Реферат: Звития машиностроения является повышение эффективности производства (увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат)

Введение


Основным направлением развития машиностроения является повышение эффективности производства (увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат). Это обеспечивается совершенствованием существующих и внедрения новых видов оборудования, технологических процессов и средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством.

Совершенствование средств автоматизации должно развиваться в двух направлениях:

- создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности;

- создание новых технологических комплексов, где связаны вопросы повышения производительности, надежности, уровня автоматизации качества с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналаживаемости с целью перехода к выпуску другой продукции.

Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства его серийности, оснащенности технологическими средствами.

К таким средствам автоматизации можно отнести «Промышленные роботы» (ПР.).

Эффективность от применения ПР достигается только при комплексном подходе к созданию и внедрению ПР.

Единичное внедрение ПР – нецелесообразно.

Только расширенное применение ПР будет оправдано как технологически, так и экономически и социально.

Применение ПР по сравнению с традиционными средствами автоматизации обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство гибких автоматических систем.

Применение ПР позволяет переходить к многостаночному обслуживанию, а значит и экономии рабочей силы и к работе оборудования в две, три смены.

Применение ПР меняет и роль рабочего – он становится более квалифицированным специалистом – оператором, наладчиком.

Применение ПР позволяет решать не только экономические, технические, но и социальные вопросы, особенно в случае необходимости замены рабочего на участках с опасными вредными для здоровья условиями труда. ПР освобождают человека от выполнения бездумной механической работы.

ПР применяются в различных отраслях промышленности, как в мелкосерийном так и массовом производстве. В зависимости от этого меняются конструкции ПР их сложность средства управления и информации.

Так вот для того чтобы грамотно применять ПР, научиться их конструировать и внедрять в производство мы с вами и будем изучать данный курс.


Раздел 1. Общие понятия о промышленных роботах.

1.1. Основные понятия и терминология.

Робот (Р) – это автоматическая машина, включающая системы управления и информации, обеспечивающая выполнение тех или иных действий свойственных трудовой деятельности человека.

Они образуют значительный класс машин, предназначенных для выполнения самых разнообразных операций.

Технические системы, состоящие из комплекса роботов и соответствующего оборудования называются, робототехническими системами (РТС).

^ Они разделяются на: мобильные , манипуляционные РТС и информационные.

- Мобильные – это РТС, состоящие из передвижных роботов и обеспечивающие автоматические перемещения (полезной нагрузки) рабочих объектов в пространстве.

Это в основном подъемно-транспортные работы в виде тележек, штабелеров и перемещающих роботов с запрограммированными маршрутами перемещений. Они применяются для обслуживания складов, межцеховых и внутриучастковых перевозок объектов;

- Манипуляционные – это РТС и предназначенные для имитации двигательных функций руки человека;

- Информационные РТС – это комплексы измерительно-информационных систем и управляющих средств, автоматически производящих сбор, передачу и обработку информации; (Это системы автоматического контроля и управления производством). В данном курсе мы их почти не рассматриваем.

Роботы первых двух групп, применяемые в промышленности, называются промышленными роботами (ПР) и относятся к общему классу машин.

^ Промышленный робот (ПР) – это универсальное, автономное и автоматическое устройство с памятью и программным управлением, предназначенное для воспроизведения двигательных и некоторых умственных функций человека при выполнении основных и вспомогательных производственных операциях.

Основной частью ПР являются манипуляторы.

^ Манипулятор (М) – это устройство, для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека, с целью проведения различных манипуляций с объектом.

К манипуляторам относятся: механическая рука, автооператоры, роботы и др.

По методам управления различаются 2 группы манипуляторов:

биотехнические, которые включают в себя копирующие, командные, полуавтоматические.

автоматические – это с автооператорным, интерактивным и с перепрограммируемым управлением.

Манипуляторы в основном состоят из следующих элементов:

задающего, т.е. создающего управляющие сигналы;

исполнительного, т.е. выполняющего действия по сигналам;

связующего, т.е. передающего сигналы;

работающего, т.е. реализующего заданными сигналами действия на практике.

В манипуляторах с копирующим управлением рабочий орган повторяет движения кисти руки оператора, с командным – управляется при помощи кнопок, рукояток и др. С полуавтоматическим – управляется при помощи рукоятки с малой ЭВМ, вычислителем и др.

Эти манипуляторы не имеют памяти и работают только с оператором. В манипуляторах с автоматическим управлением участие оператора не требуется.

К ним относятся: автооператоры, роботы и интерактивные манипуляторы (ИМ).

^ Автооператор (А) – это непрограммируемое автоматическое устройство с манипулятором и непрограммируемым управлением.

Интерактивный робот (ИР) – это робот попеременно управляемый автоматически и оператором.

Он имеет память, и автоматическое управление для выполнения части действий манипулятора. К этим роботам относятся и диалоговые роботы.


1.2 Классификация роботов

По уровню сложности работы и его устройства разделяются на 3 поколения:

1 поколение – это роботы, имеющие только память обучающую и адаптивные системы;

2 поколение – это роботы с частично самоорганизующейся системой управления, обучения и адаптации от ЭВМ;

3 поколение – это роботы с самоорганизующейся системой управления и органами чувств.

В машиностроении в основном применяются роботы 1-го поколения и частично 2-го. Роботы 2-го и 3-го поколения применяются для научных исследований и работе в условиях недоступных и вредных для человека.

Классификация роботов производится по следующим признакам и в соответствии с ГОСТ 25685-ПР-83 и необходима для разработки типажа.

По характеру выполнения технологических операций роботы делятся на 3 группы:

технологические (производственные) роботы (ТПР) выполняют основные технологические операции. Они непосредственно участвуют в техпроцессе в качестве оборудования (гибка, сварка, окраска, сборка и т.д.);

вспомогательные (подъемно-транспортные) (ВПР) выполняют функции переноса объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Их применяют для обслуживания основного технологического оборудования;

универсальные роботы (УПР) – выполняющие разнообразные технологические операции – основные и вспомогательные.

По степени специализации подразделяются:

специальные – только для выполнения одной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;

специализированные ПР – предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сварки, окраски, сборки, гибки, штабелирования и т.д.);

многоцелевые – для выполнения различных основных и вспомогательных операций и они относятся к числу универсальных.

По типам производства – серийное и массовое.

Область применения по виду производства:

в заготовительных цехах: литейных, кузнечнопрессовых и т.д.

в основных цехах: механических, сборочных, термических, гальванических и др.;

во вспомогательных цехах: инструментальных, ремонтных и др

5. По технологическим операциям:

выполнение основных операций – сборка, сварка, окраска, штабелирование и др.;

выполнение вспомогательных операций при всех видах обработки;

проведение операций контроля – информационные РТС;

выполнение всех видов работ на складах;

внутрицеховой и межцеховой транспорт.

6. Системы основных координатных перемещений:

Прямоугольная-

плоская

пространственная

Полярная-

плоская

цилиндрическая

сферическая

Ангулярная-

плоская

цилиндрическая

сферическая

7. Число степеней подвижности:

с одно, двумя и n- степенями подвижности.

8. Грузоподъемность:

сверхлегкие – до 1 кг.;

легкие – до 10 кг.;

средние – до 200 кг.;

тяжелые – до 1000 кг.;

сверх тяжелые – свыше – 1000 кг.

9. Мобильность – стационарные или подвижные.

10. Конструктивное исполнение – встроенные, напольные, подвесные.

11. Тип силового привода – гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный привод.

12. Схема расположения приводов – в едином блоке, на вспомогательных органах или комбинированная.


13. Характер обработки программы – жесткопрограммируемые, адапривные и гибкопрограммируемые.

14. Характер программирования скоростей и дискретности перемещений – позиционные, многоточечные или малоточечные, контурные и комбинированные СПУ.

1.3. Функциональная структура робота.

Промышленные роботы в основном состоят из трех систем: механической, системы управления и системы информации. Структурная схема ПР изображена на Рис.1 (Козырев стр.8).

Система программного управления (СПУ) – это системы обеспечивающие программирование или обучение, сохранение программ в памяти и ее воспроизведение, т.е. считывание информации и передачу управляющих сигналов исполнительным органам ПР.

СПУ ПР состоят из следующих устройств:

задающие ЗУ, включающие в себя программоноситель П, устройство ввода УВ и считывания УСЧ;

усиления преобразования и памяти УУП;

преобразующие передающие ПУП, включающие в себя блоки вычислительной техники ВУ, памяти БП и коррекции БК;

блоков технических команд БТК, следящего привода СлП, управления БУП и цифровой индикации.

Система управления обычно классифицируется по способу программирования, представления информации о последовательности и параметрах движения, различая: электромеханические (путевые с упорами, временные и копировальные) цикловые и числовые.


Информационная система ПР (ИС ПР) входит в состав СПУ и включает в себя:

устройство обратной связи (УОС);

устройство сравнения сигналов (УСр);

комплекс датчиков обратной связи (ДОС) различного функционального назначения.

ИС ПР по функциональному значению условно можно разделить на три подсистемы:

восприятие внешней среды;

информация о состоянии узлов, систем и механизмов ПР;

обеспечение техники безопасности. Функционирует в результате взаимодействия двух первых подсистем СУ.

Структурная схема промышленного робота






Рис.1 – Основные элементы конструкции и виды движений рабочих органов:

1- путепровод; 2- основание; 3 – корпус; 4 – рука; 5 – захватное устройство; 6 – рабочая зона и система координат основных движений ПР: хх – направление движения руки вдоль продольной оси; уу- направление движения корпуса робота по путепроводу: zz – направление движения руки вверх-вниз; ху – угол поворота корпуса робота вокруг вертикальной оси zz; zx – угол поворота руки в вертикальной плоскости; уz – угол поворота захватного устройства относительно оси хх;  – направление движения захвата (зажима) детали;  и уz– направление ориентирующих движений; хх, zz, ху и zx – направления транспортирующих движений; уу – координатное движение.

Механическая система – это манипулятор, обеспечивающий фактическую обработку заданной программы по всем степеням свободы.

Она состоит из следующих звеньев: корпуса 3, руки 4, звена руки 10, кисти 5, штока подъема руки 7, верхней коробки 9, и основания поворота руки 8. Рис. 1.

^ Относительные движения звеньев механической системы ПР, посредством которых реализуются перемещения по степеням свободы, разделяются на 3 группы: ориентирующие (локальные), транспортирующие (ретональные) и координатные (глобальные).

Ориентирующими называются движения захватывающего звена соизмеримые с его размерами.

Транспортирующими – движения захватывающего звена в различные зоны рабочего пространства, определяющиеся размерами руки и соизмеримые с размерами обслуживаемого оборудования.

Координатные движения – это перемещение робота и его захвата на расстояния, превышающие размеры обслуживаемого оборудования.

По структурной схеме эти движения следующие:

ориентирующие –  и xy;

транспортные – xx, zz, xz и xy;

координатные – уу

Структурные функциональные схемы роботов усложняются по мере повышения универсализации робота.

ПР имеют следующий механизм перемещения:

роботы в целом; монтируются обычно в основании 7 или на нем;

подъема и поворота руки – в корпусе 1;

продольного и вращательного руки – в верхней коробке 6;

поворотного и вращательного движения звена руки – в верхней коробке 6 или на тяге руки 4;

поворотного, вращательного и захватного кисти руки или захвата в теле или на теле звена 3 руки 4.

В ПР применяются 2 схемы расположения механизмов приводов: в едином блоке и на исполнительных органах. В первом случае все механизмы или часть из них компануется в корпусе 1 от единого двигателя. Для второго случая расположения механизмов описано выше.

В механической системе ПР рабочим органом является захватное устройство, исполнительными органами – все остальные элементы и механизмы роботов.

^ Исполнительный механизм ПР – совокупность подвижно соединенных звеньев МС, предназначенных для воздействия на объект манипулирования.

Исполнительный механизм, осуществляющий транспортирование и ориентирование объекта – называют рукой ПР.

^ Захватное устройство - узел механической системы ПР, обеспечивающий захватывание и удержание в определенном положении объекта манипулирования. Эти устройства – сменные в зависимости от объекта.

^ Соединение звеньев МС в кинематическую цепь осуществляется с помощью кинематических пар (см.табл.3 стр.13). В большинстве своем это пары V класса – вращательные или поступательные, обеспечивающие одну степень свободы. Совокупность некоторого числа подвижных звеньев обеспечивает механизму определенное число степеней подвижности.

Раздел 2. Техническая характеристика ПР.

2.1. Общая характеристика ПР и их физическая сущность.

К общей характеристике ПР относятся следующие показатели:

характеристика РТЯ;

характеристика рабочей зоны ПР;

технологическая характеристика РТЯ;

характеристика объекта;

Характеристику ЗУ.

РТЯ – это комплекс одного робота и обслуживаемого им технологического оборудования.

К показателям, характеризующим РТЯ относятся:

вид, марка и количество технологического оборудования обслуживаемого ПР;

состав и виды вспомогательного оборудования;

планировка и компановка РТЯ (расстановка оборудования).

Эти показатели характеризуют условия работы ПР и являются исходными при проектировании РТЯ, выборе ПР и определения его паспортных характеристик.

Рабочая зона ПР – это пространство, в котором может манипулировать с объектом ЗУ ПР.

Она характеризуется следующими показателями:

-величинами максимальных и минимальных перемещений ЗУ вдоль и вокруг осей координат;

формой и размерами объекта зоны работ ЗУ ПР.

Объем рабочей зоны, а следовательно и ее размеры выбираются в зависимости от компановки и точности манипуляций ПР и точности обрабатываемых деталей.

Объем рабочей зоны подразделяется на три класса:

первый – V = 0,01 м3 – для особо точных ПР;

второй – V = 10 м3 - для стационарных ПР;

третий – V св = 10 м3 – для передвижных ПР.

Расчет рабочей зоны проводится по планировке и компановке РТЯ, схем движений руки и ПР в целом.

Технологическая характеристика РТЯ – характеризуется показателями режимов обработки и нормирования обслуживаемого ПР оборудования.

Эти показатели следующие:

режимы обработки (подача, скорость, глубина);

машинное, вспомогательное время обработки деталей;

производительность работы оборудования РТЯ;

показатели перемещения ПР и цикл работы ПР – по ним рассчитывается циклограмма РТЯ.

Объектом производства называется деталь, изделие и др., с которыми должны манипулировать робот на производстве.

Требуемые показатели следующие:

материал и его физико-химические свойства;

форма, размеры и масса объекта;

базовые поверхности и специфич. особенности.

Эти данные определяют возможности ЗУ ПР.

Захватное устройство.

Показателями его характеристики являются:

тип базирования;

вид и компановочная схема ЗУ.

Существует стандартная таблица ЗУ по показателям из которой выбирается вид и компановка ЗУ.

2.2. Паспортная характеристика ПР и их физическая сущность.

Для паспортной характеристики роботов используются следующие основные показатели:

1.Грузоподъемность ПР (кг). Это наибольший вес объекта, с которым робот может манипулировать в любом возможном положении его рук.

По грузоподъемности работы разделяются на 5 серий согласно классификации ( см. выше).

Ряды грузоподъемности внутри серий установлены ГОСТом во взаимосвязи с деталями, обрабатываемыми на основном технологическом оборудовании, обслуживаемом роботом.

^ 2. Число степеней подвижности – это сумма возможных движений захватного устройства ПР, без учета движений захвата.

Расчет по формуле Соснова-Малышева:

W = 6n – 5p5 – 4p4 – 3p3 – 2p2 – p1

для объемных перемещений, общий случай,

где: n – число подвижных звеньев кинематических цепей робота;

p1 p5 – число кинематических пар 1-го – IV класса.

^ 3. Линейные и угловые перемещения ПР – это величины максимальных перемещений прямолинейных и угловых, возможных для элементов данного робота.

Необходимые их величины рассчитываются по размерным показателям планировки и компановки РТЯ. По полученным величинам выбирается марка ПР.

^ 4.Скорости линейных и угловых перемещений – это возможные скорости движения как самого ПР так и его отдельных звеньев вдоль и под углом к осям.

Они характеризуют производительность робота. Определяются по вспомогательному и машинному времени работы оборудования и выбираются из числа максимально возможных скоростей для данного типа ПР.

^ 5.Погрешность позиционирования манипулятора робота – эта величина центра распределения отклонений центра захватывающего устройства от заданного положения при многократных повторениях рабочего цикла.

Установлено 3 градации точности позиционирования:

0,1 мм – для обслуживания операций высокой точности обработки;

0,1 – 1 мм – для обслуживания операций точной обработки деталей;

1мм – 5 мм – для обслуживания операций нормальной точности деталей;

Оценивается в линейных и угловых единицах.

Она является суммарной погрешностью позиционирования всех рабочих органов робота.

^ 6.Тип системы управления – указывается в паспортах и на изделие по принципу действия, т.е. цикловые – ЦПУ, числовые – ЧПУ или управление от ЭВМ.

Для числовых систем (ЧПУ) указываются: позиционные – П; контурные –К; комбинированные –ПК.

В некоторых случаях указываются серийные системы.

^ 7.Тип привода перемещения ПР – зависит от вида энергии, используемой для работы его механизмов.

Привод перемещения роботов – эта механизмы перемещения, обеспечивающие движение ПР и его элементов.

Обычно указываются типы привода: пневмо-гидро, электро или комбинированный.

Иногда дополнительно указывается тип привода по функциональному назначению, т.е. переключаемый, регулируемый или следящий.

Выбор типа привода осуществляется по этим двум принципам.

8.Габаритные размеры ПР – это размеры самого ПР.

9.Масса ПР – это масса ПР и отдельно СУ.

10.Дополнительно ПР характеризуется – видом системы координат, конструктивным исполнением и типоразмерными рядами по видам производства, где они используются.

По видам системы координат работы ПР, разработана стандартная таблица с кодовым обозначением из 2-х цифр (32, 81 и др.).

По конструктивным исполнениям ПР также разработана стандартная таблица с кодовым обозначением из 2-х цифр (01,…….10 и др.).

Типоразмерные ряды ПР по видам производства имеет следующее кодирование

А – для литейного производства;

Б (Б1– Б8) – кузнечно-прессового производства;

В (В1 – В12) – механообрабатывающее производство;

Г - гальванического производства;

Д - сборочного производства.

В пределах каждой группы ПР располагаются по возрастанию грузоподъемности.

^ ПР имеет следующие системы обозначения:
ПР М 40 П 81 01 Х
7-е место исполнение робота:

А- агрегатно-модульное и др.

6-е место – конструктивное исполнение роботов

5-е место – вид системы координат

4-е место- тип системы управления

ц - цикловая, п – числовая позиционная,

к – контурная, у – универсальная.

3-е место – грузоподъемность с числовым значение

по принятому ряду

2-е место – манипулятор

1-е место – вид робота: ПР – промышленный, Р – робот,

У – универсальный, М – манипулятор


Раздел 3. Конструкции промышленных роботов.

3.1. Общие сведения о конструкции роботов.

Под конструкцией роботов понимается конструктивное исполнение их механической системы.

В общем виде их механическая система состоит из следующих элементов:

опоры, в виде основания или передвижных тележек напольного или подвесного типа;

корпуса робота различной формы с вмонтированными в него механизмами подъема и поворота руки и перемещения робота;

корпус руки робота с вмонтированными в него механизмами перемещения руки, звена, а в некоторых случаях, и захвата руки;

руки робота с одним или несколькими звеньями;

захватного устройства.

Кинематическое, компановочное и конструктивное использование этих элементов и составляют конструкции роботов.

Конструкция роботов определяет его основные характеристики: число степеней подвижности, маневренность, сервис, систему координатных перемещений и вид системы координат, в которой они работают.

1) Под числом степеней подвижности - W понимается число степеней свободы кинематической цепи относительно звена, принятого за подвижное.

Число степеней подвижности определяется по уравнениям Соснова -Малышева для открытых кинематических цепей ПР и М:

для объемных механизмов

W0=P1+2P2+3P3+4P4+5P1

для тонких механизмов

Wm=P1+2P4

где P1 ,P2 , Р3, Р4 , Р5 – числа кинематических пар соответственно 1-5 класса.

2) Маневренность –M - это число степеней подвижности механической системы для фиксирования положения захватного устройства.

Она определяет способность манипулятора к выполнению сложных движений и обхода рукой препятствий в рабочей зоне.

3) Коэффициент сервиса характеризует возможности подхода конечного звена М с различных направлений к заданной точке.

Он выражается уравнением:

=; - для одной точки.

В разных точках рабочей зоны он имеет разные значения.

Полным коэффициентом сервиса называется его среднее значение для рабочей зоны объемом V:

=IdV.

Он дает качественную оценку кинематических свойств ПР по его величине, рассчитанной на ЭВМ, подбирается рациональный вариант структурной схемы руки робота.Так например

4) Система координатных перемещений ПР определяет и характеризует кинематику основных движений и форму рабочей зоны (рис.2). Козырев стр.24-25









5) Системы координат бывают у ПР 2-х видов: прямоугольные и криволинейные(полярная, ангулярная).

Кроме того, они разделяются на плоские и пространственные.

В криволинейной системе координат наиболее применимы для ПР следующие виды:

плоские полярные, т.е. перемещения в одной плоскости в направлении вектора– r с углом :

цилиндрические, т.е. перемещения по оси z и углом ;

сферические или полярные, т.е. перемещения за счет линейного движения руки на величину r и угловых перемещений -  и  в 2-х взаимоперпендикулярных плоскостях;

ангулярные или угловые перемещения, плоские или пространственные – цилиндрические или сферические для движения шарнирных многозвенных рук.

В результате анализа конструктивных параметров около 500 роботов различных конструкций и стран-разработчиков установлены следующие особенности:

- по системам координат ПР распределяются – 52% - цилиндрическая, 15% - сферическая, 13% - ангулярная и др.;

- по степеням подвижности – 33% - 4 степени, 30% - 5 степеней, 17% - 3 степени и др.;

по видам приводов – 40% - пневматический, 38% - гидравлический и 22% - электрический;

- по грузоподъемности – 24% - до 20 кг., 20% - до 40 кг., 17% - до 10 кг., 11% - до 5 кг. И др.;

- по объему рабочей зоны – 45% - от 1 до м3 , 30% - до 1 м3 , 12% - свыше 10 м3

- по погрешности позиционирования – 30% -  0,1-0,5 мм, 24% - 0,5 -1 мм, 15% -  1-2 мм и др.


По компоновочным и конструкторско-технологическим признакам механической системы роботы распределяются следующим образом (рис.3):

с выдвижной рукой, консольным механизмом подъема, работающие в цилиндрической и прямоугольной системе координат (гр.1) – 41%:

тоже, но с рукой на подъемной каретке –20%, (гр.2);

с качающейся выдвижной рукой, работающие в полярной системе координат – 11%, (гр.3);

с многозвенной рукой, работающие в ангулярной системе гр.4, и многорельсовые подвесные – гр.4 – по 13%.

Таковы наиболее применяемые виды роботов по их техническим показателям.


Некоторые примеры соответствия моделей ПР их компоновочно-кинематическими схемами см. табл.1.


Таблица 1.

№ по таблице

рис.3
Система координат Модель ПР
2.2

цилиндрическая

«Бриг-10»

«Циклон-3.01»

УМ-1

3.

Плоская

СМ-80Ц.40

УМ-160 Ф2.80.01

4.1.

цилиндрическая

СМ 40Ц 4301

4.2.

сферическая

Универсал 15

5.1.

цилиндрическая

МП-9К

6.2.

сферическая

Универсал

8.2.

Сложная

Сферическая

полярная


ПРК-2

9.

Плоская

Сложная

полярная


СМН6 Ф2.80.1

10.2.







1.

Прямоугольная

плоская

РО/1В







Рис.3. Примеры наиболее распространенных компановочно-кинематических схем роботов.





3.2. компановочные и кинематические схемы роботов

Компоновочные схемы ПР – это схемы расположений и движений элементов робота (Козырев стр.22-23, Соломенцев стр.7). Примеры наиболее распространенных компоновочно-кинематических схем роботов см.Рис.3.
Они предопределяют кинематические и функциональные возможности ПР. На основе анализа существующих компоновочных схем ПР ЭНИМС предложены и стандартизованы классификация и типы компоновочных схем различных роботов, сведенные в таблицу по видам координат с определенным кодированием типа компоновки (см. Рис.4) (МУ 63 стр.17-18):

прямоугольная – плоская 01-07, пространственная 20-24:

полярная – плоская 30-31, цилиндрическая 40-49 и сферическая 60-64;

сложная полярная – цилиндрическая 80-81 и сферическая 90-94.

Эта классификация проведена по следующим признакам:

системе координат;

форме линейных и угловых перемещений;

мобильность – стационарные и передвижные схемы;

типу и конструкции опорных систем;

числу рук;

величины перемещений – линейных H и L, углу поворота робота - , звеньев руки 1 и 2 , поворота кисти руки - и качания кисти – В1 и В2.


Компоновочные схемы разделяются по системам координат на группы, которые в свою очередь по указанным выше признакам подразделяются на подгруппы, имеющие свой код.

Выбор компоновочной схемы для конкретного робота проводится в зависимости от следующих факторов:

компоновки роботизированной ячейки;

особенностей обслуживаемого оборудования;

особенностей транспортирования объекта манимулирования;

числа и характера обслуживаемых позиций в РТЯ;

величины, виды и формы движения элементов робота в РТЯ и осуществляется по таблице ГОСТов.


Выбор компоновочной схемы, исходя из этих факторов, осуществляется по таблице компоновок ГОСТа.


Число степеней свободы и каждое движение робота обеспечивается соответствующей кинематической схемой его механизмов.

Кинематические схемы роботов имеют определенные структуры кинематики рук и кисти, которые зависят от вида и последовательности расположения вращательных – В и поступательных – П кинематических пар.

Разработана классификация кинематических структурных схем руки и манипуляторов, состоящая из пар:

1 – ВВВ, трех вращательных, обеспечиваемых 4-мя структурами;






2 – ВПВ, 2-х вращательных и одной поступательной – 3 структурные схемы;

3 – ПВВ, одной поступательной и 2-х вращательных– 3 структурные схемы;

4 – ВВП, 2-х вращательных и одной поступательной – 3 структурные схемы;

5 – ПВП, - 2 структурные схемы;

6 – ВПП – I с.с.;

7 – ППВ - I с.с.;

8 – ППП, трех поступательных – I структурная схема.


Эта классификация представлена в виде таблицы ГОСТ, в которой для каждого сочетания пар представлены несколько реализуемых структурных схем руки и кисти.

Форма рабочей зоны и возможности манипулирования объектом также определяются кинематической структурной схемой кисти манипулятора (Рис.5), по классификации их пять:

- жесткая;

- В, с одним вращательным

движением;

- ВВ, с двумя вращательными

движениями – 2 схемы;

- ВВВ, с тремя вращательными

движениями.


При работе с ориентированными деталями выбирается первая схема, при частичной ориентации объектов – 2-4 схемы, при произвольной ориентации из пары – 3-я схема.

Кинематические структурные схемы манипуляторов и кисти руки выбираются из таблицы ГОСТа, исходя из необходимых размеров, направлений и формы передвижений манипулятора или его руки, а также вида ориентации объекта на транспортных устройствах и обслуживаемом оборудовании РТЯ.

Кроме этих движений манипулирования объектом, ПР должен иметь перемещения по вертикали, т.е. подъем и спускание, а также самого робота вдоль линии обслуживаемого оборудования.


^ 3.3. конструктивные особенности роботов


По конструктивным признакам роботы делятся на следующие виды:

Напольные, стационарные и неподвижные ПР:




с выдвижной рукой и консольным механизмом подъема;

с выдвижной рукой на подвесной каретке;

с выдвижной рукой и наклоняющим ее корпусом;

с многозвенной рукой;

многорукие;

со складывающейся рукой на подъемной каретке;

с антропоморфной рукой.


П. Подвесные тельферные ПР:


с выдвижной рукой;

с многозвенной рукой;

со складывающейся рукой;

многорукие.


Роботы, работающие в различных системах координат, также различаются конструктивно.

Характерные представители конструктивных групп ПР см. Козырев стр.108-150 (Особенности, устройство, характеристики).

^ Рассмотрим некоторые из них



1.1) Работы с выдвижной рукой и консольным механизмом подъема, может одно-

и двух рукими, т.е. изготавливаются в 2-х исполнениях (рис.6а и 6б).

Они работают в цилиндрической системе координат, имеют пневматический привод и применяются на операциях загрузки–разгрузки, обычно стационарного типа, грузоподъемностью от 0,2 до 4,0 кг., изготавливаются с применяются во всех странах.

1.2) С выдвижной рукой на подъемной каретке. Компоновка руки на подъемной каретке, перемещающейся по направляющим, значительно увеличивает высоту подъема (до 2000мм). Эти роботы работают в плоской, декартовой и цилиндрической системе координат, могут быть стационарными и передвижными, грузоподъемностью от 1 до 1000 кг, число степеней подвижности 5-7. В них применяются различные типы приводов, выпускаются всеми странами, применяются на простых операциях с повышенным весом объектов. Разновидностью этих ПР являются роботы со складывающейся рукой (рис.6г), работающие в сферической и угловой системе координат.


1.3 Напольные ПР с выдвижной рукой и наклоняющим ее корпусом,

работают в полярной системе координат, с 5-6 степенями свободы, считаются универсальными. Они выпускаются всеми странами в стационарном и подвижном исполнении, для объектов с массой от 15 до 90 кг. При сложных манипуляциях.

1.4 Напольные ПР с многозвенной рукой.

Основным преимуществами многозвенной руки являются ее компактность и возможность обслуживания больших рабочих зон при малых габаритных размерах механизмов ПР, но эти преимущества достигаются путем усложнения механической системы и системы управления. Как правило эти ПР работают в ангулярной системе координат основных движений.

2. Подвесные ПР тельферного типа.

Преимуществом ПР тельферного типа (с перемещением руки по монорельсу) состоит в экономии производственных площадей, возможности транспортирования объектов поверху. Применение опорных систем большой длины позволяет компоновать участки с групповым обслуживанием нескольких станков одним роботом при линейном расположении оборудования.

ПР тельферного типа условно делятся на :

2.1 Упрощенные работающие в плоской прямоугольной системе и используются для транспортных работ, а также ПР для обслуживания однотипного оборудования в составе автоматических линий.

2.2 ПР с многозвенной рукой работающие в ангулярной (угловой) системе координат и обладающим вследствие этого большими манипуляционными возможностями, они оснащаются числовыми СПУ с элементами адаптации к окружающей среде.

2.3 ПР мостового типа позволяет создавать более жесткие и динамически устойчивые по сравнению с другими схемами конструкции, но они более громоздки.


^ 3.4.Технологические роботы


ПР предназначены для выполнения основных технологических операций. Они непосредственно участвуют в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин.

Выполнение таких операций как гибка, сварка, окраска, сборка и т.п.

Сварочные работы являются наиболее характерным примером технологического робота. Рассмотрим их особенности и условия работы.

Применение технологических роботов позволяет увеличить производительность труда, существенно улучшить качество и надежность сварочных соединений за счет постоянного контроля за состоянием сварочного шва и соблюдения режимов и параметров сварки. Применение ПР позволяет повысить коэффициент использования сварочного ГПМ до 0,95. Возможность быстрой переналадки ПР наиболее эффективно в условиях мелко серийного производства. Не надо забывать и о человеке, который высвобождается полностью или частично от вредного производства.

Условия работы ПР тяжелые, что сказывается и на его конструкции.

Это дополнительные требования к пожаробезопасности, взрывобезопасности.

Вместо ЗУ устанавливаются технологическое сварочное оборудование и т.п., а в о