Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника
Посмотреть оригинал

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ЗАХВАТНЫХ УСТРОЙСТВ

Последовательность проектирования

Последовательность проектирования захватного устройства складывается из следующих этапов.

  • 1. Сбор и обработка исходных данных, необходимых для проектирования ЗУ, в том числе:
  • 1.1) построение траектории перемещений ПП;
  • 1.2) оценка скоростей перемещений конечного звена манипулятора;
  • 1.3) оценка допустимой погрешности позиционирования конечного звена манипулятора;
  • 1.4) оценка допустимой жесткости и податливости манипулятора промышленного робота;
  • 1.5) выбор способа захватывания и удержания ПП.
  • 2. Анализ внешних сил, действующих на ЗУ и элементы его конструкции.
  • 3. Построение кинематической схемы (для клещевых ЗУ).
  • 4. Расчет усилия зажима или удержания ПП.
  • 5. Расчет конструктивных элементов ЗУ на прочность.
  • 6. Расчет усилий привода (для механических ЗУ) и энергетических затрат (для электромагнитных, пневматических и вакуумных ЗУ).
  • 7. Выбор типа привода ЗУ.
  • 8. Определение геометрических параметров ЗУ (в том числе проектирование профиля зажимных губок для клещевых ЗУ).
  • 9. Формулирование и обоснование технических требований к конструкции ЗУ (включая информационное обеспечение и оснастку).
  • 10. Выбор характера (сменное, быстросменное, с автоматической сменой) и конструктивных параметров места крепления ЗУ к руке манипулятора.
  • 11. Расчет и проектирование конструкции ЗУ.

Показатели, определенные по пп. 1.3 и 1.4, сравнивают с паспортными данными выбранной модели промышленного робота. При этом паспортное значение погрешности позиционирования выбранной модели ПР должно быть не больше допустимой погрешности, определенной расчетом, а жесткость манипулятора не меньше допустимого значения.

Последовательность проектирования ЗУ, показанная в пп. 1...11, может быть сведена в несколько блоков, отражающих условия эксплуатации и характеристики РТК, характеристики ПП, характеристики ПР и взаимосвязь между ними так, как это показано на рис. 4.1 [36].

Исходные данные для проектирования и расчета (или выбора) ЗУ.

До того как проектировать или выбирать систему ЗУ, необходимо иметь следующие данные.

Условия эксшуатации и характеристики РТК определяют исполнение ЗУ (нормальное, пылезащитное, взрывозащищенное, жаропрочное и т.п.) и представляются в виде:

  • предельно допустимых параметров состояния внешней среды (температура, влажность, вибрации и т.д.), при которых должны обеспечиваться значения технических показателей захватного устройства, указанных в техническом задании на проектирование;
  • схемы базирования ПП в выдающем устройстве (в том числе, в лотке, стеллаже, магазине и т.п.) с указанием направления подхода ЗУ к объекту, поверхностей ПП, за которые захват запрещен, и габаритных размеров зоны захватывания;
  • схемы базирования ПП в принимающем устройстве с указанием направления подхода захватного устройства на позицию отпускания и габаритных размеров зоны отпускания;
  • технических требований конструкции ЗУ (время захватывания, точность удержания, допустимое усилие сжатия и удельное давление на поверхность ПП, особых условий[1] и т.д.);

Наиболее существенные характеристики объекта манипулирования:

  • габариты, масса (нетто и брутто, т.е. до и после обработки);
  • свойства конструкции ПП и его материала (жесткость, деформируемость, хрупкость, намагничиваемость, твердость и шероховатость поверхности и т.д.);
Алгоритм проектирования захватных устройств

Рис. 4.1. Алгоритм проектирования захватных устройств

  • геометрическая форма (предметы с одним, двумя или тремя характерными размерами) и внутренняя структура (сплошные или полые предметы, наличие выступов, отверстий и т.п.);
  • соответствие виду выполняемой операции (загрузка-выгрузка, фиксация на базах, упаковка, штабелирование);
  • начальное и конечное расположение ПП в выдающем и принимающем устройствах (положение и ориентация, точность установки);
  • поверхности контакта ПП с ЗУ (зоны захвата, устойчивость положения);
  • действующие силы (инерция, сила тяжести, допустимое давление на поверхность ПП).

Рабочие характеристики промышленного робота и, особенно, максимально переносимая масса (т.е. совокупная масса ЗУ и объекта манипулирования), скорости перемещений по степеням подвижности и погрешность позиционирования руки ПР, тип привода, конструкция места крепления ЗУ приведены в ГОСТ 4.480—87.

Траектория перемещений объекта манипулирования устанавливается прочерчиванием, исходя из принципов наименьшего пути и минимизации числа степеней подвижности робота. Она и зависит от формы, размеров и расположения рабочих зон обслуживаемого оборудования, числа роботизированных позиций и планировки комплекса, а также от способа подачи объекта на позицию загрузки и его положения на ней. По принятой траектории наименьших перемещений уточняют структурно-кинематическую схему робота, выбирают его компоновку и устанавливают величины рабочих ходов, относительные перемещения и соотношение длин отдельных звеньев руки. При выборе величин рабочих ходов необходимо стремиться к возможному (в рамках принятого решения) увеличению площади и объема зоны обслуживания робота. Для получения оптимальной формы и объема рабочей зоны предусматривают программирование и (или) регулирование величин ходов и длин рабочих звеньев руки манипулятора.

Для роботов, работающих в декартовой и полярной (цилиндрической и сферической) системе координат, увеличение рабочих ходов руки прямо пропорционально возрастанию площади и объема зоны обслуживания.

Для роботов с многозвенной рукой, работающих в ангулярной (цилиндрической или сферической) системе координат, площадь и объем зоны обслуживания зависят от соотношения длин и относительных угловых перемещений звеньев руки.

При проектировании роботов с двухзвенной рукой, работающих в ангулярной системе координат, по результатам исследований автора рекомендуется [10] принимать относительные углы поворота аир звеньев в пределах 90... 120° (рис. 4.2). Оптимальным является начальный угол р0 между звеньями, равный 120... 150°. По отношению к начальному звену Г длина конечного звена г2 должна быть больше на 15...30%.

Схема к расчету длин и углов поворота звеньев шарнирной двухзвенной руки манипулятора

Рис. 4.2. Схема к расчету длин и углов поворота звеньев шарнирной двухзвенной руки манипулятора

Скорости перемещений конечного звена манипулятора при отработке отдельных степеней подвижности устанавливают в соответствии с требуемой производительностью и для обеспечения минимального времени рабочего цикла. Скорости перемещений зависят от траектории перемещений объекта, планировки комплекса, ограничений по времени возможных простоев оборудования, от количества рук и захватных устройств. Для уменьшения динамических нагрузок целесообразно принимать по возможности наименьшие значения скоростей, добиваясь минимального времени рабочего цикла за счет одновременной отработки перемещений звеньев по всем координатам.

Погрешность позиционирования конечного звена манипулятора определяет точность манипуляционных действий.

Необходимо рассматривать два вида погрешности позиционирования: допустимую технологическую и конструктивную.

Допустимая технологическая погрешность позиционирования на конечном звене манипулятора (максимально допустимая погрешность) определяется требованиями к точности выполнения основной технологической операции или максимально возможным отклонением детали от базирующих поверхностей приспособления, фиксирующего деталь в рабочей зоне обрабатывающей машины, при котором еще обеспечиваются правильное базирование и надежное закрепление объекта обработки и технологические требования к точности выполняемой операции.

Так, при загрузке центровых и патронных станков деталями типа тел вращения отклонение оси симметрии детали от оси шпинделя станка не должно превышать половины диаметра ее центрового отверстия, когда еще гарантируются правильный зажим и надежное позиционирование детали в патроне или центрах станка. В противном случае центры станка не попадают в центровые отверстия вала, а при закреплении в патроне деталь может быть зажата кулачками с перекосом и существенным смещением относительно оси шпинделя станка. Если фактическая величина смещения оси детали превышает допустимую, то обработка невозможна, поскольку либо не будет обеспечена требуемая точность обработки, либо деталь выскочит из зажимного приспособления.

При выполнении основных технологических операций (сварки, окраски и т.п.) значительная погрешность позиционирования и низкая ее повторяемость могут привести к невозможности выполнения работы.

В каждом конкретном случае линейная ± AS мм и угловая ± Да° составляющие погрешности позиционирования конечного звена манипулятора, допустимые по условиям протекания технологического процесса обработки и базирования детали, могут быть определены прочерчиванием или расчетом (рис. 4.3) [10, 15].

Схемы для расчета технологической погрешности позиционирования конечного звена манипулятора при базировании детали

Рис. 4.3. Схемы для расчета технологической погрешности позиционирования конечного звена манипулятора при базировании детали: а — в центрах; б — патроне; в — в тисках станка

При базировании в центрах (рис. 4.3, а):

При базировании в патроне (рис. 4.3, б):

При базировании в тисках (рис. 4.3, в):

где d0, D и daдиаметры центрового отверстия, патрона и детали соответственно; Lx — расстояние между центрами; /д— длина детали, /, — максимальный зазор от торца детали до заднего центра, поджимающего ее к зеркалу патрона; (В2 — Ь2) и (L2 /2) соответственно суммарные зазоры между поверхностями тисков и деталью; Кг коэффициент запаса, принимаемый 1,2... 1,3.

При штамповке допустимая технологическая погрешность позиционирования:

где С — минимально допустимый суммарный зазор между поверхностью поковки и штампом; г — радиус закруглений поковки; ау угол штамповочного уклона; П — положительный допуск на штамповку.

При дуговой сварке допустимая технологическая погрешность позиционирования (рис. 4.4, а):

где d, — диаметр электрода сварочной горелки; ас — угол наклона электрода при сварке.

При контактной точечной сварке допустимая технологическая погрешность позиционирования определяется требованиями ГОСТ 15878—79. Отклонение реального положения сварочной точки от номинального положения определяется отклонением размера В/2 (рис. 4.4, б) по квалитету js 17, где В — размер нахлестки листов.

Схема к определению технологической погрешности позиционирования промышленного робота при сварке

Рис. 4.4. Схема к определению технологической погрешности позиционирования промышленного робота при сварке: а — дуговой; б — контактной точечной

Значения В и отклонений В/2 по квалитету js 17 в зависимости от толщины S свариваемых листов приведены в табл. 4.1.

Зависимость погрешности позиционирования при контактной точечной сварке от толщины свариваемых листов (см. рис. 4.4, б)

Таблица 4.1

Толщина свариваемых листов S, мм

В, мм

Отклонение В/2 по квалитету js 17 на величину Д_ мм

0,3

6

+ 0,6

0,4

7

0,4...0,6

8

0,6...0,7

9

О

о

оо

10

о

о

11

±0,75

1,0...1,3

13

1,8...2,2

17

2,2...2,7

19

2,7...3,2

21

+ 0,9

3,2...3,7

24

Конструктивная погрешность позиционирования рабочего органа определяется комбинационным сочетанием погрешностей позиционирования звеньев исполнительной механической системы и может быть представлена как шестимерный вектор:

где А0 п — матрица передаточных отношений погрешности «-го звена к вызываемым ими погрешностям позиционирования рабочего органа; Д„— погрешность позиционирования «-го звена.

С помощью последнего выражения по известным погрешностям позиционирования Дп звеньев можно найти погрешность позиционирования рабочего органа ПР. При проектировании приходится решать обратную задачу — выбрать допустимые погрешности звеньев Дп, обеспечивающие заданную погрешность позиционирования рабочего органа Д0.

На практике принимают заданную конструктивную допустимую погрешность позиционирования рабочего органа робота не больше половины допустимой технологической погрешности позиционирования:

при этом

где |Ло|„ — составляющая конструктивной допустимой погрешности позиционирования рабочего органа робота, вызванная погрешностями л-го звена.

Конструктивную погрешность позиционирования при обслуживании технологического оборудования и сборке можно существенно уменьшить подачей конечного звена манипулятора на жесткий упор (при этом используют различные демпферы: пневматические, гидравлические, пружинные, исключающие ударные нагрузки) или за счет применения средств адаптации. При сборке для корректировки погрешности позиционирования применяют различные методы и специальные устройства ориентирования сопрягаемых деталей и корректировки их взаимного положения [И].

Жесткость — способность робота сохранять свою геометрическую форму под нагрузкой и при выполнении движений. Способы обеспечения жесткости — установка ПР на массивном основании, закрепление на фундаменте, использование прецизионных подшипников в соединениях звеньев, закаленных червячных передач в конструкциях захватных устройств и механизмах локальных перемещений ЗУ. Конструкция роботов представляет собой пространственно-незамкнутые стержневые системы с высокой кинематической подвижностью исполнительных звеньев. Для таких систем главными критериями расчета являются жесткость и динамическая устойчивость конструкции, от которых в значительной степени зависят точность позиционирования, быстрота перемещения деталей (производительность) и их

масса.

Жесткость, приведенная к концу рабочего органа манипулятора, — сопротивление рабочего органа смещению под действием приложенных сил. Выражается отношением силы, приложенной к рабочему органу, к перемещению, вызванному этой силой. В самом первом приближении можно задаться минимально допустимой величиной жесткости /д на конечном звене манипулятора в виде:

где Р — грузоподъемность робота; 5Д — его максимально допустимая податливость.

Если направление силы и измеряемой деформации совпадает, то жесткость робота в направлении каждой координатной оси соответственно будет Jx, Jy, Jz. Для промышленных роботов характерна большая податливость звеньев в направлениях, не совпадающих с направлением действующей силы. Жесткость в таких случаях обозначают Jxy, Jxz, Jyx, Jyz, Jzx ~, где первая буква указывает на направление измерения жесткости, а вторая — на направление действующей силы (например, Jxz — жесткость в направлении оси X от силы, приложенной в направлении оси Z).

Суммарная жесткость конструкции робота состоит из собственной и контактной жесткости. Собственная жесткость учитывает деформацию отдельных звеньев: стойки, плеча, захватов и т.п.

Контактная жесткость в основном учитывает деформацию в стыках опор подвижных звеньев робота. Роль собственной и контактной жесткости в конструкции робота одинаково велика.

При конструировании роботов важно достичь не только требуемой суммарной жёсткости, но и необходимо правильно распределить ее между отдельными звеньями с учетом их влияния на величину общего смещения конца руки робота. Это позволит снизить металлоемкость конструкции и повысить ее динамическую устойчивость.

Податливость — свойство робота, позволяющее его конечному звену и (или) рабочему органу механически смещаться под действием приложенной силы. Позволяет компенсировать погрешности позиционирования деталей при сборке или установке в ложементы и фиксаторы. Способствует точной подаче деталей «на упор». При этом:

Выбор способа захватывания (клещи, вакуумные и магнитные присоски) и способа удержания объекта манипулирования во время его переноса определяется условиями работы, а также характеристиками и свойствами объектов манипулирования, их ассортиментом и типоразмерами. Основные типы ПП представлены в табл. 2.1...2.3 главы 2, где приведены и примеры конструкций ЗУ, рекомендуемые для манипулирования различными группами деталей.

  • [1] Механические ЗУ, предназначенные для работы с горячими заготовками при автоматизации кузнечно-прессовых операций и обслуживания нагревательных печей, должныиметь минимальное число подвижных поверхностей (шарниров, кулис); конструкцияшарниров и пальцев ЗУ должна быть жаропрочной и предусматривать охлаждение, исключающее образование окалины.
 
Посмотреть оригинал
 

Популярные страницы