Содержание

1. Введение 4-5

2.Структура промышленных роботов 6-7

3.Захватные устройства. Общие сведения Классификация 8-11

4.Обоснование выбранной конструкции схвата 12

5.Расчет потребного усилия захвата заготовки и приводного пневмоцилиндра 13

6.Прочностной расчет упоров схвата 14

7.Управление схватом промышленного робота 15

Литература 16

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3458, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

ОплатаКонтакты.

1 Введение

Комплексная автоматизация крупносерийного производства позволяет строить специализированные и встраиваемые автоматические линии. Но эти методы и средства не пригодны для серийного производства. В серийном производстве нужны универсальные средства механизации и автоматизации основных и вспомогательных, технологических и транспортных операций в условиях большой номенклатуры и частой сменяемости изделий.

Накопленный опыт по автоматизации, появление систем числового программного управления позволили создать принципиально новые устройства ― машины с человекоподобными действиями, которые получили название роботов. Как новый класс устройств роботы появились в конце 30-х годов нашего столетия. В начале своего появления роботы не имели промышленного значения, их применение носило чисто развлекательный характер и, в связи с этим, им придавали вид человека. В настоящее время роботы производят такие операции, как установку и съем заготовки и готовых деталей, погрузку и разгрузку, сборку, сварку, включение и выключение оборудования. Эти средства автоматизации выделены в особый класс устройств и получили название “промышленные роботы”. В течение последних лет создано большое число универсальных роботов, выполнены разработки специальных и специализированных роботов.

В 1972 ― 1973 гг. в нашей стране впервые было налажено серийное производство промышленных роботов. В 1980 ― 1981 гг. не серийно выпускалось около 50 моделей роботов. Темпы роста разработок

промышленных роботов и их серийного изготовления во всех промышленно развитых странах непрерывно растут. Несомненно, в ближайшие годы

выпуск промышленных роботов позволит удовлетворить возрастающий спрос на них. Специализация производства промышленных роботов снижает себестоимость роботов и их цену, что совершенно необходимо для расширения объемов внедрения и применения промышленных роботов. Промышленный робот ― это устройство с программным управлением. Робот подобно человеку, но автоматически, выполняет вспомогательные (установ, съем, погрузка, разгрузка) и основные технологические операции (сборка, сварка, пайка, покраска) в процессе изготовления изделия.

Все промышленные роботы имеют “руку”, которую называют манипулятором, механизмы для захвата и подачи предмета обработки и средства обработки. Роботы бывают трех разновидностей: с жесткой программой действия; управляемые человеком — оператором; с искусственным интеллектом.

Первая разновидность роботов точно выполняет команды, заложенные в устройство для выполнения конкретной, например, вспомогательной операции (загрузка оборудования, снятие детали). При изменении же, например, расстояния до станка необходимо заново переделать программу и заново “обучить” робота.

Вторая разновидность роботов получает команды от человека — оператора, например, при выполнении операций с радиоактивными веществами. Команды от человека робот получает с помощью биотоков (биотехнические роботы). Примером биотехнического робота может служить луноход.

Третья разновидность ― роботы с искусственным интеллектом или интегральные роботы, имеющие ЭВМ с большим набором программ. Эти устройства воспринимают информацию об окружающей среде

(температуру, расстояние, рельеф, форму), обрабатывают ее в соответствии с набором имеющихся программ и принимают соответствующее решение. Примером такого робота может быть робот — шахматист, музыкант и т. д.

Применение роботов в производственных процессах позволяет освободить человека от выполнения тяжелых, однообразных и опасных для жизни операций. Экономическая эффективность применения роботов определена производительностью устройства и сроком действия. К промышленным роботам предъявляют требования высокой подвижности, быстрой переналадки на новую программу, универсальности, долговечности и надежности. Манипуляторы делают от 200 до 1000 перемещений в час.

По степени универсальности роботы классифицируют на три группы: специальные, для выполнения строго конкретных операций, например, установ и съем изделия; специализированные, для того или иного процесса, например, сборочные работы; универсальные, обладающие свойством быстрой переналадки. Самое простое программное устройство у специальных роботов.

Манипулятор робота совершает движение в пространстве и очерчивает своей крайней точкой зону, которая называется рабочей зоной робота. Если “рука”, перемещаясь по двум осям координат, очерчивает геометрическую фигуру ― цилиндр, то говорят, что робот работает в цилиндрической системе координат.

Роботы имеют обычно несколько степеней свободы. Под степенью свободы движения будем понимать возможность перемещения самого робота или его функциональных элементов в пространстве.

2 Структура промышленных роботов

Как следует из определения, приведённого выше, ПР состоит из исполнительного устройства в виде манипулятора и устройства программного управления. Манипулятор ПР предназначен для выполнения двигательных функций при перемещении объектов в пространстве и представляет собой многозвенный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Конструктивно манипулятор состоит из несущих конструкций, исполнительных механизмов, захватного устройства, привода с передаточными механизмами и устройства передвижения. Устройство управления ПР необходимо для формирования и выдачи управляющих воздействий манипулятору в соответствии с управляющей программой и конструктивно состоит из собственно системы управления, информационно-измерительной системы с устройствами обратной связи и системы связи. Несущие конструкции служат для размещения всех устройств и агрегатов ПР, а также для обеспечения необходимой прочности и жесткости манипулятора. Несущие конструкции выполняют в виде оснований, корпусов, стоек, рам, тележек, порталов и т. п. Исполнительный механизм – это совокупность подвижно соединённых звеньев манипулятора, предназначенных для воздействия на объект манипулирования или обрабатываемую среду. Захватное устройство – конечный узел манипулятора, обеспечивающий захватывание и удержание в определённом положении объекта манипулирования. Привод предназначен для преобразования подводимой энергии в механическое движение звеньев исполнительного механизма в соответствии с сигналами, поступающими с устройства управления. Устройство передвижения служит для перемещения манипулятора или ПР в целом в необходимое место рабочего пространства и конструктивно состоит из ходовой части и приводных устройств. Система управления необходима для непосредственного

формирования и выдачи управляющих сигналов и состоит из пульта управления, запоминающего устройства, вычислительного устройства, блоков управления приводами манипулятора и технологическим оборудованием. Информационно-измерительная система предназначена для сбора и первичной обработки информации для системы управления ПР, включает в себя устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов и датчики обратной связи. Систему связи используют для обеспечения обмена информацией между ПР и оператором или другими роботами и технологическими устройствами с целью формулировки заданий, контроля за функционированием систем ПР и технологического оборудования, диагностики неисправностей, регламентной проверки и т.п.

3 Захватные устройства. Общие сведения. Классификация

Захватные устройства (ЗУ) промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования. Эти объекты могут иметь различные размеры, форму, массу и обладать разнообразными физическими свойствами, поэтому ЗУ относятся к числу сменных элементов ПР. 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. К ЗУ предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями работы. К числу обязательных требований относятся надежность захватывания и

удержания объекта, стабильность базирования, недопустимость повреждений или разрушения объектов. Прочность ЗУ должна быть высокой при малых габаритных размерах и массе. При обслуживании одним ПР нескольких единиц оборудования применение широкодиапазонных ЗУ или их автоматическая смена может оказаться единственно возможным решением, если одновременно обрабатываются детали различных конфигураций 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. В последнее время ведутся разработки конструкций ЗУ, способных захватывать и базировать не ориентированно расположенные объекты.

Они отличаются по типу передаточного механизма:

 рычажностержневые,

 кулисно-стержневые,

 зубчатые,

 клиновые

 кулачковые,

 цанговые ,

 эксцентриковые.

Детали в клиновых, цанговых, эксцентриковых ЗУ, удерживаемые силами трения без приводов, мало применяют в робототехнике из-за большого допуска на положение детали в ЗУ и усложнения процесса удаления

детали из ЗУ. Однако они обладают рядом достоинств: автоматическая

регулировка удерживающей, минимально необходимой силы захвата по реальному коэффициенту трения; простота и надежность, что при определенной доработке ЗУ, сопряженного станочного приспособления и тары гарантирует перспективу использования подобных ЗУ в определенных случаях. ВЗУ разделены на две группы:

1) с гибкими камерами захвата — тарельчатые, сильфонные

2) с жесткими — диафрагменые, поршневые, которые в зависимости от способа создания разрежения в камерах захвата подразделяют на

 насосные

 безнасосные.

В насосных разрежение в вакуум-камере может создаваться насосами, вентиляторами, газодувками. Такие ЗУ более рациональны при транспортировке воздухопроницаемых грузов (бетона, керамики, дерева, вспененных пластмасс, различных огнеупорных изделий и т.д.) В безнасосных вакуум создается одноразовым изменением объема полости вакуум-камеры. Они могут использоваться для транспортирования только воздухонепроницаемых изделий (металла, пластмассы, стекла и т.д.). Их основные преимущества перед насосными ВЗУ простота конструкции, отсутствие вакуум-насосной и распределительной аппаратуры, полная автономность.

Магнитные ЗУ (МЗУ) по способу обеспечения усилия захвата разбиты на три подгруппы: с постоянными магнитами, с электромагнитами, с вращающимся магнитным полем. Действие ЗУ с эластичными камерами основано на деформации камеры под действием давления

воздуха или жидкости. Различают оболочковые и пальцевые ЗУ, которые в зависимости от того, базируется ли переносимое изделие по эластичной камере или эластичная камера обеспечивает прижим к

ориентирующим, базирующим поверхностям, либо позволяют достаточно эффективно компенсировать погрешности

позиционирования, либо практически теряют эту возможность. Струйные ЗУ, представляющие собой малоизученный и редко пока применяемый класс, обеспечивают удержание детали за счет давления воздушного потока. Однопальцевые ЗУ используются для симметричных деталей с центральным отверстием, многопальцевые ― для деталей более сложной формы.

По типу привода ЗУ подразделяют на конструкции с: пневмо-, гидро-, магнито- и электроприводом.

Пневмопривод удобен простым подводом энергии к ЗУ (один шланг), при этом легко регулируется усилие зажима, ЗУ имеют возможность работать в агрессивных средах и в зоне высоких температур. Существенный недостаток пневмопривода ―большие габаритные размеры при сравнительно небольшом усилии захвата. Гидравлический привод обеспечивает большие усилия захвата, он компактен и легко регулируется, что предопределяет широкое его распространение. Электрический привод требует специальных малогабаритных двигателей постоянного тока, разработка которых для робототехники пока только ведется.

По числу рабочих позиций захваты всех типов разделяют на однопозиционные (имеющие одну рабочую позицию) и многопозиционные (имеющие несколько рабочих позиций)

Наличие в ЗУ элементов компенсации погрешности позиционирования значительно расширяет технологические возможности ЗУ и сферу применения оборудованных ими ПР.

По виду управления ЗУ подразделяются на четыре группы.

Неуправляемые ЗУ ― устройства с постоянными магнитными,

вакуумными присосками, без принудительного разрежения или бесприводные механические ЗУ. Для снятия объекта с таких ЗУ требуется

усилие большее, чем усилие его удержания. Командные ЗУ управляются только командами на захватывание или отпускание объекта. Разжимаются и зажимаются губки за счет взаимодействия их с объектом манипулирования или элементами внешнего оборудования. Жестко программируемые ЗУ управляются системой управления ПР. Величина перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима меняются в зависимости от заданной программы ПР, которая может управлять и действием вспомогательных технологических приспособлений. Адаптивные ЗУ― программируемые устройства, оснащенные различными датчиками внешней информации (для определения формы поверхности и массы объекта, усилия зажима, наличия проскальзывания объекта относительно рабочих элементов ЗУ и т.д.).

По характеру крепления к руке ПР все ЗУ делятся на четыре группы.

Несменяемые ЗУ ― устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции ПР, замена которых не предусматривается.

Сменные ЗУ ― самостоятельные узлы с базовыми поверхностями для крепления к руке ПР, не предусматривающие быстрой замены (например, установка на фланце с помощью нескольких винтов). Быстросменные ЗУ ― конструкция базовых поверхностей для крепления ЗУ к ПР обеспечивает их быструю смену (например, исполнение в виде байонетного замка. Пригодные для автоматической смены ЗУ ―конструкция базовых поверхностей обеспечивает возможность их автоматического закрепления на руке ПР.

4 Обоснование выбранной конструкции схвата и описание его работ

Для данной детали должен быть спроектирован схват для детали типа «диск» или «вал».

Схват должен обеспечивать точное положение оси симметрии детали. В таких схватах должно обеспечиваться одновременное перемещение всех губок в направлении плоскости симметрии, поэтому выбираем центрирующий схват.

Так как проектируется схват для массового производства, для конкретной детали на конкретной операции, то можно выбрать узкодиапазонный схват.

Масса готовой детали составляет 8,21 кг, поэтому привод используем пневматический ,использующий сетевой сжатый воздух с давлением 0,4Мпа.

Данное захватное устройство проектируется для токарного многоцелевого станка с ЧПУ для выполнения токарных операций. Захватное устройство предназначено для взятия детали из тары, закрепления в патроне станка, снятия после операции и складирования в другую тару.

Выбираем схват следующего типа:

Рисунок 1-Расчетная схема механического схвата реечного типа.

5 Расчет потребного усилия захвата заготовки и приводного пневмоцилиндра

Исходные данные:

D=55мм

a=180мм

пределим потребное усилие P1 для удержания транспортируемой детали, считая,что удержание детали происходит за счет сил трения:

(1)

,где m=mдетали, кг

a-ускорение центра масс при транспортировке, м/с2 (принятое ускорение 5 м/с2)

К1-коэффициент, зависящий от формы губок схвата, положения детали по отношению к губкам схвата и направления силы тяжести (К1=0,5);

К2-1,5..2,0-коэффициент запаса

m=8,21 кг.

P1=8,21(9,81+5)0,5*1,5=91,13 H

Усилие привода Р2,, для принятой схемы схвата согласно приложения равно:

; (2)

Подставив все значения в формулу, получим:

(5)

(6)

Диаметр цилиндра округлили по стандартному ряду: 63 мм

6 Проведем прочностной расчет упоров губок схвата

(7)

Дано:

P2=1180 H

(по чертежу)

условие прочности соблюдается.

7 Управление схватом промышленного робота

Управление роботом электропневматическое с помощью датчиков давления, которые замыкают контакты при увеличении давления в системе когда губки упираются в поверхность детали при зажатии или в поверхности ограничителей при раскрытии схвата, что является сигналом для дальнейшего действия робота.

Поворот руки робота осуществляется за счет зубчатой передачи меджу шестерней, расположенной на захватном устройстве,

и зубчатой рейкой, зафиксированной в корпусе промышленного робота.

Литература

1. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник.-2-е изд., перераб. и доп.-М:.Машиностроение, 1988.-392с.

2. Попов Л.М. Схваты промышленных роботов: Учебное пособие для курсового проектирования. – Челябинск: Издательство ЮурГУ, 2001.-39с.

3. Машиностроительная гидравлика. Башта Т.М., «Машиностроение»,1971, стр.672.

4. Белоусов А.П. Проектирование станочных приспособлений: Учебное пособие для учащихся техникумов.-3-е изд.,перераб. и доп. – М:.Высш.школа,1980.-240 с., ил.

5. Стандарт предприятия. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к оформлению. СТП ЮурГУ 04-2001/Составители: Сырейщикова Н.В., Гузеев В.И., Сурков И.В. Винокурова Л.В., -Челябинск:ЮурГУ, 2001.-49с.

Аннотация

Автоматизация производства в

машиностроении

ЮУрГУ, 16 стр

Библиография литературы

5 наименований, 2 листа

чертежей ф.А1

В ходе работы спроектировано захватное устройство промышленного робота для автоматизации процесса обработки детали «Обойма дифференциала задняя». Были рассмотрены различные виды промышленных роботов, их структура, а также классификация захватных устройств. Был проведен расчет усилия захвата выбранной конструкции схвата и прочностной расчет его упоров, а также управление схватом.