XXIII.Основы проектирования промышленных роботов

При создании ПР новых конструкций определенного технологического назначения необходимо определить их специализацию (специальный, специализированный или универсальный), так как это оказывает существенное влияние на конструктивную сложность робота. Далее, исходя из размеров пространства, которое должен обслуживать ПР, необходимо выбрать его кинематическую структурную схему и назначить горизонтальные и вертикальные перемещения, а также углы поворота руки.

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на конструктивные и технические характеристики ПР, является требуемая точность позиционирования. Конструкция ПР представляет собой пространственно-незамкнутые стержневые системы с высокой кинематической подвижностью. Захватные устройства обычно расположены консольно, поэтому с увеличением вылета руки увеличивается амплитуда колебания захватных устройств (вследствие изгиба руки), что снижает точность и увеличивает затраты времени на позиционирование. На точность позиционирования оказывают большое влияние размеры и масса перемещаемой заготовки, значения скорости, ускорения и др.

После выбора геометрических параметров ПР и типа захватного устройства определяют допустимые скорости перемещения манипулируемого объекта при получении заданной точности позиционирования. Далее выбирают тип привода механизмов и захватного устройства ПР, рассчитывают и выбирают конструктивные размеры всех механизмов, а также рассчитывают жесткость и динамическую устойчивость разработанной конструкции.

1. Определяют допустимые скорости позиционирования. Для определения скорости линейного позиционирования в диапазоне перемещений L_x = 0,05... 0,8 м (L_x — вылет консоли руки робота) может быть использована эмпирическая формула
(35)

где ∆l — погрешность позиционирования, мм; М — масса объекта манипулирования, кг.

С дальнейшим увеличением L_x возможности увеличения v_xp уменьшаются, и при L _х = 0,8... 2

(36)

При больших L_x необходимо уменьшать v _хр по сравнению с расчетным значением.

Скорость вертикального перемещения руки обычно неодинакова при движении вверх и вниз. Однако при правильном уравновешивании масс эти различия меньше и скорость можно рас-
считать по формуле

(37)

где а_г — коэффициент, зависящий от конструкции привода; при гидравлическом приводе а_г = 3; L_z - длина пути при вертикальном перемещении, м; М — масса перемещаемого элемента и детали, кг.

Для определения допустимой быстроходности устройств поворота всей руки относительно вертикальной оси может быть использована формула

(38)

Особое внимание при проектировании следует обращать на механизмы углового позиционирования. Там, где возможно по условиям компоновки, предпочтение следует отдавать механизмам линейного позиционирования, характеризующимся большей быстроходностью.

2. Определяют время перемещения. В большинстве ПР, AM портального типа, автооператорах, механизмах автоматической смены инструментов используется закон изменения скорости движения, близкий к трапецеидальному. При трапецеидальном законе изменения скорости время Т отдельного движения может быть определено по формуле

(39)

где L — длина перемещения; а_к — ускорение при торможении- разгоне, м/с²; К — коэффициент, зависящий от соотношения ускорений при разгоне и торможении; v₀ — скорость установившегося (равномерного) движения, м/с.

Наиболее часто встречается случай, когда разгон и торможение осуществляются с одинаковым по модулю ускорением, при этом К = 1. Если вращательное движение рассматривать приведенным к определенному радиусу, то расчетную формулу можно использовать для вращательного и поступательного движений.

Многочисленные исследования работы ПР показали, что при постоянной длине хода (до 1200 мм) оптимальные скорости перемещения исполнительных устройств достигались при ускорении а_к = 4... 5 м/с². Во время работы ПР часто длина перемещений при отдельных движениях переменна и изменяется обычно от нуля до наибольшего хода L_ax. При распределении длины ходов по симметричному закону (например, по нормальному закону равной вероятности и т. п.) можно с некоторым приближением использовать зависимость, если принять L = L_cp, где L_cp = 0,5L_ax

Следует отметить, что оптимальная скорость движения зависит от длины хода. При малом ходе нет смысла добиваться высокой скорости движения; с увеличением хода оптимальная скорость возрастает.

3. Рассчитывают параметры захватного устройства. В зависимости от способа удержания заготовки захватные устройства делят на открытые и закрытые. При использовании открытых захватных устройств заготовки при транспортировании лежат свободно на призмах и удерживаются под действием собственного веса. В закрытых захватных устройствах зажим и разжим заготовок осуществляются с помощью приводов. Их применяют при сложных траекториях перемещения, больших динамических нагрузках, а также в тех случаях, когда требуется точная фиксация заготовки в различных точках ее траектории. Применяют неуправляемые и управляемые закрытые захватные устройства.

Рис. 116. Схема захватного устройства с симметричными призматическими губками.

В неуправляемых захватных устройствах заготовки закрепляются с помощью пружины, а в управляемых — губки захватных устройств перемещаются от пневмо- или гидроприводов.

При работе ПР, портальных AM и других загрузочных устройств встречается сложное нагружение захватных устройств, причем в процессе манипулирования характер нагрузки и схемы нагружения могут меняться.