Захватные устройства: технические требования, основные типы и классификация

Манипулирование объектами — пространственное перемещение, ориентирование, базирование, установка, вставление и другие действия с целью приведения в положение, необходимое для проведения над ними (или с их помощью) технологических операций и переходов.

Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. К объектам манипулирования относят предметы производства и технологическую оснастку. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР и М.

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.

Технические требования к конструкции захватных устройств совпадают с общими требованиями к конструкции рабочего органа. Кроме того, к ЗУ предъявляют дополнительные требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы.

К числу обязательных общих требований относятся надежность захватывания и удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов манипулирования.

Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на надежность крепления ЗУ к руке робота.

Специальные требования к ЗУ формулируют в зависимости от условий производства. К ним могут относиться следующие: взрыво- безопасность и жаропрочность (при работе в горячих цехах); устойчивость к воздействию агрессивных сред (при работе в цехах гальванопокрытий); оснащенность информационными датчиками о состоянии внешней среды (например, в целях поиска объекта манипулирования или обеспечения безаварийности и безопасности работы); упругость и податливость, другие требования. Так, например, при обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования или сборочных позиций применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственным решением, если одновременно собираются в единый комплект детали различных конфигурации 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.

Гибкость и упругость (податливость) ЗУ. Под гибкостью захвата понимается его способность обеспечить плотный обхват поверхности объекта неправильной формы, способность захватывать объекты, неточно ориентированные относительно захвата, а также способность центрировать и (или) базировать захваченные ПП. Преимущества гибких ЗУ особенно заметны при работе широкодиапазонных захватов с деталями, расположенными в ячейках или на столе с некоторыми отклонениями от своих штатных мест, или при работе с грубо обработанными деталями (такими, как отливки или кузнечные заготовки). Надежность захватывания детали во многом определяется гибкостью захвата.

Под упругостью (податливостью) понимается способность конструкции собственно ЗУ или некоторой структуры, связанной с ним (например, рука манипулятора — упругий элемент — ЗУ), к упругой деформации под воздействием внешних сил или моментов. При снятии внешнего воздействия структура возвращается в положение равновесия.

Упругий захват позволяет адаптироваться к незначительным неровностям поверхности детали за счет собственной упругой деформации. Он также позволяет гасить перегрузки, возникающие при столкновении с направляющими или оснасткой.

Податливость ЗУ или руки (конечного звена) манипулятора позволяет компенсировать смещение ПП при зажиме его в базирующем приспособлении (сборочного стола, станка, пресса и т.п.), вызванное погрешностью позиционирования робота.

Кроме того, упругий элемент может быть помещен между захватом и манипулятором робота. Запястья такой конструкции производятся промышленностью и называются устройствами пассивной податливости с удаленным центром (УПУЦ). Обычно в состав этой конструкции входят два металлических диска диаметром 50... 150 мм, соединенные наклонными пружинами. Один из этих дисков крепится к манипулятору, а другой — к захвату, так что захват может отклоняться относительно манипулятора (см. подраздел 9.1). Это способствует гашению слабых столкновений. При выполнении сборочных операций они могут возникнуть, например, при вставке шпилек в отверстия.

Упругие захваты отличаются повышенной безопасностью. Упругая конструкция позволяет гасить контактные силовые взаимодействия. В отсутствие упругости ошибки в программировании, погрешности в действиях робота и в установке оснастки могут привести к аварии.

Универсальность ЗУ. Может быть выражена в виде требований к простоте настройки и выполнению внешних видоизменений ЗУ, к способности подстраиваться к форме и виду объектов манипулирования, включенных в рабочую номенклатуру, к обеспечению той или иной степени антропоморфности захвата, а также в виде требований к захватыванию ПП в определенном диапазоне массы, размеров и формы.

Информационное оснащение ЗУ. Зависит от типа ПР, определяется уровнем детерминированности внешней среды, требованиями производственного процесса [12]. В зависимости от требований производства на захватах промышленных роботов иногда необходимо предусмотреть установку различных по конструкции и назначению датчиков, которые можно поделить на три категории, различающиеся по стоимости и сложности:

  • • двоичные датчики, к которым относятся микропереключатели, оптические и магнитные переключатели, биметаллические термопереключатели; они используются как индикаторы наличия или отсутствия детали, для поддержания в определенных пределах значения некоторой величины (давления, температуры и т.п.) и как концевые переключатели;
  • • аналоговые датчики, к которым относятся термопары, линейнодифференциальные преобразователи, тензометры и пьезоэлектрические датчики; их обычно используют с измерительными приборами и аналого-цифровыми преобразователями для получения количественных характеристик;
  • • массивы датчиков и датчики, требующие дополнительной обработки сигнала. К ним относятся расположенные на пальцах и ладони захвата массивы тактильных датчиков, массивы зрительных датчиков, пьезоэлектрические устройства с активным возбуждением. Использование этих устройств связано с обработкой большого количества информации, поэтому они обычно соединяются последовательными или параллельными каналами с ЭВМ (устройством управления роботом) через специальный микропроцессор.

Оснастка ЗУ и ПР. При разработке оснастки часто приходится учитывать требования к креплению ЗУ к руке Мик возможности быстрой и (или) автоматической замены захвата из стандартного набора (магазина ЗУ). В настоящее время разработан целый ряд технических решений, обеспечивающих автоматическую смену ЗУ (см. подраздел 9.2). Кроме того, иногда требуется оснащение рабочей зоны ПР стандартными зажимами, которые также должны удовлетворять определенным требованиям.

В последнее время ведутся разработки конструкций ЗУ, способных захватывать и базировать неориентированно-расположенные объекты.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >