема.

Коническая шестерня 13 и зубчатые сектора 14 вместе с ры­чагами 24 и тягами 32 образуют кинематическую цепь привода пальцев. На наружную поверхность стыковочного гнезда 27 надета подвижная насадка 26, которая имеет стопорные зубья 9 и удерживается в исходном положении пружинами 15. Кожух 30 корпуса / является общим воспринимающим элементом группы тактильных преобразователей и удерживается штифтами 25 и пружинами 31 соосно с насадкой 26, относительно которой может поворачиваться, замыкая электрические контакты, смонтиро­ванные по окружности в нижней части насадки 26. Каждый палец

УСТРОЙСТВА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ I РОБОТОВ

Устройство передвижения робота является исполнительной частью робота и конструктивно состоит из приводных устройств и ходовой части.

Устройства передвижения робота классифицируются по принципу действия ходовой части: колесные, гусеничные, на электро­магнитной подвеске, на воздушной подушке, стопоходящие, пол­зающие и т. д. В промышленных роботах большее применение нашли устройства передвижения рельсовые колесного типа. Приводом в них являются электрический и гидравли­ческий приводы.

Управление передвижением промышленных роботов выпол­няется по одному из следующих способов:

1) применение замкнутого по положению привода с кон­тролем положения робота на всем пути его перемещения;

2) использование разомкнутого привода со ступенчатым регулированием скорости;

3) применение комбинированного привода: между заданными для остановки позициями — разомкнутого, а вблизи этих позиций — замкнутого по положению;

4) использование разомкнутого привода с механизмом уточне­ния положения и фиксации.

Каждый из названных способов имеет свои достоинства и недостатки, а следовательно, и определенные области приме­нения.

Конструктивное выполнение устройства передвижения по первому способу имеет особенности, связанные с необходимостью получения информации о текущем положении робота на всем пути его передвижения и обеспечения необходимой точности в заданных точках траектории. Для этого необходимо обеспечить кинемати­ческую связь первичного преобразователя положения с неподвиж­ной базой, если преобразователь установлен на роботе, или с перемещающимся роботом, если преобразователь установлен на неподвижной базе. При этом требования к точности и жесткости несущих элементов конструкции робота и устройств передвижения (направляющих, колес, салазок и др.) определяются из условия обеспечения необходимой суммарной точности позиционирования робота.

Такой способ организации передвижения робота является наиболее универсальным, так как здесь обеспечивается не только позиционирование робота в любой точке его перемещения, но и создается возможность использования этого перемещения в ка­честве дополнения к имеющимся степеням подвижности манипуляторов. Это является важнейшим достоинством данного способа. Недостатком устройств передвижения является сложность конструкции и высокая стоимость. Этого недостатка, естественно за счет ухудшения другой характеристики — точности позиционирования робота, лишен второй способ организации передвижения роботов. Для реализации данного принципа, в основном, исполь­зуют электрический привод.

При использовании второго способа выход робота в заданные позиции осуществляется с помощью одной или нескольких команд на торможение, последовательно подаваемых от сигнальных устройств релейного действия, располагаемых на пути движе­ния робота.

Точность позиционирования при реальных скоростях пере­мещения робота невелика (по­грешность 5 мм и более), так как определяется выбегом при­водного устройства, зависящим от таких нестабильных факто­ров, как силы трения в привод­ных механизмах и тормозных ус­тройствах. Устройства пере­движения робота в этом слу­чае просты и поэтому широко применяются там, где не тре­буется высокая точность пози­ционирования.

Этот способ использован в транспортном роботе «Спрут-1» (рис. 1.27), устройство перемсщения которого представляет собой тележку 1, имеющую при­вод на асинхронном электродвигателе и электромагнитный тор­моз. Тележка перемещается по направляющей 2, выполненной в виде монорельса.

Позиционирование осуществляется с помощью двух бесконтакт­ных датчиков индукционного типа, причем один из них исполь­зуется для отключения двигателя до достижения точки позициони­рования, а другой — для включения тормоза в точке позициони­рования. Погрешность позиционирования составляет ^10 мм.

Третий способ организации передвижения робота является комбинацией первого и второго способов, благодаря чему удается в известной степени ослабить недостатки обоих исходных способов. Для осуществления этого способа первичные преобразователи положения подключаются (как кинематически, так и электри­чески) только в районе обслуживания технологического оборудо­вания. Следовательно, требуется высокая точность и жесткость направляющих элементов кинематики и других элементов только в этих районах трассы, а не на всем пути передвижения робота.

При этом обеспечивается возможность использования передви­жения робота в качестве дополнительной степени подвижности манипулятора.

Недостатком данного способа является конструктивная сложность осуществления кинематической и электрической связей| с первичным преобразователем положения.

Четвертый способ организации передвижения робота является по существу, модификацией второго способа, в части улучшения точностных характеристик устройства передви­жения при сохранении; простоты исходного способа. Здесь к устройству передвижения добавляется механизм уточнения и фиксации.

Устройство передвиже­ния, использующее разом­кнутый привод, обеспечи­вает передвижение робота от одной дискретной по­зиции к другой и пози­ционирования с присущей данному способу невысо­кой точностью, а устрой­ство уточнения и фикса­ции осуществляет точное позиционирование робота и надежную фиксацию его ции робота МП-1 предотвращения каких-либо смещений робота в процессе его работы.

Такой способ применен в промышленном роботе МП-1. На рис. 1,28 представлена кинематическая схема его ходовой части, которая представляет собой платформу 1 с четырехзвенными механизмами 2 аналогично с антипараллелограммными, снабжен­ными ведущими 10 и ведомыми 5 колесами, расположенными в направляющих 4. Платформа снабжена двумя парами ловите­лей 6 и 8, а направляющие 4 —- гнездами 7 и 9. На платформе уста­новлены привод устройства передвижения робота //, связанный цилиндрической передачей с ведущими колесами 10, и привод устройства уточнения и фиксации 3, осуществляющий с помощью цилиндрической передачи четырехзвенников 2 и колес 10 и 5 опускание и подъем платформы 1.

Во время перемещения робота платформа 1 находится в верх­нем положении. При подходе к заданной позиции устройство пере­движения осуществляет снижение скорости движения робота и его установку таким образом, что ловители 6 и 8, оказываются под

гнездами 7 и 9. После этого включается привод 3, который опу­скает платформу 1 и с помощью ловителей и гнезд ориентирует платформу (позиционирует робот) в горизонтальной плоскости. Дальнейший поворот кривошипов четырехзвенника отрывает колеса 10 и 5 от нижних полок и прижимает их к верхним полкам направляющих.4, обеспечивая за счет имеющихся в колесах упру­гих i элементов надежную фиксацию робота.

Для подготовки робота к перемещению на другую позицию привод 3 реверсируется, в результате чего осуществляется опу­скание колес, подъем платформы и полный вывод ловителей из

гнезд.

Основным достоинством данного способа является высокая точность позиционирования и надежность фиксации при значи­тельно более низкой стоимости но сравнению с аналогичными устройствами, построенными по первому способу передвижения

робота.

Недостатком этого способа является невозможность исполь­зования перемещения робота как дополнения к степеням подвиж­ности манипулятора. Снабжение роботов устройствами передви­жения существенно расширяет их технические возможности и обеспечивает:

1) увеличение рабочей зоны, что позволяет обслуживать одним роботом несколько единиц технологического оборудования или выполнять операции, требующие значительной рабочей зоны (окраска крупногабаритных двигателей и т. п.);

2) транспортирование изделий роботом, "что позволяет создать непрерывный технологический процесс, исключить отдельные виды вспомогательного технологического оборудования;

3) использование степеней подвижности устройства передви­жения робота как дополнения к имеющимся у манипулятора сте­пеням подвижности, что повышает универсальность манипулятора.

Поиск по сайту: