 |
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. 10.5: для обслуживания одного станка в составе гибкого производственного модуля (рис. 10.5, а, д), для обслуживания группы станков, образующих гибкий автоматизированный участок (рис. 10.5, б — з), для обслуживания группой роботов гибких автоматизированных линий (рис. 10.5, и — л).
В составе гибкого производственного модуля промышленный робот обслуживает, как правило, три позиции: загрузочную позицию накопителя Я заготовок; рабочую позицию А станка и разгрузочную позицию K транспортера или накопителя деталей. Фактическая производительность обрабатывающего модуля определяется коэффициентом использования станка &с, который зависит от длительности Тр его обслуживания роботом, отнесенной к общей продолжительности Т0 обработки детали на станке:
kc = 1 – Tp/T0.
Рассмотрим в качестве примера диаграмму цикла Тр обслуживания манипулятором токарного станка (рис. 10.6). 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 Тм.
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. 10. 7. Возможны три конструктивных исполнения манипулятора для робота данного типа: с одной рукой и одним схватом (рис, 10. 7, а); с двумя руками, работающими последовательно (рис. 10. 7, б), с одной рукой и двумя схватами, работающими последовательно (рис. 10. 7, в).
На рис. 10.8 показаны типовые циклограммы обслуживания станка для рассмотренных трех конструктивных вариантов манипулятора.
Рис. 10.6. Циклограмма обслуживания токарного станка промышленным роботом
Общая продолжительность Тр обслуживания роботом станка в каждом варианте определяется суммой времени выполнения отдельных этапов цикла: tр — 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); tт — время транспортирования заготовки или детали между позициями А и Б;t у — время установки детали в накопитель H; tн — время перемещения транспортера-накопителя на один шаг; tc — время снятия заготовки с накопителя; tK — время поворота головки со схватом; tз — 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. 10.8, а) в данном случае нерационально, так как время Тр1 обслуживания станка при этом наибольшее. Для сокращения времени обслуживания рациональнее применять манипулятор с двумя руками (рис. 10.8, б) или двузахватное исполнение руки (рис. 10.8, в): 
.
|
|
|
Главным преимуществом данных вариантов исполнения манипулятора является возможность совмещения времени транспортирования заготовки и детали, а также времени обслуживания накопителя с рабочим циклом Тм 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 ТР2 < Тр3.
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 kp = тр/т0).
Рис. 10.8. Циклограммы обслуживания токарного станка промышленным роботом
Гибкие производственные системы можно строить по схемам круговой или линейной компоновки. При круговой компоновке (см. рис. 10.5, б—г) 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 (см. рис. 10.5, е — з) 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. (Металлорежущие станки:Учебник для машиностроительных втузов/Под.ред.В.Э. Пуша.-М.:Машинстроение,1985.-256 с.,ил.) стр. 147-160.
Вопрос 19: 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. 10.1.
Анализ основных типов деталей и параметров станков позволил установить размерный ряд промышленных роботов для обслуживанияэтих станков
16.1. Характеристика основных типов деталей, изготавливаемых на станках групповым методом
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. 10.2 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.
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. 10.3.
|
|
|
Выбор кинематической структуры манипулятора дает возможность разработать конструктивно-компоновочную схему промышленного робота. Основные компоновочные схемы промышленных роботов Приведены в табл. 10.4.
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. (Металлорежущие станки:Учебник для машиностроительных втузов/Под.ред.В.Э. Пуша.-М.:Машинстроение,1985.-256 с.,ил.)стр 160-165.
|
|
|
