Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции по курсу Промышленные роботы для студентов специальности Автоматизация технологических процессов и производств - файл 1.doc


Лекции по курсу Промышленные роботы для студентов специальности Автоматизация технологических процессов и производств
скачать (3291 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc3291kb.16.11.2011 11:47скачать

содержание

1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12




Введение


Основным направлением развития машиностроения является повышение эффективности производства (увеличение выпуска продукции и рост ее качества при одновременном снижении трудовых затрат). Это обеспечивается совершенствованием существующих и внедрения новых видов оборудования, технологических процессов и средств их механизации и автоматизации, а также улучшения организации и управления производством.

Совершенствование средств автоматизации должно развиваться в двух направлениях:

- создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности;

- создание новых технологических комплексов, где связаны вопросы повышения производительности, надежности, уровня автоматизации качества с необходимой и экономически оправданной гибкостью для быстрой переналаживаемости с целью перехода к выпуску другой продукции.

Уровень и способы автоматизации зависят от вида производства его серийности, оснащенности технологическими средствами.

К таким средствам автоматизации можно отнести «Промышленные роботы» (ПР.).

Эффективность от применения ПР достигается только при комплексном подходе к созданию и внедрению ПР.

Единичное внедрение ПР – нецелесообразно.

Только расширенное применение ПР будет оправдано как технологически, так и экономически и социально.

Применение ПР по сравнению с традиционными средствами автоматизации обеспечивает большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и запуска в производство гибких автоматических систем.

Применение ПР позволяет переходить к многостаночному обслуживанию, а значит и экономии рабочей силы и к работе оборудования в две, три смены.

Применение ПР меняет и роль рабочего – он становится более квалифицированным специалистом – оператором, наладчиком.

Применение ПР позволяет решать не только экономические, технические, но и социальные вопросы, особенно в случае необходимости замены рабочего на участках с опасными вредными для здоровья условиями труда. ПР освобождают человека от выполнения бездумной механической работы.

ПР применяются в различных отраслях промышленности, как в мелкосерийном так и массовом производстве. В зависимости от этого меняются конструкции ПР их сложность средства управления и информации.

Так вот для того чтобы грамотно применять ПР, научиться их конструировать и внедрять в производство мы с вами и будем изучать данный курс.


Раздел 1. Общие понятия о промышленных роботах.

1.1. Основные понятия и терминология.

Робот (Р) – это автоматическая машина, включающая системы управления и информации, обеспечивающая выполнение тех или иных действий свойственных трудовой деятельности человека.

Они образуют значительный класс машин, предназначенных для выполнения самых разнообразных операций.

Технические системы, состоящие из комплекса роботов и соответствующего оборудования называются, робототехническими системами (РТС).

^ Они разделяются на: мобильные , манипуляционные РТС и информационные.

- Мобильные – это РТС, состоящие из передвижных роботов и обеспечивающие автоматические перемещения (полезной нагрузки) рабочих объектов в пространстве.

Это в основном подъемно-транспортные работы в виде тележек, штабелеров и перемещающих роботов с запрограммированными маршрутами перемещений. Они применяются для обслуживания складов, межцеховых и внутриучастковых перевозок объектов;

- Манипуляционные – это РТС и предназначенные для имитации двигательных функций руки человека;

- Информационные РТС – это комплексы измерительно-информационных систем и управляющих средств, автоматически производящих сбор, передачу и обработку информации; (Это системы автоматического контроля и управления производством). В данном курсе мы их почти не рассматриваем.

Роботы первых двух групп, применяемые в промышленности, называются промышленными роботами (ПР) и относятся к общему классу машин.

^ Промышленный робот (ПР) – это универсальное, автономное и автоматическое устройство с памятью и программным управлением, предназначенное для воспроизведения двигательных и некоторых умственных функций человека при выполнении основных и вспомогательных производственных операциях.

Основной частью ПР являются манипуляторы.

^ Манипулятор (М) – это устройство, для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека, с целью проведения различных манипуляций с объектом.

К манипуляторам относятся: механическая рука, автооператоры, роботы и др.

По методам управления различаются 2 группы манипуляторов:

  • биотехнические, которые включают в себя копирующие, командные, полуавтоматические.

  • автоматические – это с автооператорным, интерактивным и с перепрограммируемым управлением.

Манипуляторы в основном состоят из следующих элементов:

  • задающего, т.е. создающего управляющие сигналы;

  • исполнительного, т.е. выполняющего действия по сигналам;

  • связующего, т.е. передающего сигналы;

  • работающего, т.е. реализующего заданными сигналами действия на практике.

В манипуляторах с копирующим управлением рабочий орган повторяет движения кисти руки оператора, с командным – управляется при помощи кнопок, рукояток и др. С полуавтоматическим – управляется при помощи рукоятки с малой ЭВМ, вычислителем и др.

Эти манипуляторы не имеют памяти и работают только с оператором. В манипуляторах с автоматическим управлением участие оператора не требуется.

К ним относятся: автооператоры, роботы и интерактивные манипуляторы (ИМ).

^ Автооператор (А) – это непрограммируемое автоматическое устройство с манипулятором и непрограммируемым управлением.

Интерактивный робот (ИР) – это робот попеременно управляемый автоматически и оператором.

Он имеет память, и автоматическое управление для выполнения части действий манипулятора. К этим роботам относятся и диалоговые роботы.


1.2 Классификация роботов

По уровню сложности работы и его устройства разделяются на 3 поколения:

1 поколение – это роботы, имеющие только память обучающую и адаптивные системы;

2 поколение – это роботы с частично самоорганизующейся системой управления, обучения и адаптации от ЭВМ;

3 поколение – это роботы с самоорганизующейся системой управления и органами чувств.

В машиностроении в основном применяются роботы 1-го поколения и частично 2-го. Роботы 2-го и 3-го поколения применяются для научных исследований и работе в условиях недоступных и вредных для человека.

Классификация роботов производится по следующим признакам и в соответствии с ГОСТ 25685-ПР-83 и необходима для разработки типажа.

  1. По характеру выполнения технологических операций роботы делятся на 3 группы:

    1. технологические (производственные) роботы (ТПР) выполняют основные технологические операции. Они непосредственно участвуют в техпроцессе в качестве оборудования (гибка, сварка, окраска, сборка и т.д.);

    2. вспомогательные (подъемно-транспортные) (ВПР) выполняют функции переноса объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Их применяют для обслуживания основного технологического оборудования;

    3. универсальные роботы (УПР) – выполняющие разнообразные технологические операции – основные и вспомогательные.

  2. По степени специализации подразделяются:

    1. специальные – только для выполнения одной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;

    2. специализированные ПР – предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сварки, окраски, сборки, гибки, штабелирования и т.д.);

    3. многоцелевые – для выполнения различных основных и вспомогательных операций и они относятся к числу универсальных.

  3. По типам производства – серийное и массовое.

  4. Область применения по виду производства:

    1. в заготовительных цехах: литейных, кузнечнопрессовых и т.д.

    2. в основных цехах: механических, сборочных, термических, гальванических и др.;

    3. во вспомогательных цехах: инструментальных, ремонтных и др

5. По технологическим операциям:

  1. выполнение основных операций – сборка, сварка, окраска, штабелирование и др.;

  2. выполнение вспомогательных операций при всех видах обработки;

  3. проведение операций контроля – информационные РТС;

  4. выполнение всех видов работ на складах;

  5. внутрицеховой и межцеховой транспорт.

6. Системы основных координатных перемещений:

    1. Прямоугольная-

  • плоская

  • пространственная

    1. Полярная-

  • плоская

  • цилиндрическая

  • сферическая

    1. Ангулярная-

  • плоская

  • цилиндрическая

  • сферическая

7. Число степеней подвижности:

с одно, двумя и n- степенями подвижности.

8. Грузоподъемность:

  • сверхлегкие – до 1 кг.;

  • легкие – до 10 кг.;

  • средние – до 200 кг.;

  • тяжелые – до 1000 кг.;

  • сверх тяжелые – свыше – 1000 кг.

9. Мобильность – стационарные или подвижные.

10. Конструктивное исполнение – встроенные, напольные, подвесные.

11. Тип силового привода – гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный привод.

12. Схема расположения приводов – в едином блоке, на вспомогательных органах или комбинированная.


13. Характер обработки программы – жесткопрограммируемые, адапривные и гибкопрограммируемые.

14. Характер программирования скоростей и дискретности перемещений – позиционные, многоточечные или малоточечные, контурные и комбинированные СПУ.

1.3. Функциональная структура робота.

Промышленные роботы в основном состоят из трех систем: механической, системы управления и системы информации. Структурная схема ПР изображена на Рис.1 (Козырев стр.8).

Система программного управления (СПУ) – это системы обеспечивающие программирование или обучение, сохранение программ в памяти и ее воспроизведение, т.е. считывание информации и передачу управляющих сигналов исполнительным органам ПР.

СПУ ПР состоят из следующих устройств:

  • задающие ЗУ, включающие в себя программоноситель П, устройство ввода УВ и считывания УСЧ;

  • усиления преобразования и памяти УУП;

  • преобразующие передающие ПУП, включающие в себя блоки вычислительной техники ВУ, памяти БП и коррекции БК;

  • блоков технических команд БТК, следящего привода СлП, управления БУП и цифровой индикации.

Система управления обычно классифицируется по способу программирования, представления информации о последовательности и параметрах движения, различая: электромеханические (путевые с упорами, временные и копировальные) цикловые и числовые.


Информационная система ПР (ИС ПР) входит в состав СПУ и включает в себя:

  • устройство обратной связи (УОС);

  • устройство сравнения сигналов (УСр);

  • комплекс датчиков обратной связи (ДОС) различного функционального назначения.

ИС ПР по функциональному значению условно можно разделить на три подсистемы:

  • восприятие внешней среды;

  • информация о состоянии узлов, систем и механизмов ПР;

  • обеспечение техники безопасности. Функционирует в результате взаимодействия двух первых подсистем СУ.

Структурная схема промышленного робота






Рис.1 – Основные элементы конструкции и виды движений рабочих органов:

1- путепровод; 2- основание; 3 – корпус; 4 – рука; 5 – захватное устройство; 6 – рабочая зона и система координат основных движений ПР: хх – направление движения руки вдоль продольной оси; уу- направление движения корпуса робота по путепроводу: zz – направление движения руки вверх-вниз; ху – угол поворота корпуса робота вокруг вертикальной оси zz; zx – угол поворота руки в вертикальной плоскости; уz – угол поворота захватного устройства относительно оси хх;  – направление движения захвата (зажима) детали;  и уz – направление ориентирующих движений; хх, zz, ху и zxнаправления транспортирующих движений; уу – координатное движение.

Механическая система – это манипулятор, обеспечивающий фактическую обработку заданной программы по всем степеням свободы.

Она состоит из следующих звеньев: корпуса 3, руки 4, звена руки 10, кисти 5, штока подъема руки 7, верхней коробки 9, и основания поворота руки 8. Рис. 1.

^ Относительные движения звеньев механической системы ПР, посредством которых реализуются перемещения по степеням свободы, разделяются на 3 группы: ориентирующие (локальные), транспортирующие (ретональные) и координатные (глобальные).

Ориентирующими называются движения захватывающего звена соизмеримые с его размерами.

Транспортирующими – движения захватывающего звена в различные зоны рабочего пространства, определяющиеся размерами руки и соизмеримые с размерами обслуживаемого оборудования.

Координатные движения – это перемещение робота и его захвата на расстояния, превышающие размеры обслуживаемого оборудования.

По структурной схеме эти движения следующие:

  • ориентирующие –  и xy;

  • транспортные – xx, zz, xz и xy;

  • координатные – уу

Структурные функциональные схемы роботов усложняются по мере повышения универсализации робота.

ПР имеют следующий механизм перемещения:

  • роботы в целом; монтируются обычно в основании 7 или на нем;

  • подъема и поворота руки – в корпусе 1;

  • продольного и вращательного руки – в верхней коробке 6;

  • поворотного и вращательного движения звена руки – в верхней коробке 6 или на тяге руки 4;

  • поворотного, вращательного и захватного кисти руки или захвата в теле или на теле звена 3 руки 4.

В ПР применяются 2 схемы расположения механизмов приводов: в едином блоке и на исполнительных органах. В первом случае все механизмы или часть из них компануется в корпусе 1 от единого двигателя. Для второго случая расположения механизмов описано выше.

В механической системе ПР рабочим органом является захватное устройство, исполнительными органами – все остальные элементы и механизмы роботов.

^ Исполнительный механизм ПР – совокупность подвижно соединенных звеньев МС, предназначенных для воздействия на объект манипулирования.

Исполнительный механизм, осуществляющий транспортирование и ориентирование объекта – называют рукой ПР.

^ Захватное устройство - узел механической системы ПР, обеспечивающий захватывание и удержание в определенном положении объекта манипулирования. Эти устройства – сменные в зависимости от объекта.

^ Соединение звеньев МС в кинематическую цепь осуществляется с помощью кинематических пар (см.табл.3 стр.13). В большинстве своем это пары V класса – вращательные или поступательные, обеспечивающие одну степень свободы. Совокупность некоторого числа подвижных звеньев обеспечивает механизму определенное число степеней подвижности.

Раздел 2. Техническая характеристика ПР.

2.1. Общая характеристика ПР и их физическая сущность.

К общей характеристике ПР относятся следующие показатели:

  • характеристика РТЯ;

  • характеристика рабочей зоны ПР;

  • технологическая характеристика РТЯ;

  • характеристика объекта;

  • Характеристику ЗУ.

РТЯ – это комплекс одного робота и обслуживаемого им технологического оборудования.

К показателям, характеризующим РТЯ относятся:

  • вид, марка и количество технологического оборудования обслуживаемого ПР;

  • состав и виды вспомогательного оборудования;

  • планировка и компановка РТЯ (расстановка оборудования).

Эти показатели характеризуют условия работы ПР и являются исходными при проектировании РТЯ, выборе ПР и определения его паспортных характеристик.

Рабочая зона ПР – это пространство, в котором может манипулировать с объектом ЗУ ПР.

Она характеризуется следующими показателями:

-величинами максимальных и минимальных перемещений ЗУ вдоль и вокруг осей координат;

формой и размерами объекта зоны работ ЗУ ПР.

Объем рабочей зоны, а следовательно и ее размеры выбираются в зависимости от компановки и точности манипуляций ПР и точности обрабатываемых деталей.

Объем рабочей зоны подразделяется на три класса:

  • первый – V = 0,01 м3 – для особо точных ПР;

  • второй – V = 10 м3 - для стационарных ПР;

  • третий – V св = 10 м3 – для передвижных ПР.

Расчет рабочей зоны проводится по планировке и компановке РТЯ, схем движений руки и ПР в целом.

Технологическая характеристика РТЯ – характеризуется показателями режимов обработки и нормирования обслуживаемого ПР оборудования.

Эти показатели следующие:

  • режимы обработки (подача, скорость, глубина);

  • машинное, вспомогательное время обработки деталей;

  • производительность работы оборудования РТЯ;

  • показатели перемещения ПР и цикл работы ПР – по ним рассчитывается циклограмма РТЯ.

Объектом производства называется деталь, изделие и др., с которыми должны манипулировать робот на производстве.

Требуемые показатели следующие:

  • материал и его физико-химические свойства;

  • форма, размеры и масса объекта;

  • базовые поверхности и специфич. особенности.

Эти данные определяют возможности ЗУ ПР.

Захватное устройство.

Показателями его характеристики являются:

  • тип базирования;

  • вид и компановочная схема ЗУ.

Существует стандартная таблица ЗУ по показателям из которой выбирается вид и компановка ЗУ.

2.2. Паспортная характеристика ПР и их физическая сущность.

Для паспортной характеристики роботов используются следующие основные показатели:

1.Грузоподъемность ПР (кг). Это наибольший вес объекта, с которым робот может манипулировать в любом возможном положении его рук.

По грузоподъемности работы разделяются на 5 серий согласно классификации ( см. выше).

Ряды грузоподъемности внутри серий установлены ГОСТом во взаимосвязи с деталями, обрабатываемыми на основном технологическом оборудовании, обслуживаемом роботом.

^ 2. Число степеней подвижности – это сумма возможных движений захватного устройства ПР, без учета движений захвата.

Расчет по формуле Соснова-Малышева:

W = 6n – 5p5 – 4p4 – 3p3 – 2p2 – p1

  • для объемных перемещений, общий случай,

где: n – число подвижных звеньев кинематических цепей робота;

p1 p5 – число кинематических пар 1-го – IV класса.

^ 3. Линейные и угловые перемещения ПР – это величины максимальных перемещений прямолинейных и угловых, возможных для элементов данного робота.

Необходимые их величины рассчитываются по размерным показателям планировки и компановки РТЯ. По полученным величинам выбирается марка ПР.

^ 4.Скорости линейных и угловых перемещений – это возможные скорости движения как самого ПР так и его отдельных звеньев вдоль и под углом к осям.

Они характеризуют производительность робота. Определяются по вспомогательному и машинному времени работы оборудования и выбираются из числа максимально возможных скоростей для данного типа ПР.

^ 5.Погрешность позиционирования манипулятора робота – эта величина центра распределения отклонений центра захватывающего устройства от заданного положения при многократных повторениях рабочего цикла.

Установлено 3 градации точности позиционирования:

  • 0,1 мм – для обслуживания операций высокой точности обработки;

  • 0,1 – 1 мм – для обслуживания операций точной обработки деталей;

  • 1мм – 5 мм – для обслуживания операций нормальной точности деталей;

Оценивается в линейных и угловых единицах.

Она является суммарной погрешностью позиционирования всех рабочих органов робота.

^ 6.Тип системы управления – указывается в паспортах и на изделие по принципу действия, т.е. цикловые – ЦПУ, числовые – ЧПУ или управление от ЭВМ.

Для числовых систем (ЧПУ) указываются: позиционные – П; контурные –К; комбинированные –ПК.

В некоторых случаях указываются серийные системы.

^ 7.Тип привода перемещения ПР – зависит от вида энергии, используемой для работы его механизмов.

Привод перемещения роботов – эта механизмы перемещения, обеспечивающие движение ПР и его элементов.

Обычно указываются типы привода: пневмо-гидро, электро или комбинированный.

Иногда дополнительно указывается тип привода по функциональному назначению, т.е. переключаемый, регулируемый или следящий.

Выбор типа привода осуществляется по этим двум принципам.

8.Габаритные размеры ПР – это размеры самого ПР.

9.Масса ПР – это масса ПР и отдельно СУ.

10.Дополнительно ПР характеризуется – видом системы координат, конструктивным исполнением и типоразмерными рядами по видам производства, где они используются.

По видам системы координат работы ПР, разработана стандартная таблица с кодовым обозначением из 2-х цифр (32, 81 и др.).

По конструктивным исполнениям ПР также разработана стандартная таблица с кодовым обозначением из 2-х цифр (01,…….10 и др.).

Типоразмерные ряды ПР по видам производства имеет следующее кодирование

А – для литейного производства;

Б (Б1– Б8) – кузнечно-прессового производства;

В (В1 – В12) – механообрабатывающее производство;

Г - гальванического производства;

Д - сборочного производства.

В пределах каждой группы ПР располагаются по возрастанию грузоподъемности.

^ ПР имеет следующие системы обозначения:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12



Скачать файл (3291 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации