РефератАдаптивные сборочные РТК
1. ПРс адаптивным управлением
В том случае,когда требуется особо высокая точность взаимного положения собираемыхэлементов, сборочные ПР оснащают системами адаптивного управления. ПР садаптивным управлением работает следующим образом: сначала производятся грубыеи быстрые перемещения рук ПР по заданной программе, а затем точные перемещениясоединяемых деталей с использованием обратной связи. При применении ПР садаптивным управлением необходимость в строгом предварительном ориентированиидеталей в значительной степени снижается. Такие ПР обеспечивают значительноеповышение точности позиционирования устанавливаемых деталей, поскольку онимогут получить информацию об окружающей их обстановке, переработать ее в блокеуправления и соответственно отреагировать.
При этом используютсяразличные устройства взаимного ориентирования, когда управление ПРосуществляется датчиками на основе полученной ими информации о силах имоментах, действующих в процессе соединения деталей.
В настоящеевремя широкое применение нашли устройства, в которых метод статическоговоздействия основан на показаниях датчиков, например тензодатчиков, индуктивныхи др. Работа этих устройств в определенной мере напоминает сборку вручнуюощупыванием, когда сенсорные элементы пальцев определяют величину и направлениереакции, возникающей при сопряжении, вследствие чего появляется возможностьустранить смещение и провести сборку. Такие ориентирующие устройства получилиназвание ощупывающие.
Хорошозарекомендовали себя также пневматические и фотоэлектрические устройствавзаимного ориентирования. Разрабатываются и внедряются в производствотелевизионные ориентирующие устройства, голографические, экстремальные.2. Ориентирование ощупыванием
Одно изустройств такого принципа действия было разработано фирмой Hitachi (Япония).Устройство входит составной частью в сборочный манипулятор типа HI-T-HAND. Привведении сопрягаемых деталей в контакт по торцам может возникнуть перекос вала,направленный в сторону отверстия. Чувствительные элементы, обычно тензодатчики,регистрируют этот перекос, выдавая на исполнительные механизмы сигналы накорректировку положения вала.
В подобныхустройствах в качестве датчиков очувствления (датчиков обратной связи) можноиспользовать различные преобразователи. Например, пневматические струйныепреобразователи, преобразователи типа сопло-заслонка. В последних модификацияхманипуляторов в процессе ориентирования перемещаются обе сопрягаемые детали,что делает систему ориентирования более гибкой.
Определитьвозникшее угловое смещение можно также с помощью индуктивных преобразователей.Принцип действия их заключается в том, что одновременно измеряются два выходныхпараметра при перемещениях подвижной части преобразователя в двух направлениях.Этот преобразователь состоит фактически из двух перпендикулярно расположенныхдруг к другу индукционных преобразователей, имеющих один общий якорь. Якорьподвешен в центре шаровой оперы и имеет две степени свободы.
Дляопознавания смещения деталей можно использовать также электроконтактныепреобразователи. 3. Пневматические устройства
На рис. 2.6показана конструкция устройства относительного ориентирования. Деталь 6подводится снизу под захват, укрепленный с помощью плоских пластинчатых пружин19 и 24 к мембранным приводам 22 и 14. Сверху на колонне 16 размещена консоль1, несущая толкатель 2. Толкатель выводит валик 4 из лотка 3 и вводит его взахват между губками 7 и 5. Губки поворачиваются друг относительно друга на оси8 и сжимаются пружиной 9.
Если валик 4,перемещаясь вниз, не попадает в отверстие детали 6, а упирается в ее торец, тотолкатель 2 смещается относительно консоли вверх и открывает золотник (нарисунке не показан), который открывает подачу сжатого воздуха в распределитель17. Последний связан с воздушной магистралью посредством штуцера 18.
Из верхнейполости распределителя воздух поступает через входные сопла 29 в отсеки 23, азатем в полости мембранных приводов 22 и 14 по шлангам. Кроме того, из отсеков23 воздух поступает о выходные отверстия 25-28, выполненные в губках 5 и 7.Соединения выполнены так, что выходные отверстия 26 и 28 связаны шлангами сполостями привода 14, а отверстия 25 и 27 — с полостями привода 22.
В зависимостиот расположения валика 4 поступление воздуха через отверстия 25-28 будетразличным и, следовательно, силы, действующие на мембраны приводов 14 и 22,также будут различными. Штоки 21 этих приводов, перемещаясь в результатеразности давлении в их полостях, подводят валик к отверстию.
Послецентрирования валик под действием толкателя 2 входит в отверстие. Собранныедетали отводятся после сборки вниз или вправо, губки раскрываются, пропускаявалик. При отводе собранных деталей вниз толкатель остается в крайнем нижнемположении, не давая валику выйти из отверстия. Когда детали удалены, консоль столкателем уходят вверх, воздух из приводов стравливается. На место валика 4 полотку 3 выходит новый валик, а на место детали 6 подается другая деталь. Циклповторяется.
Данноеустройство может первоначально устанавливать захват по центру отверстия. Послеэтого толкатель вводит в захват валик, который сразу попадает в сопрягаемоеотверстие. Если сборка по какой-либо причине не произошла, толкательостанавливается, сжав предохранительную пружину, расположенную в консоли. Переналадкаустройства состоит в смене губок.
4. Фотоэлектрические устройства
В настоящеевремя разработаны разные по конструкции и принципу действия фотоэлектрическиеустройства относительного ориентирования, обеспечивающие сборку различных поразмеру и по форме деталей. Они характеризуются высокой надежностью иточностью.
Простейшаяпринципиальная схема ориентирования изображена на рис. 2-7.а Согласно схеме,световое пятно от источника 1 фокусируется оптической системой 2 на поверхностидетали (втулки) 3 и после отражения направляется системой 4 на фотоэлемент 5.При смещении детали влево (вдоль оси X) в некоторый момент времени прекращаетсяпоступление света на фотоэлемент. Это вызывает срабатывание исполнительногоприводного органа, перемещающего базу (на рисунке не показана), на которойнаходится втулка.
Использованиеаналогичной схемы, при которой деталь перемещается вдоль оси У, позволяетрасположить центр отверстия втулки в строго заданном положении. Схемаконструкции такого устройства представлена на рис. 2.7, б. В этой конструкцииисточник света 1 с оптической системой 2, а также элемент 5 с системой 4размещены на кронштейнах захватов 6, удерживающих вал 7. Устройство определяетположение сопрягаемого с валом отверстия втулки 3 и через систему промежуточныхпреобразователей и двигателей выводит вал в положение, при котором возможносоединение деталей. Фокусировка светового луча на торце втулки производится спомощью этого же устройства и основывается на экстремальном методе контроля.
5. Акустические устройства
Определениеотносительного положения собираемых деталей с помощью акустических средствможет осуществляться самыми разнообразными путями. В одном из таких устройствотносительное положение деталей регистрируется и оценивается с помощью группыдетекторов (микрофонов или акустических головок), включенных в системууправления положением деталей (рис. 2.8). На кронштейнах 3, прикрепленных кзахвату 5, установлены на равных расстояниях от захвата микрофоны (акустическиеголовки) 2 и 7, включенные в систему управления по дифференциальной схеме.Аналогичные микрофоны располагаются также в плоскости, перпендикулярной кплоскости чертежа и проходящей через ось захвата, в котором располагается валик6. Привод 4 перемещает захват с валиком вниз по стрелке А, Он сообщает захватуосевые колебания с амплитудой 0,1 мм. В момент встречи валика с втулкой 1,например в точке О, возбуждается акустическая волна, которая при приведенном нарисунке относительном положении валика и втулки достигает головки 2 раньше, чемголовки 7. Суммируемый в устройстве сравнения сигнал вырабатываетсоответствующие команды, включающие исполнительные механизмы, устраняющиеобразовавшееся смещение.
Управляющийсигнал в устройстве сравнения определяется фазой сигналов в головках 2 и 7 и еезнаком. Аналогично действует система ориентирования и в направлении,перпендикулярном к рассмотренному. Причем исполнительные механизмы, устраняющиесмещение, действуют до тех пор, пока сигнал в устройстве сравнения не станетравным нулю, что означает совмещение осей собираемых деталей поданнойкоординате. Затем привод вертикальной подачи вводит валик в отверстие втулки.
Данноеустройство может иметь в качестве чувствительных органов, опознающих смещение,пьезоэлектрические элементы, вмонтированные непосредственно в захват ирасположенные накрест.
6. Инфракрасные устройства
Устройстватакого типа характеризуются высокой чувствительностью и простотой реализации.Схема устройства с приемником инфракрасного излучения представлена на рис. 2.9.Сопрягаемая с валом 2 деталь 3 располагается на сборочной позиции надприемником инфракрасного излучения, а вал 2 — в захвате головки 1, управляемойисполнительными механизмами ИМ, которые обеспечивают движения по четыремкоординатам: трем линейным X, У и Z и одной угловой />.
Тепловоеизлучение от торца вала через линзу 5 попадает на приемник излучения 6, которыйчерез усилитель 7 связан с оптимизатором (экстремизатором) 8, управляющимисполнительными механизмами ИМ.
Захваченныйголовкой вал при перемещении на сборочную позицию перемещается над нагревателем4, который, посылая кратковременные тепловые импульсы, нагревает торец на 5-10° выше температуры окружающей среды. Затем вал размещается над позициейсборки.
Тепловоеизлучение вала фиксируется приемником 6, причем величина этого излучениязависит от относительного положения вала и отверстия в детали 3. При наличиисмещения сопрягаемых поверхностей выходной сигнал ниже, чем в ориентированномположении, т. е. характеристика регистрируемого приемником излучения имеетэкстремальный характер.
Первоначальноустройство ИМ/>ориентирует вал относительноотверстия по углу поворота />, а после этого включаются приводыИМХ, и ИМУ, ориентирующие вал по координатам X и У. Процесс ориентирования покаждой из координат прекращается в тот момент, когда экстремизатор зафиксируетмаксимальную за данный цикл интенсивность излучения от торца вала. По окончанииориентирования исполнительный механизм HMZ вводит вал в отверстие детали 3, исобранная сборочная единица удаляется. На этом цикл сборки заканчивается.
Поскольку всистему введен экстремизатор, изменение температуры излучающего торца никак несказывается на точности измерений. Следует отметить, что выпускаемыепромышленностью радиометры, предназначенные для дистанционного измеренияинтенсивности светового излучения разных объектов, могут быть использованы дляцелей относительного ориентирования. В состав радиометров входят такиеэлементы, как приемник, оптическая система, фокусирующая излучение детали начувствительную площадку приемника, электронная схема, служащая дляпреобразования, усиления и измерения сигнала с выхода приемника.
/>
Рис. 2.6 — Пневматическоеустройство относительного ориентирования
/>
Рис. 2.7 — Ориентированиефотоэлектрическим методом: а – схема ориентирования; б – креплениеориентирующих органов к захвату
/> />
Рис. 2.8 — Схемаакустического Рис. 2.9 — Схема инфракрасного
ориентирующегоустройства устройства для ориентирования
7. Телевизионныеустройства
Как и ранеерассмотренные, телевизионные устройства относительного ориентирования относятсяк группе бесконтактных устройств универсального действия. Схема одного из нихприведена на рис. 2.10. Устройство используется для определения положенияцентра отверстия сопрягаемой с валом детали, выдачи соответствующих сигналов наисполнительные механизмы сборочной головки и корректировки ее положения.
Устройствосодержит передающую телевизионную трубку 3, соединенную своим выходом через усилитель-формирователь10 с триггерами 2, 7 и 16. При подаче питания на устройство триггер 16автоматически устанавливается в состояние «0». Напряжение низкого уровня сэтого триггера размыкает ключ 11, и сигнал, поступающий на его вход с резистораR1, на выходе отсутствует. Таким образом, обеспечивается работа в режимепоиска. В этом режиме генераторы 4 и 5 вырабатывают отклоняющие токисимметричной треугольной формы с частотами близкими, но не равными но величине.Амплитуды этих токов подбираются таким образом, чтобы скорости движениясканирующего пятна относительно осей X и У были одинаковыми. При этом пятнодвижется всегда под углом к осям X или У, описывая крестообразный растр.Траектория 19 пятна представлена на рис. 2.10, б.
Работагенераторов 4 и 5 (рис. 2.10, а) основана на интегрировании напряжения,поступающего с триггеров-расширителей 2 и 7. Когда токи в отклоняющих катушках8 и 9 достигают верхнего порогового уровня, срабатывают пороговые устройства 7и 6, триггеры опрокидываются и отклоняющие токи начинают убывать. Придостижении отклоняющими токами нижнего порогового уровня снова срабатываютпороговые устройства, и процесс повторяется.
В момент t1сканирующее пятно попадает на торец втулки 20 (рис. 2.10, б) и на выходеусилителя-формирователя возникает отрицательный импульс, опрокидывающий триггер16 (рис. 2.10, а) и переводящий его в состояние «1». Напряжение высокого уровняоткрывает ключ 11. Благодаря этому возникает взаимная связь между генераторамиразвертки 4 и 5, и устройство переходит в режим слежения. Так как отрицательныйимпульс с усилителя-формирователя не воздействует на триггеры 2 и 7,сканирующее пятно продолжает свое движение внутри отверстия втулки в прежнемнаправлении. В момент t2 (рис. 2.10, б), когда пятно начинаетвыходить из проекции, на выходе усилителя-формирователя отверстия создаетсяположительный импульс, который опрокидывает триггеры.
В результатесканирующее пятно меняет направление своего движения на противоположное, т.е.на 180°. При этом на резисторах R1 и R2 (рис. 2.21, а) формируются напряжениятреугольной формы U0x и U0y. Напряжение U0x проходит через ключ 11 на схемусравнения 13, которая вырабатывает положительные импульсы в моменты t3,t6 и t9, когда нарастающее напряжение U0y проходит черезсвое среднее значение. Эти импульсы через смеситель 12 поступают на триггер 2 иопрокидывают его. Так как триггер 7 остается при этом в прежнем состоянии, тонаправление движения пятна в моменты t3, t6 и t9меняется на 90°. В моменты же t7 и t8 oбa триггераопрокидываются под действием положительных импульсов, поступающих сусилителя-формирователя, и направление движения пятна меняется на 180°.
Благодаряэтому в установившемся режиме траектория 19 перемещения пятна будетпредставлять собой крест, центр которого лежит в центре отверстия втулки, алучи упираются в края отверстия. Причем напряжения формы U0x и U0y, снимаемые свыходов фильтров низких частот 15 и 18, соответствуют координатам центраотверстий. Кроме того, перепад напряжений формы U0x и U0y пропорционален угловомуразмеру отверстия. Напряжение Uz, получающееся на выходе цепочки, состоящей издетектора 14 и фильтра нижних частот 17, характеризует угловой размеротверстия. Управляющие напряжения формы U0x и U0y через усилители подаются наисполнительные механизмы, выводящие головку с сопрягаемыми валиками вположение, определяемое этими сигналами.
8. Голографические устройства
Одними изнаиболее универсальных и перспективных устройств относительного ориентированияявляются голографические устройства, которые получают широкое распространение вразличных механизмах, в том числе в устройствах для определения координатдеталей. Подобная ориентирующая система дает подробную интегральнуюхарактеристику относительного расположения и обладает высокой точностью.Особенно целесообразно ее использование при комплексной сборке агрегатов, атакже при сборке сборочных единиц, у которых положения сопрягаемых деталейпространственно разнесены. Существенной особенностью данного метода являетсято, что интерферограмма топографического изображения несет информацию оперемещениях ориентируемой детали по всем координатам.
Голографияпредставляет собой процесс записи оптических сигналов, несущих информацию онаблюдаемых эффектах, и получения их плоских или объемных изображений.Голографическая запись отличается тем, что в ней, кроме фиксации амплитудысветовых лучей, фиксируются также и фазовые соотношения между этими лучами,одновременно осуществляется запись пространственной структуры световых волн.Для получения голографического изображения деталей необходим когерентныйисточник света, облучающий их. Такими источниками являются оптические квантовыегенераторы.
Схемаустройства, основанного на данном методе, приведена на рис 2,11, а. Вал 4прямоугольного поперечного сечения находится в захвате 2, а сопрягаемая с нимдеталь 5 — на координатном столике 6. Столик приводится в движение блокомисполнительных механизмов 7 по трем координатным осям, которые могут перемещатьстолик с деталью 5 вдоль двух координатных осей X и У и поворачивать вокругвертикальной оси Z по углу /> (рис. 2.11, б). В силупогрешностей базирования и позиционирования в сборочной системе накапливаютсялинейные и угловые относительные смещения сопрягаемых деталей, препятствующиесопряжению.
/>
Рис. 2.10 — Телевизионноеустройство для определения положения центра отверстия собираемой детали: а –схема устройства; б – траектория движения сканирующею пятка
/>
Рис. 2. 11 — Относительное ориентирование деталей голографическим методом: а – схемаустройства; б – деталь установлена правильно; в – деталь смещена вдоль оси X; г– деталь смещена вдоль оси Y; д – деталь смещена вдоль обеих координатных осей
Первоначальнопри настройке деталь 5 исполнительными механизмами выводится в строгоориентированное положение, а вал располагается на таком удалении, чтобы можнобыло получить голограмму поверхности детали 5. Голограмма записывается насветочувствительной пленке, размещенной в кассете 10, которая находится передэкраном телевизионной передающей камеры 11.
Полученнаяголограмма является эталонной. После проявления она опять устанавливается вкассете на прежнее место.
Установкаголограммы производится с использованием метода интерференции, для чегополучают изображение реальной детали 5, облучая ее когерентным лучом исравнивая его перед телевизионной камерой 11 с восстановленным по эталоннойголограмме изображением. Если данные изображения не совпадают (это означает,что эталонная голограмма установлена неправильно, поскольку собираемые деталинаходятся в эталонном ориентированном положении), на входном экране камеры 11появляется интерференционная картина, наложенная на изображение детали 5.
Даннаяинтерференционная картина преобразуется передающей камерой в электрическиесигналы, которые в режиме настройки поступают только на телеэкран 12, где сновапреобразуются в оптическую информацию (интерференционную картину). Наблюдая заизменением интерференционной картины на экране, выставляют эталонную голограммув такое положение, при котором интерференционная картина исчезает, чтосоответствует точному совпадению изображений восстановленного с голограммы иреальной детали, находящейся в ориентированном положении.
На этомнастройка ориентирующего устройства заканчивается, и телевизионный экранвыключается. Собираемые детали, находившиеся в ориентированном положении, сосборочной позиции удаляются.
Рабочий режимначинается с подачи на сборочную позицию деталей 4 и 5, причем вал удерживаетсяв захвате 2 неподвижно, а деталь 5 может перемещаться вместе со столом 6. Вобщем случае она располагается относительно вала с некоторым смещением. Для еговыявления торец детали облучается когерентным потоком света из лазерного источника.При этом в плоскости эталонной голограммы, находящейся в кассете 10, возникаетголограмма данной реальной детали. Поскольку она смещена, голограмма реальнойдетали и голограмма детали эталонного положения не совпадают.
Наложениеэтих голограмм образует интерференционную картину, которая появляется наизображении детали 5. Камера 11 преобразует оптическую информацию, содержащуюсяв интерференционной картине, в сигналы, необходимые для работы ЭВМ 8.
Анализинтерференционной картины позволяет определить величину и направление смещенияориентируемой детали относительно ее эталонного положения, зафиксированного наголограмме.
При любойформе детали интерференционные картины имеют вид, показанный на рис. 2.11, в-д.На рис. 2.11, в показаны интерференционные линии (полосы) при смещениях тольковдоль оси X, на рис. 2.11, г — только при смещениях вдоль оси У, на рис. 2.11,д — при одновременных смещениях вдоль обоих координат X и У. При смещенияхвдоль осей X, У и угловом смещении /> интерференционные линиипредставляют собой более сложные кривые на изображении детали, например формудуг.
Количественноймерой величины относительного смещения детали 5 от ее эталонного положения(помимо качественной — наличия интерференционных полос) является частота(густота) этих полос. При движении детали в направлении увеличения ее смещениячастота полос возрастает.
Выводориентируемой детали в нужное положение осуществляется методом экстремальногоуправления. Процесс ориентирования начинается с устранения углового смещения.Для этого ЭВМ запоминает интерференционную картину, соответствующую исходномуположению детали (определяет частоту и кривизну полос). Далее ЭВМ осуществляетс помощью исполнительного механизма (ИМР) пробный угловой шаг, поворачиваядеталь вокруг оси в случайном направлении, и анализирует интерференционнуюкартину, получившуюся в конце пробного шага.
Если при этомкривизна и частота полос увеличились, следовательно, пробный шаг был сделан вневерном направлении, и ЭВМ посылает на ИМ команду сделать шаг впротивоположном направлении. Если пробный шаг привел к уменьшению кривизны ичастоты полос, то рабочий шаг ЭВМ делает в этом же направлении.
Помимоголографического интерференционного сравнения, можно проводить сравнениеголограмм непосредственно в ЭВМ. Для этого эталонная голограмма не записываетсяна фотопластинке, а вводится в память ЭВМ, которая сравнивает голограммыдействительных положений ориентируемых деталей с эталонной голограммой.Анализируя их, ЭВМ посредством исполнительных механизмов выводит деталь вположение, необходимое для последующего сопряжения.
Устройствопозволяет без переналадок ориентировать и собирать детали разнообразных форм иразмеров, причем детали могут быть выполнены из разных материалов, в том числеи прозрачных. Переналадка устройства заключается в замене одной эталоннойголограммы на другую.
Устройства голографическоготипа могут быть построены не только по оптическому, но и по акустическомупринципу. В устройствах относительного ориентирования могут быть такжеиспользованы средства СВЧ и цифровой голографии.
9. Самонастраивающиеся экстремальные устройства
С точкизрения технической кибернетики, собираемые детали можно рассматривать какнекоторый объект, подлежащий управлению, причем регулируемыми и регулирующимивеличинами одновременно являются в данном объекте пространственные координатыодной из собираемых деталей при постоянных координатах другой или же координатыобеих деталей.
Одним изсамых эффективных способов автоматизации сборки сложных по форме деталейявляется экстремальный способ относительного ориентирования. К преимуществамэкстремального относительного ориентирования с самонастройкой следует отнестито, что датчики определения относительного положения деталей убираются спозиции сборки, поскольку ими являются сами собираемые детали, а к сборочнойпозиции примыкают только выходные элементы исполнительных механизмов. При этомвся схема управления выносится в сторону. Изменение размеров собираемых деталейили их формы не требует перенастройки, так как в каждой новой паре собираемыхдеталей устройство экстремального ориентирования осуществляет подбор новыхзначений координат, при которых смещения сопрягаемых поверхностей равны нулю.Такие устройства легко сопрягаются с ЭВМ. В данном случае ЭВМ, помимо задачконтроля, выполняет автоматическое управление процессом относительногоориентирования деталей. Наконец, подобные устройства хорошо компонуются сосборочными манипуляторами.
Приреализации этого способа изменение регулируемых координат собираемых деталей спомощью преобразователей, к которым относятся сами детали, преобразуются всоответствующие выходные параметры, имеющие однозначные экстремальные зависимостиот относительного положения (от ошибок относительного ориентирования) деталей.Выходными параметрами, т. е. физическими носителями информации об относительномположении собираемых деталей, являются, как правило, электрическая емкостьмежду их торцами или магнитные характеристики — магнитное сопротивлениеторцевого зазора, эффективная магнитная проницаемость либо пневматическоесопротивление стыка деталей. Причем экстремальные значения выходных параметровпреобразователей соответствуют необходимому для последующей сборкиотносительному ориентированному положению собираемых деталей.
С каждойновой собираемой парой деталей 1 и 2 требуемые экстремальные значения дрейфуюткак по линейным координатам X, Y, Z, так и по угловой (относительновертикальной оси Z) координате /> . Это определяется погрешностямиизготовления, базирования и позиционирования деталей. Устройство постоянноотыскивает экстремальные значения выбранного выходного параметра. Такимобразом, осуществляется самонастройка (адаптация) на новое ориентированноеположение.
В зависимостиот типа носителя информации используется емкостный, индуктивный, индукционный,пневматический или иной экстремальный преобразователь относительного положениядеталей, выходные параметры которого преобразуются затем в сигналысоответствующей природы, необходимой для последующей обработки в системеэкстремального управления. Так, например, относительные изменения валкости,образованной торцами собираемых деталей, преобразуются в напряжение переменноготока.
В подобныхустройствах имеются экстремальные преобразователи относительного положениядеталей в промежуточные параметры, имеющие экстремальные зависимости (ими могутбыть, например, емкость, индукция, индуктивность) и последующиепреобразователи, преобразующие изменения промежуточных параметров в сигналыудобного для дальнейшей обработки вида. Первыми экстремальнымипреобразователями являются непосредственно сами собираемые детали.
Сравнительнаях-ка устройств
Наиболееуниверсальными являются экстремальные, топографические и телевизионные. Ихиспользование наиболее целесообразно при сборке сложных сборочных единиц,состоящих из больших групп деталей, а также для сборки сложных соединений,например шлицевых. Оснащение ими исполнительных органов манипуляторов позволяетзначительно повысить их гибкость и реагирующие способности, т.е. в конечномитоге надежность работы и приспособляемость к изменяющимся условиям.
Устройства,работающие по методу ощупывания, пневматические или фотоэлектрические не такуниверсальны, но проще. Акустические и инфракрасные устройства занимаютпромежуточное положение.
Следует иметьв виду, что выбор ориентирующего устройства определяется не только возможностямиего переналадки, но и такими характеристиками, как точность и быстродействие. Сданной точки зрения пневматические, голографические или экстремальныеустройства позволяют достигнуть в ряде случаев точности ориентирования порядка 0,01 мм и выше (до 0,003 мм). Достаточно чувствительными являются также фотоэлектрические устройства.
В этом смыслеакустические устройства несколько обособлены, поскольку в них оцениваетсянаправление и наличие смещения, а не его величина. Однако подобная информацияпозволяет также направленно устранять смещение. Дискретность таких устройствзависит только от частоты подачи акустических сигналов и скоростиисполнительных органов.
Быстродействиебольшинства рассмотренных устройств весьма высокое и ограничивается в основномбыстродействием срабатывания исполнительных органов. Несколько меньше оно упневматических и акустических устройств, однако, вполне достаточно длябольшинства сборочных автоматов. При этом акустические устройства, какработающие в импульсном режиме, обладают очень малой зоной нечувствительности,что благоприятно сказывается на качестве работы ориентирующего устройства.Другие устройства из рассмотренных выше также могут работать в импульсномрежиме, но требуют для этого дополнительных органов.
Инфракрасныеустройства, как и экстремальные, характеризуются тем, что при окончаниипроцесса ориентирования их исполнительные механизмы совершают автоколебания смалой амплитудой относительно требуемого ориентированного положения, чтооблегчает соединение сопрягаемых деталей, так как устраняется трение.
Всерассмотренные устройства относительного ориентирования могут быть использованыпри разработке адаптивных сборочных РТК.
10. Типовые РТК сборки
Экспериментальныйсборочный РТК на базе ПР мод. РВ — 50Ф2 (рис. 2.12), созданный в ЭНИМСе,обеспечивает автоматическую сборку подшипниковой опоры комбайна. Собираемыйузел состоит из корпуса, крышки, двух резиновых манжет, подшипника, картоннойпрокладки, трех болтов (с шайбами).
/>
Рис. 2.12 — Экспериментальный РТК на базе ПР модели РВ — 50Ф2
Последовательностьсборки следующая: установка базовой детали (корпуса) в технологическоеприспособление; установка крышки в технологическое приспособление; запрессовкаманжеты в крышку; запрессовка манжеты в корпус; установка подшипников в корпус;установка картонной прокладки на корпус; сборка крышки с корпусом; установкатрех болтов (с шайбами), их наживление и завинчивание с требуемым усилием.
В состав РТКвходит следующее оборудование: ПР 2; магазины 5 сборочных инструментов,выполненные в виде пятипозиционных поворотных столов; рабочие сборочные позиции3, обеспечивающие установку и фиксацию основных деталей (корпуса и крышки);конвейер 4, подающий корпус и крышку на рабочую позицию; питатели 1.
Различаютконструкции, содержащие соответственно манжеты, подшипники, прокладки и болты(с шайбами).
Установкасменного сборочного инструмента на руке ПР, а также передача его на хранение втребуемые ячейки поворотного стола осуществляются автоматически. Для крепленияинструментов на руке ПР применена конструкция типа «байонет».
Процессвзятия из питателей деталей (кроме болтов с шайбами) однотипный:соответствующий сборочный инструмент осуществляет сканирование питателей сверхувниз и захватывает верхнюю деталь из стопы, для чего все захватные устройства иинструменты оснащены пневматическими струйными датчиками. Последние установленытаким образом, чтобы при подходе к верхней детали формировался сигнал напрекращение движения и захват детали.
Технологическийпроцесс сборки включает в себя две группы операций:
1)загрузочно-установочные — установка корпуса и крышки в соответствующие сборочныеприспособления (операции 1 и 2) и загрузка выходного магазина-накопителясобранными узлами;
2) сборочные- запрессовка резиновых манжет в корпус и крышку (операции 3 и 4); запрессовкаподшипника в корпус (операция 5), установка картонной прокладки на корпус(операция 6); установка крышки на корпус (операция 7); установка, наживление изавинчивание трех болтов с шайбами (операция 8).
Операции 1, 2и 3, 4 выполняются попарно с помощью одного комплекта сборочного инструмента, ипоэтому при переходе с одной операции на другую не требуется заменаинструмента. Во всех других случаях при переходе с одной сборочной операции надругую необходима автоматическая смена сборочного инструмента.
В составнабора сборочных инструментов входят: широкодиапазонный пневматический захватдля установки корпуса и крышки; запрессовщик резиновых манжет; запрессовщикподшипников качения в сборе; пневматический вакуумный захват для подачикартонных прокладок; гайковерт с пневматическим приводом.
Инструменты — запрессовщики резиновых манжет и подшипников, а также гайковерт позволяют вопределенных пределах компенсировать погрешности позиционирования сопрягаемыхдеталей.
Последовательностьработы ПР при реализации операций 1 — 8 следующая: взятие из магазинатребуемого сборочного инструмента; захват требуемой детали, выполнениетехнологической операции (запрессовка, установка и т. п.); установка обратно вмагазин сборочного инструмента (при выполнении операций 1, 2 и 3, 4 этого нетребуется).
Специальныедатчики на сменных сборочных инструментах контролируют наличие деталей всоответствующих магазинах и наличие детали в инструменте в процессе еетранспортирования.
Особыйинтерес представляет выполнение операции установки, наживления и завинчиваниятрех винтов (с шайбами) с требуемым усилием. В конструкции гайковерта,осуществляющего эту операцию, предусмотрен струйный датчик перемещений. С егопомощью обеспечиваются контроль попадания переносимого болта в резьбовыеотверстия крышки и корпуса изделия; синхронизация скорости поступательногодвижения ПР при завинчивании болтов и частоты вращения гайковерта; контролькачества сборки резьбового соединения. Гайковерт имеет насадку с постоянныммагнитом, которая может пассивно перемещаться вдоль оси гайковерта поддействием внешних возмущений. Определенная, исходно выбранная величина этогоперемещения регистрируется струйным датчиком. Если болт попадает в резьбовоеотверстие, то при поступательном движении вниз не происходит перемещениянасадки относительно гайковерта. В противном случае насадка начинаетперемещаться, что и регистрируется струйным датчиком, сигнал которогопоказывает, что оси болта и резьбового отверстия не совпали. Синхронизацияскорости поступательного движения ПР и частоты вращения гайковертаосуществляется при остановке насадки, т. с. при совпадении осей болта ирезьбового отверстия.
Кинематическаясхема сборочного РТК на базе ПР мод. РВ-50Ф2 показана на рис. 2.27.
РТК на базеПМР. На базе рассмотренных ранее промышленных минироботов (ПМР) разработано рядРТК. Один из них, РТК для сборки клапанов, изображен на рис2.28, а. Приразработке РТК использован ряд оригинальных решений, в том числе автоматическаясмена захватов, семь степеней подвижности, горизонтальный самоукладывающийсямагазин спутников и ряд других.
Работакомплекса заключается в следующем. Робот 1 типа ПМР-0,5-254-КПВ вавтоматическом режиме производит в определенной последовательности захваториентированных деталей из соответствующих устройств-накопителей (пружин 3,прокладок 4, клапанов 5, крышек 6), для чего осуществляется автоматическаясмена захватов (цангового 2, вакуумного 12 и клещевого 11) в кисти робота взависимости от обслуживаемого класса деталей. В магазине 9 установлены такжеинструменты и сборочное приспособление 10, на котором производится сопряжениесобираемых деталей. Пружины 3 подаются самоукладывающимся магазином спутников 7по направляющим 8. На базе робота пмр-0,5-254 кс, работающего в прямоугольнойсистеме координат, разработан комплекс для укладки заготовок постоянныхмагнитов в кассеты (рис. 2.28, б).
Первичноеориентирование заготовок магнитов 4 и подача их в зону обслуживания робота 1осуществляется в вибробункере 3. Выход лотка вибробункера снабжен отсекателем 5для поштучной выдачи деталей. Настройка робота 1 заключается в привязке координатрасположения платформы 2 робота (угол поворота), установке вибробункера 3 истойки 7, а также в подъеме кассеты б. Привод поворота кисти робота применяетсяв качестве привода установочного движения, используемого при настройке системы.В дальнейшем используются только возвратно-поступательные перемещения по тремкоординатам. После захвата крайней со стороны отсекателя 5 заготовки захватперемещается к дальнему гнезду первого ряда кассеты б и за счеттехнологического вертикального (вниз) перемещения захват устанавливаетзаготовку в гнездо кассеты. Одновременно отсекатель принимает очереднуюзаготовку и подает ее на позицию захвата. Эта заготовка укладывается впредпоследнее гнездо ряда. Когда заполнится весь ряд, каретка горизонтальногоперемещения робота смещается на один шаг, соответствующий переходу наобслуживание очередного ряда кассеты. После заполнения кассеты комплексавтоматически останавливается для смены кассеты.
/>
Рис. 2.27. Кинематическаясхема сборочного РТК на базе ПР мод. РП-50Ф2: 1 – правая рука для выполненияопераций, требующих значительных затрат мощности; 2 – левая рука(вспомогательная); 3 – вертикально рас положенные телекамеры; 4 – горизонтальнорасположенные телекамеры; 5 – телекамера на захвате ПР; 6 – фильтр пылесоса, 7– моторный блок; 8 – камера для пыли
/>
Рис. 2.28. КомпоновкаРТК: а – для сборки клапанов; б – для укладки заготовок постоянных магнитов вкассеты
Список литературы
1. Роботизированныетехнологические комплексы/ Г.И. Костюк, О.О. Баранов, И.Г. Левченко, В.А.Фадеев – Учеб. Пособие. – Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ»,2003. – 214с.
2. Н.П. Меткин, М.С. Лапин,С.А. Клейменов, В.М.Критський. Гибкие производственные системы. – М.:Издательство стандартов, 1989. – 309с.
3. Гибкие производственныекомплексы /под.ред. П.Н.Белянина. – М.: Машиностроение, 1984. – 384с.
4. Гибкое автоматическоепроизводство/под.ред. С.А.Майорова. – М.: Машиностроение, 1985. – 456с.
5. Иванов А.А. ГПС вприборостроении. – М.: Машиностроение,1988. – 282с.
6. Управлениеработотехническими системами и гибкими автоматизированными производствами/под.ред. Н.М.Макарова, – М.: Радио и связь, 1981, ч.3 – 156с.
7. Широков А.Г. Склады вГПС. – М.: Машиностроение, 1988. – 216с.