Автоматизированная система загрузки-выгрузки для станка модели 16К20Ф3

 

[Ист.8]

1.3. Выбор промышленного  робота

     1.3.1. Классификация существующих  промышленных роботов

      Промышленным  роботом называют автоматические быстропереналаживаемые универсальные манипуляторы с программным управлением, способные с помощью механических рук производить захват, ориентацию и транспортирование обрабатываемых деталей или выполнять разнообразные операции, относящиеся к деятельности человека. Промышленные роботы применяют как для выполнения основных технологических операций (окраски, резки, точечной сварки и т. д.), так и для выполнения вспомогательных операций (обслуживания оборудования, выполнения погрузочно-разгрузочных работ при обслуживании металлорежущего, сборочного, кузнечно-прессового, литейного и другого оборудования, и т. д.).

      Роботы  позволяют освободить человека от выполнения тяжелого, быстро-утомляющего ручного труда, а также в тех случаях, когда работа связана с использованием вредных веществ.

      Промышленные  роботы позволяют интенсифицировать  использование технологического оборудования, повысить сменность его работы, уменьшить  дефицит вспомогательного персонала  и рабочих основного производства. Робот не утомляется, он практически  нечувствителен к условиям труда. Моральное  старение промышленных роботов происходит очень медленно, так как при  смене объектов производства достаточно заменить простую и недорогую  сменную оснастку и программу. Поэтому  роботы могут быть многократно использованы.

      Роботы  можно разделить на три типа (поколения).

      

      Роботы  I типа (роботы с обучением) - обладающие способностью запоминать программу по выполнению разнообразных операций, относящихся к сфере деятельности человека; обладающие автономными свойствами и имеющие очень ограниченные возможности по восприятию рабочей среды. Движения осуществляются по жесткой программе.

      Роботы  II типа (адаптивные роботы) - имеют датчики обратной связи, воспринимающие информацию от окружающей среды. Такие роботы имеют основную программу и подпрограммы, которые выбираются в зависимости от информации, полученной от внешней среды. Следовательно, такие роботы, имеющие ЭВМ или обслуживаемые ЭВМ, обладают «зрением» и «осязанием» и способны «ориентироваться» в окружающей обстановке.

      Роботы  III типа («интеллектуальные» роботы) - наделены искусственным интеллектом. Для их работы достаточно задать конечную цель работы, т. е. алгоритм поиска. Такие роботы могут воспринимать и логически оценивать окружающую обстановку и определять движения, необходимые для достижения заданной цели работы. Для управления интеллектуальными роботами требуются средства вычислительной техники.

      Роботы  I типа с цикловыми, контурными и позиционными системами программного управления успешно применяют для автоматизации загрузки-выгрузки обрабатываемых деталей, а также для выполнения транспортных и вспомогательных операций на металлорежущих станках. Применение этих роботов особенно эффективно на автоматизированных участках и в автоматических линиях из станков с ЧПУ при групповой обработке. Роботы I типа относительно просты, недороги и надежны.

      По  степени универсальности промышленные роботы делят на три группы:

      1) универсальные, предназначенные  для выполнения комплекса как  основных, так и вспомогательных  операций независимо от типа  производства с автоматической  сменой захватного устройства  и обладающие наибольшим числом  степеней свободы;

      

      2) специализированные, предназначенные  для работы с деталями определенного  класса, ограничиваемые видом производства (кузнечное, литейное, механо-сборочное  и т. д.) с автоматической сменой  захватного устройства и обладающие  ограниченным числом степеней свободы;

      3) специальные, предназначенные для  выполнения работы только с  определенными деталями по строго зафиксированной программе и обладающие одной-тремя степенями свободы.

      По  грузоподъемности их делят на роботы малой (до 50 Н), средней (50- 400 Н), большой (более 400 Н) грузоподъемности. Роботы могут  иметь гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный  силовые приводы рабочих органов. По степени конструктивной связи  со станком роботы могут быть стационарными, передвижными, подвесными. Они могут  работать в декартовой, цилиндрической, сферической и смешанной системах координат. [Ист.1]

     1.3.2. Обоснование выбора  промышленного робота

     Промышленные  роботы чаще всего применяются для  автоматизации загрузки-выгрузки изделий  на технологическое оборудование, хотя они могут выполнять также  смену инструмента и контроль изделия на оборудовании. Применение промышленных роботов выравнивает  и стабилизирует работу технологического оборудования, увеличивает загрузку оборудования, обеспечивает гибкость при смене изделия, улучшает условия  труда в автоматизированном производстве. При этом промышленные роботы должны иметь:

• Достаточный технический уровень для обслуживания сложного технологического оборудования;
• Соответствующие технические характеристики (грузоподъемность, скорость срабатывания, точность позиционирования, тип программного устройства);
• Высокую надежность, малое время переналадки;
• Возможность повышения технико-экономических показателей оборудования;

При выборе промышленного робота необходимо учитывать:

• Соответствие массы манипулируемого объекта и грузоподъемности промышленного робота;
• Соответствие рабочей зоны, в которой должно проводится манипулирование, рабочей зоне робота; (схема рабочей зоны ПР «Универсал – 5.02» представлена на рисунке 3).
• Соответствие траектории, скорости и точности движений кинематическим и точностным возможностям промышленного робота;
• Возможность захватывания детали захватным устройством.

     Исходя  из выше сказанного выбираем ПР модели «Универсал-5.02», который обеспечивает необходимую грузоподъемность, рабочая  зона достаточна для загрузки и разгрузки  станка. Промышленный робот «Универсал-5.02»  относится к группе напольных  ПР и работает в полярной цилиндрической системе координат.

     Многоцелевые  ПР типа «Универсал-5» применяются  для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного и межстаночного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

     

    Общий вид и техническая характеристика ПР «Универсал-5.02» приведены в графической части курсового проекта.

    Исполнительным  механизмом ПР является манипулятор, который  обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма схвата. Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки в сферической системе координат, которые реализуются механизмами: поворота 2 относительно оси П-П, выдвижения 3, руки 1 вдоль оси III-III, поворота 4 руки относительно вертикальной оси I-I, подъёма 5 руки вдоль оси I-I. Две ориентирующие степени подвижности рабочего органа-схвата 7 создают механизмы 6 вращения кисти руки относительно её  продольной оси III-III и поперечной оси IV-IV. Подвижные механизмы манипулятора защищены от попадания пыли, грязи и масла ограждением 8.

    Внешний вид ПР «Универсал – 5.02» представлен  на рисунке 2.

    Установочные  перемещения руки осуществляются с  помощью электромеханических следящих приводов, а ориентирующие движения кисти руки и зажим-разжим схвата - пневмоцилиндрами.

    

    Пневмоблок, которым комплектуется ПР, предназначен для подготовки, регулирования подачи сжатого воздуха из заводской сети и блокирования работы манипулятора при падении давления ниже допустимого.

    Блок  тиристорных электроприводов формирует  управляющие напряжения в якорной цепи электродвигателей постоянного тока.

     Устройство  программного управления позиционного типа имеет возможность записи программы в режиме обучения (по первому циклу) и формирует управляющие сигналы на блок тиристорных электроприводов, а также технологические команды управления циклом работы манипулятора и обслуживаемого оборудования. [Ист.2]

 

    

    

    

    Блоки тиристорного электропривода ЭПТ6-У5.02 обеспечивают управление в следящем режиме электродвигателями постоянного тока типа СЛ-569 и СЛ-661, установленными в механизмах четырех программируемых степеней подвижности манипулятора.

Рис.3. Рабочая зона ПР «Универсал – 5.02» 

    Механизмы электроприводов включают в себя зубчатые или червячные редукторы. Обратная связь исполнительных механизмов манипулятора по положению и скорости осуществляется потенциометрическими датчиками типа ППМЛ, приводящимися с помощью зубчатых редукторов и тахогенераторов типа СЛ-121, которые приводятся в движение специальными зубчатыми или ременными механизмами.

    Пневмоблок, которым комплектуется ПР, предназначен для подготовки сжатого воздуха, подаваемого из заводской сети к манипулятору, а также для циклового управления двумя ориентирующими движениями кисти руки и захватным устройством. Приводы этих движений осуществляются от пневмоцилиндров. Для преобразования поступательного перемещения поршня во вращательное движение кисти руки используются винтовой копир (в приводе поворота кисти руки относительно ее продольной оси) и передача рейка-шестерня (в приводе качания кисти относительно поперечной оси). Привод зажима и разжима губок схвата осуществляется рычажным механизмом, присоединенным к штоку пневмоцилиндра. Соединение механизмов манипулятора между собой и устройством аналогового позиционного программного управления типа АПС-1 производится в соответствии с принципиальной электрической схемой.

    Базовым узлом манипулятора является механизм поворота. В неподвижном корпусе на радиально-упорных подшипниках установлена подвижная планшайба, получающая вращение от механизма привода, который установлен в корпусе. Механизм привода поворота состоит из электродвигателя постоянного тока, червячного редуктора и жестко связанного с валом червяка тахогенератора. Крутящий момент на планшайбу передается через цилиндрическую зубчатую передачу, колесо которое находится в зацеплении с выходной шестерней редуктора.

    

    На  специальном кронштейне, закрепленном на корпусе, установлен потенциометрический датчик положения, валик которого получает вращение через зубчатую передачу. Разрезная шестерня привода находится в зацеплении с зубчатым колесом. На крышке, предохраняющей от попадания в радиально-упорные подшипники пыли и грязи, установлено ограждение, внутри которого укладывают два витка электрокабеля. В крышке закреплен угольник, в который ввернута труба воздуховода. Через трубу, на переднем конце которой установлен обратный клапан, сжатый воздух проходит к угольнику, а от него по шлангу подается к пневмоцилиндрам механизма руки. На неподвижном корпусе установлен дополнительный кронштейн с амортизирующими резиновыми пластинами, которые являются ограничителями поворота подвижной планшайбы.

    С целью выбора люфта в механизме  привода червячное колесо выполнено  разрезным: нижняя половина колеса надета на шлицевый вал, а верхняя - на ступицу  его нижней половины. Выбор люфта  производится эксцентриком путем поворота верхней половины червячного колеса относительно нижней. После установления требуемого бокового зазора (0,02...0,06 мм) обе половины червячного колеса закрепляются винтами.

    На  планшайбе механизма поворота установлен механизм подъема манипулятора. Механизм подъема манипулятора выполнен в виде пространственного рычажного устройства (типа пантографа), неподвижные нижние шарниры которого закреплены в кронштейне на основании. Подвижные нижние шарниры пантографа установлены на каретке, которая перемещается на роликах по направляющим. При горизонтальном движении каретки пантограф перемещается вертикально вместе с верхней платформой. К платформе крепится механизм поворота руки и скалка, являющаяся направляющей для конических роликов каретки, в которой установлены верхние подвижные шарниры пантографа.

    

    Механизм  привода подъема манипулятора состоит  из двух электродвигателей постоянного тока, установленных соосно относительно друг друга на основании, редуктора и винтовой передачи. Контроль перемещения выполняется с помощью потенциометрического датчика, соединенного с помощью зубчатой передачи с ходовым винтом. Обратная связь по скорости осуществляется тахогенератором, который соединен зубчато-ременной передачей с входным валом редуктора. Винтовая передача конструктивно представляет собой винт с трапецеидальной резьбой, установленный в опорах на подшипниках качения. В корпусе каретки установлены две полугайки. Для компенсации погрешности расположения опор винта относительно направляющих корпус имеет осевой люфт (0,01 ... 0,03 мм) и радиальный зазор (0,5 мм) относительно каретки.