Выбор и расчет захватных устройств промышленных роботов
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ 2.1 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Изучить теоретический материал. Ответить на контрольные вопросы. Основываясь на исходных данных (см. табл.1), в соответствии с определенным преподавателем вариантом, выбрать тип захватного устройства, произвести его кинематический и силовой расчет, для чего выполнить следующие разделы работы: Выбор и обоснование конструкции ЗУ ПР (Классификационная группа, описание конструкции, области применения, преимущества-недостатки и т.д.). Построение кинематической схемы и силовой анализ ЗУ. Расчет усилий привода. Определение усилий захвата. (Для вакуумных ЗУ (ВЗУ) расчет удерживающего усилия). Расчет конструктивных элементов. Общий вид ЗУ ПР. При выполнении работы использовать приложения настоящего методического пособия. По разделам 1-6 студентом составляется расчет- но-пояснительная записка, выполняемая на писчей бумаге формата 297х210. Эскизы, схемы, чертежи допускается выполнять на миллиметровой бумаге карандашом с соблюдением требований ГОСТов. Студент защищает работу, отвечая на контрольные вопросы и объясняя выполнение всех ее этапов. 2.2. ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР. Как правило, ПР и М комплектуют набором типовых (для данной модели) ЗУ, которые можно менять в зависимости от требований конкретного рабочего задания. Иногда на типовой захват устанавливают сменные рабочие элементы (губки, присоски и т.п.). При необходимости ПР оснащают специальными ЗУ, предназначенными для выполнения определенных операций. К ЗУ предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе. При обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственно возможным решением, если одновременно обрабатываются детали различных конфигураций и массы. Поэтому к ЗУ для ПР, работающих в условиях серийного производства, предъявляются дополнительные требования: широкодиапазонность (возможность захватывания и базирования деталей в широком диапазоне массы, размеров и формы), обеспечение захватывания близко расположенных деталей, легкость и быстрота замены (вплоть до автоматической смены ЗУ). В ряде случаев необходимо автоматическое изменение усилия удержания объекта в зависимости от массы детали. В последнее время ведутся разработки конструкций ЗУ, способных захватывать и базировать не ориентированно расположенные объекты. Таблица 1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
* Башмак гладкий стальной 2.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ В таблице 2 представлена наиболее общая классификация ЗУ с указанием характерных особенностей каждого типа ЗУ. По принципу действия различают пять групп ЗУ. Самой разнообразной и часто применяемой является группа механических захватов. Таблица 2 Классификация захватных устройств
 Рис. 2.3.1. Универсальные двухпальцевые ЗУ со сменными губками: а) стандартный; б) для захвата по наружной поверхности: в) для захвата по внутренней поверхности  Рис.2.3.2. ЗУ для цилиндрических изделий различных диаметров с сохранением: а) положения оси; б) базирующих поверхностей  Рис. 2.3.3. Схемы эксцентрикового ЗУ: а) для определения удерживающей силы; б) для определения основных параметров; в) расчетная схема рычажно - эксцентрикового ЗУ; г) построение логарифмической спирали профиля эксцентрика   Рис. 2.3.4. Схемы клинового ЗУ: 1—конусообразный клин; 2—конический сегмент; 3—деталь; 4—подъемное звено; 5, 6—распорные элементы  Рис.2.3.5. Безнасосные и насосные ВЗУ: а) сильфонное; б) диафрагменное; в) поршневое; г) тарельчатое; д) с эжектором и дроссельной заслонкой ( открыта - притяжение); е) закрыта - освобождение детали; ж) с центрированием детали; з) с запирающими шариками; и) рельефные с микроприсосками  Рис. 2.3.6. Магнитные ЗУ: а) универсальный с эластичной оболочкой; б) для захвата по наружной поверхности; в) по внутренней; г) с вращающимся магнитным полем  а) б) в) Рис. 2.3.7. Пневматические ЗУ: а) для захвата по наружной поверхности; б) для захвата по внутренней поверхности; в) с гофрированными односторонними полыми пальцами. Они отличаются по типу передаточного механизма: рычажно- стержневые (рис .2.3.1), кулисно-стержневые, зубчатые, клиновые (рис.2.3.2), кулачковые, цанговые (рис.2.3.4), эксцентриковые (рис.2.3.3). Детали в клиновых, цанговых, эксцентриковых ЗУ, удерживаемые силами трения без приводов, мало применяют в робототехнике из-за большого допуска на положение детали в ЗУ и усложнения процесса удаления детали из ЗУ. Однако они обладают рядом достоинств: автоматическая регулировка удерживающей, минимально необходимой силы захвата по реальному коэффициенту трения; простота и надежность, что при определенной доработке ЗУ, сопряженного станочного приспособления и тары гарантирует перспективу использования подобных ЗУ в определенных случаях. ВЗУ разделены на две группы: с гибкими камерами захвата — тарельчатые, сильфонные (рис.2.3.5; г, а) и с жесткими - диафрагменные, поршневые (рис.2.3.5; б, в), которые в зависимости от способа создания разрежения в камерах захвата подразделяют на насосные и безнасосные. В насосных (рис.2.3.5; г, д, е, з) разрежение в вакуум-камере может создаваться насосами, вентиляторами, газодувками. Такие ЗУ более рациональны при транспортировке воздухопроницаемых грузов (бетона, керамики, дерева, вспененных пластмасс, различных огнеупорных изделий и т.д.) В безнасосных (рис. 2.3.5; а, б, в) вакуум создается одноразовым изменением объема полости вакуум-камеры. Они могут использоваться для транспортирования только воздухонепроницаемых изделий (металла, пластмассы, стекла и т.д.). Их основные преимущества перед насосными ВЗУ — простота конструкции, отсутствие вакуум-насосной и распределительной аппаратуры, полная автономность. Магнитные ЗУ (МЗУ) по способу обеспечения усилия захвата разбиты на три подгруппы: с постоянными магнитами, с электромагнитами (рис.2.3.6; а, б, в), с вращающимся магнитным полем (рис. 2.3.6, г). Действие ЗУ с эластичными камерами основано на деформации камеры под действием давления воздуха или жидкости. Различают оболочковые и пальцевые ЗУ, которые в зависимости от того, базируется ли переносимое изделие по эластичной камере (рис.2.3.7; а, б) или эластичная камера обеспечивает прижим к ориентирующим, базирующим поверхностям (рис.2.3.7, в), либо позволяют достаточно эффективно компенсировать погрешности позиционирования, либо практически теряют эту возможность. Струйные ЗУ, представляющие собой малоизученный и редко пока применяемый класс, обеспечивают удержание детали за счет давления воздушного потока. Однопальцевые ЗУ используются для симметричных деталей с центральным отверстием, многопальцевые — для деталей более сложной формы. По типу привода ЗУ подразделяют на конструкции с пневмо-, гидро-, магнито- и электроприводом. Пневмопривод удобен простым подводом энергии к ЗУ (один шланг), при этом легко регулируется усилие зажима, ЗУ имеют возможность работать в агрессивных средах и в зоне высоких температур. Существенный недостаток пневмопривода — большие габаритные размеры при сравнительно небольшом усилии захвата. Гидравлический привод обеспечивает большие усилия захвата, он компактен и легко регулируется, что предопределяет широкое его распространение. Электрический привод требует специальных малогабаритных двигателей постоянного тока, разработка которых для робототехники пока только ведется.  Рис. 2.3.8. Групповое ЗУ с базовыми отверстиями и упругим элементом По числу рабочих позиций захваты всех типов разделяют на одно- позиционные (имеющие одну рабочую позицию) и многопозиционные (имеющие несколько рабочих позиций) (рис.2.3.8).  Рис. 2.3.9 Устройство для компенсации относительной погрешности положения ЗУ  Рис. 2.3.10. ЗУ с регулируемыми «пальцами»: а) конструкция схвата; б) конструкция «пальца»   Рис. 2.3.11. Различные варианты ЗУ с активно-компенсирующими элементами: а) вариант 1; б) вариант 2. Наличие в ЗУ элементов компенсации погрешности позиционирования значительно расширяет технологические возможности ЗУ и сферу применения оборудованных ими ПР (рис.2.3.9-2.3.11). По виду управления ЗУ подразделяются на четыре группы. Неуправляемые ЗУ — устройства с постоянными магнитными, вакуумными присосками, без принудительного разрежения или бесприводные механические ЗУ. Для снятия объекта с таких ЗУ требуется усилие большее, чем усилие его удержания. Командные ЗУ управляются только командами на захватывание или отпускание объекта. Разжимаются и зажимаются губки за счет взаимодействия их с объектом манипулирования или элементами внешнего оборудования. Жестко программируемые ЗУ управляются системой управления ПР. Величина перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима меняются в зависимости от заданной программы ПР, которая может управлять и действием вспомогательных технологических приспособлений. Адаптивные ЗУ — программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (для определения формы поверхности и массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов ЗУ и т.д.). По характеру крепления к руке ПР все ЗУ делятся на четыре группы. Несменяемые ЗУ — устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции ПР, замена которых не предусматривается.  Рис.2.3.12. Места крепления сменных ЗУ (табл. 10) Сменные ЗУ — самостоятельные узлы с базовыми поверхностями для крепления к руке ПР, не предусматривающие быстрой замены (например, установка на фланце с помощью нескольких винтов см рис.2.3.12). Быстросменные ЗУ — конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к ПР обеспечивает их быструю смену (например, исполнение в виде байонетного замка, рис.2.3.13). Пригодные для автоматической смены ЗУ — конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке ПР.  Рис. 2.3.13. Места крепления быстросменных ЗУ (табл.10): 1—гнездо, выполненное в руке ПР; 2—хвостовик ЗУ; 3—приспособление угловой фиксации ЗУ относительно руки ПР 2.4. АНАЛИЗ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПЕРЕМЕЩАЕМЫЙ ОБЪЕКТ Для обеспечения надежности захвата детали жестким ЗУ (т.е. не оснащенным упругими элементами) необходимо, чтобы удерживающая сила на губках была больше векторной суммы всех сил, действующих на перемещаемый предмет. Результирующая сдвигающая сила R складывается из: силы веса G=mg (где m — масса перемещаемой детали, кг; g=9,81 м/с2 — ускорение свободного падения), постоянной по величине и направленной вертикально вниз; силы инерции Ри=mа (где а — ускорение перемещения детали, возникающее при разгоне и торможении ПР, м/с2), направленной коллинеарно вектору ускорения а; силы аэродинамического сопротивления Pa=kSyV2 (k — коэффициент пропорциональности; Sy — площадь перемещения детали, м2; V — скорость перемещения, м/с), учитываемой при скорости более 0,30 м/с и направленной коллинеарно вектору скорости V; прочих сил Nnp (возникающих при сборке, установке детали в приспособление, инструмента в магазин, для нежестких ЗУ — реакция в упругих элементах). 2.5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЗУ В большинстве случаев транспортируемые детали захватываются двумя пальцами, расположенными друг против друга, и их положение регулируется устройством, способным создавать усилие сжатия, достаточное для надежной фиксации детали. Обычно стремятся ограничить число степеней свободы детали выбором точек зажима кулачками соответствующей формы, при этом стараются избегать статической неопределенности ЗУ, уменьшая число контактных поверхностей. Опыт создания ЗУ показывает, что требуются губки с определенной поверхностью, обеспечивающие ориентацию перемещаемых деталей и предотвращающие излишнее усилие зажима и преждевременный их износ. Если детали тонкие и форма их не позволяет производить захват за боковые стенки, то применяют ВЗУ или МЗУ (табл.3). Таблица 3. Сравнительные характеристики МЗУ и ВЗУ
Для ВЗУ и МЗУ площадь контакта, коэффициент трения и масса детали должны находиться в определенном соотношении. Для этих типов ЗУ рекомендуется применять конструкции, объединяющие функции захвата и позиционирования. ЗУ с эластичными камерами применяют для переноса хрупких изделий небольшой массы, имеющих неправильную форму или значительные отклонения формы и размеров. Деталь при этом удерживается как за наружную, так и за внутреннюю поверхности. Струйные ЗУ используются для легких деталей. Наиболее рациональная область применения — роботизированная сборка. Наиболее производительная сборка — одновременный захват нескольких деталей. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
