Основные понятия и определения робототехники и технологии автоматизированного процесса сборки.

устранение сцепляемости деталей, которая затрудняет их бункеризацию и подачу (примером сцепляемых деталей  могут служить пружины, разрезные шайбы, скобы и т. Д.

ограничение применения деталей, изготовленных из хрупких материалов (стекло, керамика, полупроводниковые  кристаллы);

ограничение использования  деталей, которые теряют свою форму  в процессе воздействия на них  в бункерах и лотках (детали ажурной  формы).

Требования к технологичности  деталей с точки зрения автоматического  ориентирования заключаются в использовании  деталей наиболее простой формы (цилиндрические, трубчатые, в виде прямоугольных призм, с наибольшим числом симметричных признаков и  деталей о явными внешними признаками асимметрии).

Всем деталям собираемого  изделия необходимо придавать конфигурацию, облегчающую базирование и соединение.

" В ряде случаев  изменение конструкции отдельных  деталей приводит к уменьшению  количества деталей в узле. Так,  замена квадратной шайбы на  сферическую пружинную позволяет  отказаться от традиционно применяемых  круглых пружинных разрезных  шайб, процесс ориентации и поштучной  выдачи которых сопряжен со  значительными трудностями из-за  сцепляемости. В результате производительность  сборки возрастает, упрощаются компоновка  РТСК и конструкция ряда входящих  в него элементов, уменьшаются  металлоемкость и затраты на  изготовление собираемых деталей.

Опыт показывает, что опережающая  или сопутствующая технологическая подготовка производства с учетом типовых существующих и разрабатываемых средств автоматизации позволяет конструкторам принимать наиболее прогрессивные решения, удовлетворяющие запросам народного хозяйства.

Детали, поступающие на сборку, должны строго соответствовать установленным  допускам на размеры, не должны иметь  заусенцев, задиров. Они должны быть чистыми обезжиренными, промытыми  и сухими.

 

2 КОНСТРУКЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ  ЭЛЕМЕНТОВ МАНИПУЛЯТОРОВ

 

Манипуляторы СПР могут  быть выполнены в виде моноблочной  или модульной конструкции.

Модульная конструкция более  перспективна, так как обеспечивает технико-экономические показатели, предпочтительные для построения ГПСС.

В общем случае манипулятор  содержит: модуль захвата, модули линейных (поступательных), вращательных или  качательных движений, основание.

В модулях первых трех видов  можно выделить следующие функционально-конструктивные элементы: приводы, механизмы преобразования и передачи движения, демпфирующие (тормозные) устройства, информационные датчики, направляющие и др.

 

2.1 Захватные устройства.

Захватные устройства (ЗУ), являющиеся составной частью манипуляторов, относятся  к рабочим органам ПР и предназначены  для захватывания и удержания  объектов манипулирования.

Конструкция ЗУ определяется многими факторами, к которым  относятся: форма, масса, соотношение  размеров, физико-механические свойства и состояние поверхности объектов захвата; особенности используемой технологической оснастки; условия  протекания технологического процесса.

По выполняемым функциям ЗУ могут быть классифицированы на удерживающие, ориентирующие, сборочные  и контролирующие (адаптивные).

 

 

2.1.1 Захватно-удерживающие устройства.

Захватно-удерживающие устройства (ЗУУ) предназначены для захвата  и удержания объектов посредством  крючков, петель, вилок, лопаток, губок, пальцев, игл, клещей, эластичных камер, струй воздуха, магнитного поля, вакуума, электростатического притяжения, адгезии, липких накладок и других средств  и физических эффектов.

По принципу действия ЗУУ  подразделяются на механические, пневматические, магнитные, адгезионные, электростатические.

Механические ЗУУ. В общем  случае механические ЗУУ состоят  из привода, механизма передачи приводного усилия и захватных элементов. По виду используемого привода они  подразделяются на электромеханические, пневматические, гидравлические и комбинированные; по типу механизмов передачи приводного усилия — безрычажные, рычажные, клиновые, реечные; по виду захватных элементов  — с плоскими и фигурными губками, пальцевые, игольчатые; по виду движения губок — с линейным и угловым  перемещением губок.

Расчет механических ЗУУ  предусматривает определение сил, действующих в местах контакта объекта  захвата и губок, усилий привода, контактных напряжений, прочностных  характеристик их элементов. Один из характерных признаков многих изделий  — высокая чувствительность к  механическим воздействиям из-за низких прочностных характеристик, обусловленных  применением таких хрупких материалов, как стекло, керамика, пресс-порошки, слюда и др., а также особенностями  конструкции изделий: малая толщина  стенок; поверхности, обработанные по высокому классу точности; тонкослойные покрытия и др.

Задача исключения повреждений  объектов манипулирования, обладающих малой жесткостью, может быть решена применением ЗУУ с упругими захватными элементами.

На рис. 3.1, а представлено пальцевое центрирующее ЗУУ для  цилиндрических деталей, захват которых  осуществляется утапливающимися пальцами 3, концентрично установленными во втулках  мембраны 2. При опускании ЗУУ  на объект захвата пальцы, попавшие в его площадь, утапливаются, а  остальные располагаются по периметру  и при перемещении приводного штока, деформирующего мембрану,

 

Рис. 3.1. Механические ЗУУ

 

сходятся к центру, зажимая  объект. Данное ЗУУ может быть использовано для несимметричных нежестких объектов сложной формы. Регламентация усилий зажима на пальцах обеспечивается местными деформациями мембраны.

Представленное на рис. 3.1, б устройство предназначено для  захватывания и центрирования как  жестких, так и нежестких объектов без изменения приводного усилия, например, при сборке магнитопровода с катушкой и обоймы трансформатора. ЗУУ снабжено упором 1, подпружиненным в направлении оси и имеющим  на концах прорези, в которых размещены  захватные элементы 2, внутренние, обращенные друг к другу поверхности которых  имеют ступенчатую форму. При  захвате магнитопровода упор находится  в нижнем положении и не препятствует схождению губок. При захвате  обоймы, имеющей меньшую, чем магнитопровод, жесткость, но большую высоту, ее концы, взаимодействуя с упором при опускании  ЗУУ, поднимают его в положение, показанное штриховой линией. В результате губки сходятся на меньшую величину, захватывая обойму без чрезмерных деформаций.

Для захвата одновременно нескольких, отличающихся по форме  и размерам нежестких объектов предназначено  ЗУУ, изображенное на рис. 3.1, в (а. с. № 971647), выполненное на базе тонкостенной капсулы 4 эллиптической формы в поперечном сечении, снаружи которой симметрично  осям закреплены резьбовые втулки 3 со сменными захватными элементами 2. При  подаче рабочего тела внутрь капсулы  захватные элементы, расположенные по большей оси эллипса, сходятся, а по меньшей — расходятся, захватывая, фиксируя и центрируя объекты 1. Степень зажима регламентируется упругостью стенок капсулы. Возможно применение ЗУУ для последовательного захвата четырех объектов различных размеров путем изменения (увеличения) давления и определенной установки захватных элементов. Последующая установка объектов, например, на сборочной позиции достигается последовательным поворотом ЗУУ в обратном направлении на 90° и соответствующим изменением (уменьшением) давления. Такой характер построения технологического процесса сборки способствует сокращению холостых перемещений ПР, повышает производительность.

Пневматические ЗУУ. Подразделяются на вакуумные, камерные, струйные. Зажим  объектов манипулирования в вакуумных  ЗУУ осуществляется силой атмосферного давления. Создание вакуума обеспечивается с помощью вакуум-насоса либо с  помощью эжекторов. Второй способ в  силу своей простоты более распространен  в робототехнике. С помощью вакуумных  ЗУУ возможно захватывание как плоскостных, так и сферических объектов.

 

2.1.2 Захватно-ориентирующие устройства.

Захватно-ориентирующие  устройства (ЗОУ) предназначены для  ориентирования захваченных объектов с помощью гравитационных сил, струй  воздуха, магнитного поля и других физических эффектов. Исходя из этого ЗОУ по принципу действия подразделяются на гравитационные, пневматические, магнитные  и др. Оснащение ориентирующими захватами  промышленных роботов позволяет  упростить конструкции загрузочно-ориентирующих  устройств, а в ряде случаев и  полностью избавиться от них, что  упрощает компоновку роботизированных технологических комплексов, способствует повышению их гибкости и мобильности.

 

2.1.3 Захватно-сборочные устройства

Захватно-сборочные устройства (ЗСУ) предназначены для осуществления  относительного ориентирования объектов и их последующего сопряжения. Как  правило, относительное ориентирование осуществляется с помощью локальных, встроенных в ЗСУ приводов, а сопряжение — с помощью основных приводов манипулятора ПР. Конструктивно ЗСУ  выполняются на базе механических ЗУУ  и при необходимости снабжаются устройствами для контроля относительного расположения осей или поверхностей собираемых объектов.

Шарик

 

Рис. 3.7. Захватно-сборочное  устройство

 

Шарик

Рис. 3.7. Захватно-сборочное  устройство

 

Оснащение ПР сборочными сменными захватами позволяет отказаться от использования специальных ориентирующих (базирующих) позиций, способствует увеличению производительности за счет исключения времени на переустановку собираемых объектов, уменьшает габариты сборочных  комплексов.

На рис. 3.7 показан захват [47], предназначенный для реализации высокопроизводительного метода непрерывной  сборки с предварительным наклоном осей сопрягаемых деталей.

Захват состоит из П-образного  корпуса, внутри которого на плоских  пружинах 3, образующих пружинный параллелограмм, установлен механизм зажима в виде подвижной каретки 4 с губками 6, приводное  усилие которым передается через  плоскую пружину 1, ползун 2 и штифт 5. После захвата губками 6, например, валика и извлечения с его помощью  из лотка, например, ролика их сопряжение обеспечивается с помощью вибрации, создаваемой пневматическим дебалансным  шариковым вибратором 7, закрепленным снизу каретки 4. Кроме того, осцилляция каретки в направлении, перпендикулярном оси захвата, способствует осуществлению  автоматического поиска сопрягаемых  деталей, повышает надежность и производительность сборки.

 

2.1.4 Захватно-контролирующие устройства.

Захватно-контролирующие устройства (ЗКУ) или адаптивные захватные устройства, оснащенные различными датчиками, предназначены  для получения информации о наличии объекта манипулирования, его форме, размерах, массе, состоянии поверхности, усилии его удержания, степени возможного проскальзывания, наличии в зоне манипулирования различных предметов и т. п. Наибольшее распространение среди датчиков, встраиваемых в захватные устройства роботов, получили электрические, пневматические, светолокационные и звуколокационные датчики.

На рис. 3.10, а представлено пальцевое ЗКУ, оснащенное датчиками, дающими возможность определить размеры, форму и пространственное положение объекта манипулирования [33].

б

а

 

Рис. 3.10. Захватно-контролирующие устройства

 

В исходном положении пальцы 6, имеющие в средней части упругие  вставки в виде плоских пружин 4 с наклеенными на них тензорезисторами и концентрично размещенные в  лучах плоской, фигурной пружины 5, выдвинуты наружу пружинами 1, что обеспечивает замыкание контактных пар 2 имеющимися на них выступами. ЗКУ перемещают в зону предполагаемого расположения захватываемого объекта и подают команду на опускание. Пальцы, попавшие в площадь объекта 7, утапливаются, что приводит к размыканию соответствующих контактов 2. После опускания ЗКУ подается команда на перемещение штока 3, деформирующего многолучевую пружину 5, чем вызывается упругий разворот нижних частей пальцев и захват объекта. В процессе деформации пружины 5 ее лучи перемещаются в пазах корпуса в радиальном направлении, чем обеспечивается больший размерный диапазон захватываемых объектов. По сочетанию разомкнутых контактов 2 и величине выходного сигнала, снимаемого с соответствующих тензорезисторов, определяют размерные параметры объекта, его форму, смещение от центра захвата. Размещение пальцев в плоской пружине обеспечивает возможность захвата нежестких и хрупких объектов.

Представленное на рис. 3.10, б ЗКУ позволяет получить аналоговую информацию о форме поверхности  захватываемого объекта 4 в трех измерениях. Она содержит корпус 1 с губками 2, на наружных поверхностях которых закреплены матрицы 3 из тактильных датчиков на основе чувствительных элементов, меняющих свое оммическое сопротивление под действием  нагрузки.

 

 

3 МАНИПУЛЯТОРЫ СПР

 

3.1 Кинематические и конструктивные особенности манипуляторов.

Манипуляторы сборочных  роботов имеют много общих  черт. Однако значительное разнообразие сборочных процессов привело  к существенным различиям в конструкциях существующих манипуляционных механизмов.