Юревич - Основы Робототехники - 4. В целом возможны следующие способы группового управления
 Скачать 2.32 Mb.
|
|
ГЛАВА 9. ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ НА ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ. 9.1. Классификация технологических комплексов с роботами на основных технологических операциях. Как было указано в главе 1, одна из неизменных тенденций в развитии робототехники – это устойчивый рост доли ПР, применяемых на основных технологических операциях. В 1980-1981 годах их доля в общем парке роботов впервые превысила 50 %. Опыт показывает, что хотя внедрение ПР на основных операциях требует значительно больших (в три-четыре раза) затрат, чем на вспомогательных операциях, именно здесь достигается наибольшая эффективность применения ПР при высвобождении рабочих. Велик здесь и социальный эффект в связи с вредностью для человека ряда таких операций (например, окраска, сварка) или с их монотонностью (например, сборка на конвейере). Основными типами таких комплексов в машиностроении являются технологические комплексы сборки, сварки, нанесения покрытий, шлифования, зачистки, клепки. К ним относятся также комплексы для бурения в горном деле, монтажа огнеупоров в металлургии, для монтажных и облицовочных работ в строительстве, упаковки штучной продукции в легкой и пищевой промышленности. 9.2. Сборочные робототехнические комплексы. Этот тип робототехнических комплексов по своему значению является, пожалуй, наиболее важным. Трудоемкость сборочных операций в машиностроении достигает 40% себестоимости изделий, а в приборостроении еще больше – до 50-60%. Вместе с этим степень автоматизации сборочных работ сегодня весьма низка в связи с ограниченными возможностями, которые имеют здесь традиционные средства автоматизации в виде специальных сборочных автоматов. Такие автоматы применимы главным образом в массовом производстве, в то время как, например, в машиностроении до 80% продукции относится к мелкосерийному и серийному производству. Поэтому создание гибких сборочных комплексов на базе ПР является одним из основных направлений в автоматизации сборочных операций. К сборочным операциям относятся механическая сборка, электрический монтаж, микроэлектронная сборка. Процесс сборки состоит из следующих взаимосвязанных последовательных операций: - загрузка собираемых деталей в загрузочные и транспортные устройства (обычно с их ориентацией); - перемещение деталей к месту сборки; - базирование, т.е. фиксация в строго определенной позиции, с относительной ориентацией деталей на сборочной позиции; - собственно операция сборки, т.е. сопряжения деталей, включая часто закрепление; - контрольно-измерительные операции в ходе сборки; 2 - удаление собранного узла со сборочной позиции для перемещения его на следующую сборочную позицию, если сборка не закончена. Каждая из этих операций принципиально может быть выполнена с помощью ПР, но не всегда это целесообразно. В тех, например, случаях, когда требуется перемещение по одной координате, более простым решением может быть применение устройства типа толкателей. В других случаях могут применяться специальные ориентаторы и простые однопрограммные механические руки. Роль ПР в сборочных комплексах наряду с более простыми и специальными средствами автоматизации может быть различной. Зависит это, прежде всего, от конкретных требований к гибкости комплекса, что в свою очередь определяется в основном серийностью выпускаемой продукции. Поэтому рассмотрим роль ПР в сборочных комплексах в соответствии со следующей их классификацией в зависимости от объема выпуска продукции начиная с массового производства и до единичного: 1) специальные сборочные автоматы для массового и крупносерийного производства с возможным применением простых автоматических манипуляторов на вспомогательных и отдельных основных сборочных операциях; 2) робототехнические сборочные комплексы для крупносерийного и серийного производства, в которых сборочные операции выполняют специальные (простые) ПР с цикловым управлением; 3) робототехнические сборочные комплексы для крупносерийного и серийного производства на базе универсальных и специализированных ПР, каждый из которых может осуществлять любые сборочные операции за счет смены инструмента (в том числе непосредственно и процессе сборки изделия); 4) робототехнические сборочные комплексы для серийного производства, в которых вся сборка выполняется одним сложным универсальным ПР; 5) робототехнические сборочные комплексы для серийного производства с участием человека в управлении ПР или в выполнении им отдельных операций вручную. Включение человека непосредственно в технологический процесс сборки может вызываться либо экономическими соображениями, либо технической невозможностью сегодня автоматизировать отдельные сложные операции (например, некоторые регулировочные и настроечные), либо необходимостью оперативного подключения человека в аварийных ситуациях, когда автомат по какой-то причине не справляется с заданием, либо, наконец, временно на этапе освоения сборки нового изделия (в том числе и как один из способов программирования методом обучения). Примерами специальных сборочных автоматов, указанных в пункте1, являются автоматы для монтажа печатных плат и сборочные роторные линии, используемые в массовом и крупносерийном производствах. Средства робототехники находят здесь ограниченное применение в основном для их обслуживания на входе и выходе (операции загрузки-выгрузки) [16]. На рис.9.1 показан один из первых отечественных робототехнических 3 Рис.9.1. Робототехнический сборочный комплекс массового производства наручных часов. сборочных комплексов массового производства механических наручных часов на базе специальных ПР, относящийся к следующему пункту 2 данной выше классификации. На прямоточной транспортной системе закреплено приспособление- спутник, которое перемещается от позиции к позиции по прямой линии с фиксацией через равные промежутки времени. Сборка осуществляется по принципу параллельно-последовательной сборки на всех позициях одновременно с последующей подачей приспособления-спутника на очередной шаг. Установка оснащена специальными пневматическими ПР со сменяемыми приспособлениями в зависимости от марки собираемых часов. В целом сборочный комплекс включает транспортную систему, специальные ПР, пульт управления, вибробункеры, питатели, а также различные оснастку и приспособления. Детали и узлы часов поступают на позиции сборки из вибробункеров в ориентированном положении. Платины часов, набранные в кассеты, автоматически устанавливаются в приспособления-спутники, которые являются составным элементом прямоточной транспортной системы. Роботы производят установку деталей или узлов в платину часов в заданной последовательности и с необходимой точностью. Чтобы обеспечить условия собираемости, платина часов фиксируется снизу с помощью специального приспособления. Полный цикл работы комплекса – 6-10 с. Высокая ритмичность работы комплекса и непрерывность выполнения операций позволили в шесть-восемь раз повысить производительность, улучшить качество сборки часов, ликвидировать монотонный ручной труд, поднять культуру и организацию производства. На рис. 9.2 показан пример сборочного робототехнического комплекса, построенного на базе универсального ПР (пункт 3 классификации). Комплекс включает несущую раму, поворотный стол, загрузочные и ориентирующие устройства, устройства крепления оснащения, кабельные узлы, устройство 4 управления комплексом, блоки синхронизации и связи с ЭВМ. Для выполнения собственно операций сборки применены универсальные пневматические ПР типа МПС-9С (см.рис.4.3). Комплекс предназначен для сборки контурных катушек бытового радиоприемника, где ПР выполняют следующие операции: - выборку каркасов катушек из кассеты; - флюссование выводов обмоток; - пайку выводов; - промывку выводов после мойки в специальном растворе; - установку каркасов на ложементы поворотного стола; - надевание кольца; - навинчивание буксы; - закручивание сердечника; - надевание экрана; - маркировку катушки; - установку в кассеты готовой контурной катушки. Смена кассет на рабочих позициях автоматизирована с помощью разгрузочно- загрузочных устройств. Сборочные элементы подаются на рабочие позиции с помощью вибробункеров, где происходят их ориентация, накапливание и поштучная Рис.9.2. Робототехнический комплекс для сборки контурных катушек радиоприемников: 1 – загрузочное устройство (тара); 2 – промежуточная точка; 3 – разгрузочное устройство; 4 – устройство группового управления; 5 – роторный стол; 6 – загрузочное устройство; 7 – ванна для очистки; 8 – ванна для пайки; 9 – ванна для флюсования. 5 выдача. Для обеспечения условий собираемости и снижения требований к точности изготовления сборочных элементов, оснастки и приспособлений манипуляторы ПР оснащены вибромодулями. За один рабочий цикл выполняются все технологические операции десятью ПР по принципу параллельно-последовательной сборки. В конце цикла происходит перемещение координатного устройства, которое подает в позицию захвата первого ПР и в позицию сброса десятого ПР соответствующие ячейки подающей и приемной кассет, а также перемещение на один шаг поворотного стола, на специальных ложементах которого производится сборка контурной катушки. Длительность цикла работы комплекса – 10 с. Применение подобных сборочных комплексов на порядок повышеает производительность труда, дает экономию производственной площади и позволяет осуществить комплексную автоматизацию сборочного производства в целом. Переналадка комплекса осуществляется заменой рабочих органов ПР и их управляющих программ. По сравнению с предыдущим типом сборочных комплексов, основанных на использовании специальных ПР, применение здесь на всех операциях одного типа универсального ПР расширяет номенклатуру собираемых изделий, хотя сами ПР при этом оказываются более сложными и избыточными по своим возможностям применительно к каждой отдельной выполняемой ими операции. Поэтому переход от специальных ПР к универсальным оказывается оправданным с уменьшением серийности выпускаемых изделий. На рис.9.3 показан участок автоматизированного сборочного произодства, включающий три сборочных комплекса, автоматы намотки катушек и автоматическую транспортно-складскую систему. Мини-ЭВМ осуществляет изменение программ работы оборудования участка, а также диспетчерирование и оптимизацию загрузки оборудования на основании плана поставок и располагаемых материальных ресурсов. На рис. 9.4 представлена схема линии сборки с помощью ПР трансформаторов с элементами очувствления и адаптивным управлением. На несущей раме смонтировано сборочное оборудование — три ПР, питатели собираемых деталей и сборочная оснастка. В линию входят также установка формовки и сушки трансформаторов и ряд других элементов. Устройство управления линии осуществляет групповое управление всеми ПР и технологическим оборудованием по заданной программе. Кроме того, в него включен узел адаптации, состоящий из тактильного сенсора и системы контроля тока холостого хода трансформатора. Набор вспомогательных программ позволяет контролировать качество сборки трансформаторов и принимать решение о дальнейшем порядке работы в зависимости от полученной информации. Роботы реагируют на нестандартные ситуации, которые могут складываться во время работы: - невыполнение одного из условий собираемости узла, - несоответствие магнитных и электрических параметров заданным. 6 Линия работает по принципу последовательной сборки следующим образом. При поступлении нижней пары магнитных сердечников с питателя на исходную позицию сборки подается команда на ПР, который берет катушку из питателя и устанавливает ее на пару сердечников. Другой ПР берет с исходной позиции питателя два верхних магнитных сердечника, последовательно отпускает их в обезжиривающий и клеевой растворы, а затем соединяет с катушкой и двумя нижними сердечниками. Третий ПР удаляет собранный трансформатор с позиции сборки и с одновременным разворотом подает в установку формовки и сушки карусельного типа. В установке трансформаторы обжимаются и подогреваются для склейки торцов сердечников. В процессе сборки трансформаторов контролируется: - поступление деталей на исходные позиции (оптические датчики); - собираемость деталей и узлов (датчики положения); - электрические параметры магнитопривода (датчики тока). После окончания формовки и сушки трансформатора осуществляется выходной контроль его электрических параметров. В случае невыполнения одного из условий детали или узлы сбрасывают в браковочную тару. Следующим типом робототехнических сборочных комплексов, которые оказываются экономически более выгодными при меньшей серийности производства, являются комплексы с ПР, последовательно выполняющими ряд сборочных операций на одном рабочем месте вплоть до полной сборки целого изделия (позиция 4 данной выше классификации). Такое построение комплекса существенно повышает его гибкость, позволяя чисто программно изменять число сборочных операций без изменения числа ПР, что неизбежно, если каждый ПР выполняет только одну операцию. В таких комплексах ПР в ходе сборки многократно сменяет свои рабочие органы при переходе от одной операции к другой. Примерами сборочных ПР, предназначенных для такой многооперационной сборки, являются электромеханические ПР типа «Сигма» (Италия, см.рис.3.5) и «Пума» (США, см.рис.3.8). На рис.9.5 показан один из первых робототехнических комплексов, осуществляющих сборку на одном рабочем месте такого достаточно сложного изделия как пылесос, фирмы «Хитачи» (Япония). Комплекс смонтирован на сборочном столе и включает два электромеханических манипулятора 1, 2 с восьмью степенями подвижности, первый (силовой) работает в вертикальной плоскости, а второй (очувствленный) – в горизонтальной, семь телевизионных камер. Три из них (α, β, γ) ориентированы вертикально, а четыре (A, B, C, D) – горизонтально. Захватное устройство очувствленного манипулятора снабжено датчиками усилия, давления и тактильными. 7 Пылесос 3 собирается из трех узлов: фильтра 4, электродвигателя 5 и корпуса 6, которые поступают на сборку неориентированными. Рис.9.5. Робототехнический комплекс для сборки пылесосов. 9.3. Сварочные робототехнические комплексы. Сварка — одна из областей широкого применения ПР. Из многочисленных видов сварки ПР получили основное применение на контактной точечной, дуговой, а также на электронно-лучевой сварке. Контактная точечная сварка осуществляется путем нагрева импульсным электрическим током. Рабочими органами ПР для выполнения такой операции являются сварочные клещи (см. на рис.9.6). Существуют 8 Рис.9.6. Сварочный робот Юнимейт сварочные ПР, у которых манипулятор заканчивается одним электродом, а вторым электродом служит само свариваемое изделие (рис. 9.7). Промышленные роботы для |