Типовые компоновки роботизированных технологических комплексов (РТК) сборки
Процессу внедрения промышленныхроботов (ПР) в производство предшествует этап технологической подготовки,связанный со спецификой использования робота. Эта специфика существеннымобразом отражается на компоновке оборудования РТСК. Возможны два вариантакомпоновки:
1) ПР встраивается всуществующую технологическую линию, когда требуется большая универсальностьсамого робота и наличие у него элементов адаптации, а также доработкатехнологического оборудования под применяемый тип робота;
2) ПР проектируется совместно стехнологической линией как составная часть сборочного технологическогооборудования.
Последний вариант наиболеерационален и перспективен, так как позволяет в максимальной степенииспользовать преимущества модульного принципа построения ПР и принципагрегатирования из унифицированных элементов при создании РТСК. Особое значениеэтот фактор имеет при разработке РТСК, учитывая разнообразие сборочныхпроцессов. Особенности роботизируемого процесса оказывают одновременно влияние ина кинематику обслуживающих роботов, и на размещение технологическогооборудования и компоновку ПСРТК в целом.
Путем анализа сборочныхопераций, выполняемых с применением ПР, получено четыре типовых вариантакомпоновки сборочных РТК, представленные на рис.1. Все РТК включают в себяследующие типовые элементы: ПР 2; рабочие позиции 4 (на которых выполняютсяоперации сборки); питатели 1 (служащие для подачи собираемых деталей вориентированном положении); магазины 3 с комплектами сборочных инструментов.
В РТК (рис.1, а) технологическийпроцесс сборки делится на две операции, причем операция 2 выполняется по двумпозициям. В связи с этим возникает необходимость в организации трех одинаковыхпозиций сборки для обеспечения требуемой производительности отдельных операций.Передача полуфабрикатов после выполнения операции 1 на позицию, где выполняетсяоперация 2, осуществляется (в таре) общецеховым транспортом. Такая компоновкаобеспечивает сокращение простоев оборудования и, как следствие, повышениепроизводительности РТК.
В РТК (рис.1, б) один ПРпоследовательно выполняет все операции сборки до получения полностью собранногоизделия. При такой компоновке используют универсальные ПР и рабочие позиции вцелях их быстрой переналадки при переходе на сборку другого изделия.
В РТК (рис.1, в) используютспециальные ПР упрощенной конструкции с небольшим числом степеней подвижности. Собираемыедетали перемещаются транспортером 5 между несколькими позициями сборки,работающими параллельно. Линейное расположение оборудования обеспечиваетвыполнение технологических функций и пустоту транспортной системы. Жесткаясвязь между рабочими позициями обусловливает остановку РТК при выходе из строяПР или другого оборудования.
Особенностью РТК (рис.1, г) являетсято, что сборочные операции (с учетом их специфики) максимально сконцентрированына отдельных рабочих позициях, причем на ряде позиций сборочные операциивыполняются одновременно несколькими ПР. Транспортирование полуфабрикатов междурабочими позициями 4 осуществляется конвейером 5. Связь между отдельнымирабочими позициями гибкая.
Варианты компоновки РТСК. На рис.2,а оборудование расставлено по дуге окружности, и для его обслуживания плечоробота 4 осуществляет возвратно-поступательные и вращательные движения. Припереукладке деталей (узлов) с подводящего конвейера (позиция А) на конвейер (позицияD) стационарный робот 4 на фиксированных позициях 1, 2, 3 осуществляетсопутствующие, вспомогательные или контрольные операции: лужение, мойку,травление, гибку, рихтовку, контроль параметров и др. Компоновка комплекса посхеме рис.2, б предусматривает расположение оборудования в линию, и робот 4снабжен модулем глобального перемещения между транспортными конвейерами А, В иD. Такая компоновка оборудования предполагает автоматизацию основных (5,6) ивспомогательных (1, 2,3) операций, которые обслуживает робот.
Наличие упорядоченной средыпозволяет роботу 4 (рис.2, в) не только обслуживать ее, аналогично схеме (рис.2,а), но и транспортировать узел, укомплектованный на позициях 1, 2, 3, напозицию 5, 6 фиксирующей операции (развальцовка, пайка, сварка, запрессовка),операции контроля, подгонки, покраски и т.п. В отдельных случаях робот можетвыполнять эти операции самостоятельно.
Если синхронизация транспортныхи основных операций невозможна или когда время, отведенное на операцию, непозволяет осуществлять последовательную комплектацию сборочной единицы за счетповторных возвратно-поступательных и вращательных движений рабочих органовробота, то обслуживаемая среда организуется по схеме, показанной на рис.2, г. Здесьроботы 4 и 11 попеременно в синхронизированном ритме устанавливают на позициюсборки б укомплектованные сборочные единицы, которые окончательно собираются визделие специализированным сборочным оборудованием или одним из роботов. Кассетыс комплектующими деталями подаются на позиции 1, 3, 8, 10 конвейерами А, В, А'и В'.
Укомплектованной (собранное) изделиепоступает на отводящий конвейер D. Позиции 2, 5 и 7, 9 используются длявыполнения вспомогательных и сопутствующих операций. Технологический цикл РТКможет быть сокращен за счет уменьшения вспомогательного времени, вызванногозагрузкой и разгрузкой рабочих машин и межпозиционным транспортированиемобъектов (деталей, узлов). С этой целью используются двурукие ПР (рис.2, д, е),таким образом цикл обслуживания рабочих позиций сокращается вдвое за счетисключения двойных поворотных ходов плеч робота 4.
/>
Рис.1 — Типовые вариантыкомпоновок сборочных РТК
/>
Рис.2 — Варианты компоновки РТСК.
Сборочные промышленные роботы, взаимодействующие с упорядоченной средой
Для осуществления сборки могутприменяться как универсальные роботы общепромышленного назначения, так испециализированные сборочные роботы (СПР). Учитывая специфику сборочных работ,выражающуюся в необходимости точного позиционирования захватов, целесообразностремиться к минимально необходимому числу степеней свободы (не более пяти,иногда шести).
Особое место среди СПР занимаютроботы для перемещения объектов с массой не более 1 кг. Их называютпромышленными минироботами (ПМР). К этому классу СПР предъявляются требованиявысокой технологической и функциональной универсальности, повышенной точностидискретного позиционирования рабочих органов, агрегатного исполнения и др.
Для обеспечения технологическойи функциональной универсальности, которая позволяла бы использовать ПР всборочных операциях, ПР должны обладать достаточно развитой структурой, чтоподтверждается наличием пяти степеней подвижности у ряда моделей. Исключениесоставляют специализированные роботы, работающие в прямоугольной системекоординат и предназначенные только для выполнения сопутствующих или вспомогательныхопераций при сборке. Общим требованием к ПМР, используемым непосредственно длявыполнения сборочных операций (комплектация, сопряжение), является обеспечениевысокой точности позиционирования. Последнее обстоятельство особенно важно длясборочных ПР, работающих без элементов адаптации.
Весьма важной характеристикойсборочных ПР является дискретность промежуточного позиционирования,обеспечиваемая применением цифровых линейных и поворотных приводов. Такимиприводами снабжены роботы серии РС и ПМР, что позволяет успешно использовать ихв условиях многоэлементной сборки соединений высокой точности. Наличие у моделиРС-4 модуля технологических перемещений захвата позволяет повыситьманевренность ПР при комплектации сборочного соединения, а также совмещатьсопутствующие и основные операции на одном рабочем месте.
Базовой для промышленныхминироботов ПМР и РС является модель РС-4. Компоновка улучшенной модификацииэтой серии, модели РС-6, приведена на рис.3. Робот состоит из двух основныхмодулей — продольных перемещений (рука) А и совместных поворота и подъема рукиВ. Стыковка модулей А и В осуществляется механическим способом с помощьюнаправляющих, позволяющих легко и быстро осуществить перекомпоновку. Пневмо- иэлектрокоммуникации стыкуются с помощью специальных разъемов.
На передней стойке 15 несущегокаркаса модуля продольных перемещении закреплен цифровой позиционный приводпродольных перемещении. Последний содержит цилиндр противодавления 7 и рядрабочих цилиндров 17 с различной длиной перемещения, состыкованных между собойв соответствии с требуемым диапазоном и дискретностью перемещенияисполнительного органа робота.
Рабочий орган привода продольныхперемещений (шток 9) посредством траверсы 10 связан со штангой 14, подвижносмонтированной в передней направляющей 13, в направлении изменения Rvar. Направляющая13 закреплена на конце цилиндра противодавления привода продольных подач спомощью каретки 22 на двух задних направляющих 16 установленных в передней 15 изадней 23 стойках несущего каркаса.
Захват закреплен на левом концештанги (на рис.3 не показан). Привод поворота захвата выполнен на базе реечногозацепления и позволяет получать три фиксированных с помощью настраиваемыхжестких упоров угловых положений захвата: 0, 90 и 180°.
Шток 12 предназначен для приводагубок захвата. Подшипники позволяют устранить поворот поршня привода губок привращении захвата.
В случае необходимости захватможет быть закреплен на передней поверхности С траверсы 10, что позволяетразгрузить вал привода поворота захвата, если масса деталей существенна.
В нижней части модуля продольныхперемещений А установлен электромагнитный порошковый тормоз 5 с позиционнымуправлением, ось которого совмещена с осью вращения руки робота, что позволяетмаксимально уменьшить величину инерционных моментов, возникающих при поворотеруки.
Модуль поворота и подъема руки Всмонтирован на основании 33 и состоит из двух трубчатых вертикальныхнаправляющих 31, по которым перемещается каретка 32 с цифровым позиционнымприводом поворота, состоящим из ряда флажковых пневмодвигателей 2 с различнымуглом поворота рабочего органа (выходного вала), беззазорно состыкованного свыходным валом 3 привода поворота, установленного в подшипниках. Устойчивостьпривода поворота по отношению к его вертикальной оси обеспечиваетсярегулируемым кронштейном 1. Вертикальное перемещение каретки 32, аследовательно, и руки А робота, обеспечивается с помощью цифрового позиционногопривода подъема. Привод подъема установлен на кронштейне 28, служащемодновременно для увеличения жесткости вертикальных направляющих.
Управление тормозным устройством26 осуществляется от ходового датчика, круговая линейка 4 которого установленанеподвижно на каретке 32, а подвижная ее часть — на зубчатом колесе 6 свозможностью регулировки. В качестве кодовых датчиков применены датчики нагерконах, обеспечивающие простоту конструкции и настройки, высокую надежность итребуемую точность управления включением и режимами работы электромагнитныхпорошковых тормозов.
В соответствии с технологическимпроцессом, его последовательностью, а также параметрами, характеризующимиотдельные переходы, определяется траектория захвата, исходя из которойуточняется и число модулей, составляющих приводы продольных перемещений руки иподъема.
После определения кинематикиробота составляется и вводится программа, управляющая последовательностьювключения модулей дискретных приводов. Параллельно осуществляется настройкакодовых датчиков для управления тормозными устройствами.
/>
Рис 3 — Компоновка робота РС-6.
В запрограммированный моментвремени подвижная часть кодового датчика (в случае применения герконов — постоянныймагнит), перемещающейся вместе со штангой 14 вдоль кодовой линейки 34, вызоветпоявление команды, управляющей включением тормозного устройства 5, которое,срабатывая, обеспечивает торможение зубчатой рейки 21, также перемещающейсявместе с кареткой 22. Таким образом обеспечиваются плавный выход в любуюзапрограммированную точку траектории движения штока привода продольных подач, атакже требуемые скорости перемещения и ускорения. Аналогично работает приводповорота. Привод подъема не имеет тормозных устройств, управляемых от кодовыхдатчиков.
Примененный в рассмотреннойконструкции модульный принцип компоновки всех исполнительных приводов позволяетзначительно расширить технологические возможности ПР и сделать его болееуниверсальным. Оптимальная компоновка робота зависит от степени сложностиреализуемых с его помощью технологических процессов При модульном принципеуменьшаются габаритные размеры и масса, что положительно сказывается наэксплуатационных характеристиках ПР — увеличиваются быстродействие, точностьпозиционирования и срок службы. Использование дискретных линейных и поворотныхприводов в роботах серий ПМР и РС позволяет автоматизировать процессыкомплектации, контроля, кассетирования и укладки изделий в тару, т.е. онипригодны для условий работы в тех случаях, когда требуется промежуточноепозиционирование по одной или нескольким координатам.
Список литературы
1. Н.П. Меткин, М.С. Лапин, С.А. Клейменов, В.М. Критський. Гибкиепроизводственные системы. — М.: Издательство стандартов, 1989. — 309с.
2. Гибкие производственные комплексы / под. ред. П.Н. Белянина. — М.: Машиностроение,1984. — 384с.
3. Гибкое автоматическое производство/под. ред. С.А. Майорова. — М.: Машиностроение,1985. — 456с.
4. Управление работотехническими системами и гибкими автоматизированнымипроизводствами / под. ред. Н.М. Макарова, — М.: Радио и связь, 1981, ч.3 — 156с.
5. Широков А.Г. Склады в ГПС. — М.: Машиностроение, 1988. — 216с.