Роботизированные технологические комплексы

При обработке деталей на станках промышленные роботы используют главным образом для автоматизации вспомогательных процессов, связанных с обеспечением потоков заготовок и инстру­ментов. Основные варианты применения промышленных роботов при автоматизации обработки на станках показаны на рис. 108. Для обслуживания одного станка в составе гибкого производственного модуля (рис. 108, а, д), для обслуживания группы станков, обра­зующих гибкий автоматизированный участок (рис. 108, б – з), для обслуживания группой роботов гибких автоматизированных линий (рис. 108, и – л).

Рис. 108 Варианты компоновок роботизированных технологических комплексов.

В составе гибкого производственного модуля промышленный робот обслуживает, как правило, три позиции: загрузочную позицию накопителя Z заготовок; рабочую позицию А станка и разгрузоч­ную позицию K транспортера или накопителя деталей. Фактическая производительность обрабатывающего модуля определяется коэффи­циентом использования станка k_с, который зависит от длительно­сти Т_р его обслуживания роботом, отнесенной к общей продолжительности Т₀ обработки детали на станке:

k_c = 1 – T_p/T₀.

Рассмотрим в качестве примера диаграмму цикла Т_р обслужива­ния манипулятором токарного станка (рис. 109). Начало этого цикла отнесено к моменту остановки шпинделя, когда формируется команда на выполнение манипуляционных действий. Окончание периода обслуживания совпадает с выходом захватного устройства мани­пулятора из рабочей зоны станка и включением рабочего цикла Т_м.

Общее время простоя станка (заштрихованные участки) в основном определяется временем манипулирова­ния заготовкой и деталью. Для сокращения этого времени необхо­димо либо увеличить скорости движения манипулятора и уменьшить общую длину перемещений его рабочего органа, либо совместить время манипулирования с рабочим циклом станка, создав рациональ­ную компоновочную схему гибкого производственного модуля.

Основные варианты компоновки робототехнического комплекса, в который входят автоматизированный токарный станок и обслуживающий его специализированный промышленный робот портального типа, показаны на рис. 110. Возможны три конструктивных испол­нения манипулятора для робота данного типа: с одной рукой и одним схватом (рис, 110, а); с двумя руками, работающими после­довательно (рис. 110, б), с одной рукой и двумя схватами, работа­ющими последовательно (рис. 110, в).

На рис. 111 показаны типовые циклограммы обслуживания станка для рассмотренных трех конструктивных вариантов манипу­лятора.

Рис. 109. Циклограмма обслуживания токарного станка промышленным роботом

Общая продолжительность Т_р обслуживания роботом станка в каждом варианте определяется суммой времени выполнения от­дельных этапов цикла: t_р — время разгрузки станка (куда входит t₁ — время опускания механической руки на линию центров станка, t₂ — время захвата детали в шпинделе, t₃ — время подъема руки в позицию Б); t_т — время транспортирования заготовки или детали между позициями А и Б; t_у — время установки детали в накопи­тель H; t_н — время перемещения транспортера-накопителя на один шаг; t_c — время снятия заготовки с накопителя; t_K — время пово­рота головки со схватом; t_з — время загрузки станка (куда входит t₄ — время опускания механической руки, t₅ — время установки заготовки и ее зажима в патроне, t₆ — время подъема руки.). Из циклограмм видно, что применение манипулятора с одной рукой (рис. 111, а) в данном случае нерационально, так как время Т_р1 обслуживания станка при этом наибольшее. Для сокращения вре­мени обслуживания рациональнее применять манипулятор с двумя руками (рис. 111, б) или двузахватное исполнение руки (рис. 111, в): .

Главным преимуществом данных вариантов испол­нения манипулятора является возможность совмещения времени транспортирования заготовки и детали, а также времени обслуживания накопителя с рабочим циклом Т_м станка: несовмещенное время Т_р цикла работы манипулятора связано только с разгрузкой и загруз­кой станка в его рабочей позиции. Причем двурукое исполнение манипулятора с этой точки зрения также является наилучшим Т_p2 < Т_р3.

Аналогичным образом проведен анализ основных вариантов ком­поновки робототехнических комплексов и сравнение их с точки зрения эффективного использования основного оборудования станков и обслуживающего их промышленного робота (коэффициент использования робота в составе обрабатывающего комплекса k_p = т_р /т₀).

Рис. 111. Циклограммы обслуживания токарного станка промышленным роботом

Гибкие производственные системы можно строить по схемам круговой или линейной компоновки. При круговой компо­новке технологическое оборудование, обозначен­ное в общем случае буквами А, Б, В..., расставлено по дуге окруж­ности, в центре которой установлен промышленный робот Р. Заго­товки поступают с конвейера-накопителя Н, а обработанные детали передаются на конвейер К или в промежуточный магазин М. При линейной компоновке комплекса технологиче­ское оборудование располагают параллельно друг другу в один или несколько рядов, находящихся в пределах рабочей зоны обслуживающего промышленного робота.

Круговые компоновки робототехнических комплексов целесооб­разно использовать для небольшого числа технологических позиций (до пяти-шести) и при малых размерах рабочей зоны обслужива­ющего их промышленного робота стационарного типа. При этом эффективно применять двузахватные конструкции механизма ма­нипулятора. При установке большого числа станков, а также для увеличения зоны обслуживания целесообразно использовать линей­ные компоновочные схемы робототехнических комплексов и промыш­ленные роботы передвижного типа. Преимущество механизма руки с двумя схватами при этом остается существенным, а использование двурукого манипулятора конструктивно ограничено.

Проектирование гибких производственных систем, в которых несколько промышленных роботов обслуживают большое число станков, транспортно-накопительных и других вспомогательных устройств образующих участки или линии, требует нахождения оптимального режима работы всей системы, например, численным методом при моделировании ее циклов на ЭВМ.

XXII.Координаты промышленных роботов. Структурные и кинематические схемы основных станочных промышленных роботов.

Выбору промышленного робота для обслуживания станков дол­жен предшествовать анализ геометрических характеристик и массы изготавливаемых деталей, а также основных параметров станков, на которых обработка соответствующих заготовок наиболее эффек­тивна. Характеристики основных типов деталей, изготавливаемых на станках групповым методом, приведены в табл. 2.

Анализ основных типов деталей и параметров станков позволил установить размерный ряд промышленных роботов для обслуживанияэтих станков. Характеристика основных типов деталей, изготавливаемых на станках групповым методом:

Таблица 2 Групповой метод.

Промышленные роботы имеют грузоподъемность 20, 40, 80 и 160 кг (основной ряд); 250 и 500 кг — для обслуживания тяжелых станков, а также для погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ.

Число степеней подвижности манипуляторов зависит от компоновки станка, размеров, расположения и доступности его рабочей зоны, схемы движений при обслуживании, а также выбранной ком­поновочной схемы гибкого производственного модуля или комплекса. Исходя из компоновки, можно выделить две основные группы стан­ков: с горизонтальной осью шпинделя, с вертикальной осью шпин­деля и горизонтальным столом. В станках первой группы заготовка должна подаваться на линию центров станка и затем устанавли­ваться в патроне или центрах за счет осевого движения. В станках второй группы заготовка сначала должна подаваться в рабочую зону выше базовой плоскости стола, а затем устанавливаться на ней за счет вертикального перемещения. Загрузка и разгрузка станка по любой из этих схем требует минимум трех степеней по­движности манипулятора для установочных (поступательных и вра­щательных) движений руки относительно координатных осей X, Y и Z. Если установка и ориентация заготовки в патроне или зажим­ном приспособлении осуществляется независимыми движениями, то число степеней подвижности манипулятора увеличивается. В общем случае для перемещения тела в пространстве и его произвольной ориентации робот-манипулятор должен иметь шесть степеней по­движности: три для осуществления рукой установочных перемещений и три для ориентирующих движений кисти. Передвижные промыш­ленные роботы имеют, кроме того, степени подвижности, связанные с транспортными движениями.

При проектировании специализированных и специальных про­мышленных роботов число степеней подвижности обычно принимают минимально необходимым для данной технологической задачи. Выбранному числу степеней подвижности могут соответствовать различные варианты кинематической структуры манипулятора, за­висящие от вида и последовательности расположения кинематиче­ских пар — вращательных (В) и поступательных (П). Для каждого сочетания пар возможно несколько структурных кинематических схем, отличающихся взаимным расположением звеньев и формой рабочего пространства манипулятора.

В табл. 3 приведены возможные структурные кинематические схемы манипулятора в зависимости от сочетания пар типа В и П. При изменении соотношений длины звеньев руки и углов между осями кинематических пар размеры и конфигурация рабочей зоны манипулятора меняются.

Таблица 3 Структурные кинематические схемы манипуляторов.

При конструировании механизма руки возникают ограничения угловых и линейных перемещений, из-за чего в расчетных рабочих пространствах образуются недоступные для кисти руки области.

Структурные кинематические схемы кисти руки манипулятора определяют его ориентирующие движения. Для произвольной ориентации детали кинематическая структура кисти содержит три вращательных пары, оси которых последовательно повернуты на 90° (структура ВВВ). Однако во многих конструкциях манипуляторов используют структуры типа ВВ, ВП или В, обеспечивающие лишь частичную ориентацию схвата. Упрощение кинематической струк­туры кисти манипулятора возможно в робототехнических системах, характеризующихся определенным расположением осей станков и предварительной ориентацией заготовок и деталей в транспортно-накопительных устройствах. Структурные кинематические схемы кисти руки манипулятора приведены в табл. 4.

Таблица 4 Структурные кинематические схемы кисти руки манипулятора.

Выбор кинематической структуры манипулятора дает возмож­ность разработать конструктивно-компоновочную схему промышлен­ного робота. Основные компоновочные схемы промышленных роботов Приведены в табл. 5.

Таблица 5 Конструктивно-компоновочные схемы промышленных роботов.

Промышленные роботы с манипуляторами, выполняющими дви­жения в прямоугольной системе координат (плоской и простран­ственной), образуют группы А и Б соответственно. К группам В, Г и Д относятся роботы с манипуляторами, имеющими перемещения в криволинейной системе координат: плоской полярной, цилиндриче­ской и сферической.

Промышленные роботы с рычажно-шарнирной конструкцией механической руки, имеющей сложную криволиней­ную систему движений (цилиндрическую или сферическую), объеди­нены в группы Е и Ж. Каждую из перечисленных групп промыш­ленных роботов, в зависимости от конструктивных особенностей их исполнения, подразделяют на подгруппы, имеющие двузначный числовой индекс. Конструктивными признаками подгрупп могут быть стационарное или передвижное исполнение промышленного робота, тип несущей системы (портальный, напольный и т. п.), число рук, число степеней подвижности кисти руки, число схватов и др.

Выбор конструктивно-компоновочной схемы промышленного ро­бота зависит от его назначения, технической характеристики и особенностей конструкции обслуживаемого технологического обо­рудования: станков, транспортно-накопительных устройств.

Date: 2016-02-19; view: 2141; Нарушение авторских прав