Корзина
32 отзыва
+380503449977
+380675522877
ООО Гидро-Максимум
Корзина

Применение автоматических манипуляторов и промышленных роботов для автоматизации процесса сборки (часть вторая)

Применение автоматических манипуляторов и промышленных роботов для автоматизации процесса сборки (часть вторая)

Промышленные роботы находят эффективное применение для сборки изделий выпускаемых электротехнической промышленностью. На Рис. 12 показан роботизированный комплекс оборудования для сборки трансформаторов.

Рис. 12. Роботизированный комплекс оборудования для сборки трансформаторов.

Для выполнения сборочных операций роботы могут оснащаться сборочными головками, например для установки и затяжки крепкежных деталей. На Рис. 13 показан промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов при выполнении сборки электроустановочных изделий, которые для сокращения времени на ориентацию собираемых деталей и соединяющего их крепежа уложены в многорядную кассету

Рис. 13. Промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов

Для выполнения сборочных операций роботы могут оснащаться сборочными головками, например для установки и затяжки крепкежных деталей. На Рис. 13 показан промышленный робот, оснащенный головкой для закручивания винтов при выполнении сборки электроустановочных изделий, которые для сокращения времени на ориентацию собираемых деталей и соединяющего их крепежа уложены в многорядную кассету. Однако, необходимо отметить, что в настоящее время промышленные роботы по сравнению со сборочными автоматами и полуавтоматами находят более ограниченное применение в сборочном производстве. Это объясняется тем, что для эффективного ис-пользования в сборочном производстве промышленных роботов необходимо чтобы их конструкция позволяла : − обеспечить более высокую производительность за счет сокращения времени на установку и взаимную ориентацию собираемых деталей, − исключить необходимость оснащения автоматизированных сборочных комплексов подавляющим большинством, накопителей (магазинов, кассет) для поштучной, ориентированной выдачи собираемых деталей за счет использования адаптивных схватов, позволяющих осуществлять захват при расположении

деталей в таре навалом, − иметь возможность быстрой переналадки (перепрограммирования) исполнитель-ных механизмов при переходе со сборки одного типоразмера сборочной единицы на другую. Однако серийно выпускаемые модели промышленных роботов, будучи намного сложнее и дороже питателей и автоматических манипуляторов, которые, как правило, имеют пневматический привод и цикловое управление, обладают ограниченными техно-логическими возможностями, проявляющимися, прежде всего, в медленной адаптации схвата к положению детали произвольно расположенной в таре, что в целом существенно снижает производительность сборочного роботизированного комплекса. В результате этого, в большинстве случаев роботизированные комплексы, также как и автоматизированные комплексы с автоматическими манипуляторами оснащаются накопителями. По-этому входящие в их состав промышленные роботы фактически работают как автоматические манипуляторы, реализуя свои технологические возможности на 15 – 20 %, прежде всего в части использования количества точек позиционирования программируемого привода, и несмотря на рост производительности, который по сравнению с ручным трудом в большинстве случаев (в машиностроении) не превышает 10 – 15 %, не могут обеспечить высокоэффективную работу сборочного комплекса. Учитывая вышеизложенное можно сделать вполне очевидный вывод о том, что значительный рост использования промышленных роботов в сборочном производстве, может быть, достигнут только тогда, когда они будут обладать таким уровнем искусственного интеллекта, который позволит руке робота со схватом, при высокой скорости перемещения, работать также адаптивно при установке собираемых деталей и наживлении крепежа (болтов, винтов, гаек), как это делает рука сборщика

Схваты манипуляторов и промышленных роботов.

В составе сборочного оборудования автоматического действия автоматические манипуляторы используются для подачи (транспортирования) и установки, в требуемом положении, как базовой детали, собираемой сборочной единицы, так и деталей подлежащих соединению с ней, а промышленные роботы обладающие более совершенной системой управления выполняют более сложные сборочные операции, для чего они оснащаются адаптивными схватами и сборочными головками. Для захвата и переноса деталей автоматические манипуляторы оснащаются схватами на тип, конструкцию и вид привода которого в определяющей степени оказывают влияние следующие основные факторы: – форма, размеры, масса и материал заготовки (детали, сборочной единицы) которую необходимо транспортировать, – специфика выполняемой сборочной операции (установка и затяжка резьбовых соединений, клепка и развальцовку, установка упругих деталей), – дополнительные требования и ограничения, предъявляемые к процессу транспортирования. По принципу осуществления зажима транспортируемого объекта схваты делятся на: механические, вакуумные, магнитные (электромагнитные), пневматические, специальные и адаптивные. Рассмотрим несколько примеров основных типов схватов.

Механические схваты

Конструкция механического схвата состоит из следующих элементов: привод, исполнительный механизм, звено, контактирующее с зажимаемым объектом (губки, призмы, эксцентрики и прочее), а также дополнительные устройства, расширяющие технологические возможности схвата. В качестве привода механического схвата могут быть использованы, пневмо – гидроцилиндры и поворотники, а также зубчатые передачи, приводимые в движение электродвигателем или гидромотором. В качестве исполнительного механизма в сватах этого типа могут использоваться клиновые, эксцентриковые и шарнирно – рычажные механизма, а также зубчатые и винтовые передачи. Кроме того для расширения технологических возможностей схвата, или оптимизации цикла работы манипулятора в конструкцию схвата могут встраиваются дополнительные устройства.

Рис 2 Конструкция механического схвата с рычажно – клиновым исполнительным механизмом

На Рис 2 показана конструкция механического схвата с рычажно – клиновым исполнительным механизмом. Он содержит два двуплечих зажимных рычага 1, которые с помощью осей 2 шарнирно установлены в кронштейне 3, при этом они оснащены ролика-ми 5 установленными на осях 4, соединенных между собою пружиной 6, а на правом торце кронштейна 3 закреплен фланец пневмоцилиндра 9, на штоке которого расположены два клина 7, контактирующих с роликами 5 зажимных рычагов 1. Зажим детали осуществляется при выдвижении влево штока 8 пневмоцилиндра 9, при этом закрепленные на нем клинья 4, воздействуя на ролики 5, сводит ведомые плечи зажимных рычагов 1, прижимая их к детали 10, Освобождение детали 10 осуществляется с помощью пружины 6, которая разводит прижимные рычаги 1, при втягивании штока 8 с клиньями 7 (перемещении вправо).

Механические схваты с дополнительными устройствами

Для расширения технологических возможностей схвата, или оптимизации цикла работы манипулятора в конструкцию схвата встраиваются различные дополнительные устройства. Рассмотрим несколько примеров конструкции таких схватов.

На Рис 12 показана конструкция механического схвата, в котором дополнительное устройство, встроенное в его исполнительный механизм, позволяет кантовать зажатую заготовку. Он содержит зажимные рычаги 1 и 2 шарнирно установленные посредствам осей 3 и 4 на поворотном корпусе 5 механизма синхронизации зажимов 6, а также поворотный зубчато – реечный механизм 7. Поворотный зубчато – реечный механизм состоит из неподвижного корпуса 8 с цилиндрической стойкой 9, при этом в его горизонтальной расточке расположена гильза 10 со штоком – рейкой 11 имеющим два поршня 12 и 13, образующие рабочие полости Г и Д пневмоповоротника, при этом зубчатая рейка зацепляется с шестерней 14, закрепленной на выходном валу 15, установленным в вертикальной расточке корпуса 8 на подшипниках 28. Механизм синхронизации зажимных рычагов содержит двуплечий рычаг 16, жестко закрепленный на выходном валу 15 поворотного механизма, две направляющие скалки 17, 18 и подвижные скалки 19, 20 которые выполнены с пазами а и б для размкщения в них соответствующих плеч рычага 16, и буртами Е, Ж для установки вилок 21, 22, связанных посредствам пальцев 23, 24 с зажимными рычагами 1 и 2. Поворотный корпус 5 механизма синхронизации зажимных рычагов установлен на цилиндрической части корпуса 9 с возможностью поворота и снабжен фиксатором выполненным в виде подпружиненного плунжера 25, контактирующего с лунками 26, 27 выполненными на наружной цилиндрической поверхности стойки корпуса 9 под углом 180 град друг к другу. На верхнем конце вала 15 установлены упоры 29 управляющие автоматическим циклом работы схвата.

Вакуумные схваты

Вакуумный схват состоит из присоски или комплекта присосок, каждая из которых закреплена на штанге, установленной в кронштейне на руке манипулятора с возможностью осевого перемещения, при этом внутренняя полость вакуумной присоски, контактирующая с заготовкой, соединяется с источником разряжения (вакуумным насосом или эжекторным устройством). Благодаря простоте конструкции вакуумный схват, после механических схватов, наиболее широко используется в автоматических манипуляторах и промышленных роботах. Широкое применение схваты этого типа находят, прежде всего, при транспортировании плоских заготовок из листа. Однако существует ряд конструктивных схем вакуумных схватов позволяющих осуществлять зажим и транспортирование заготовок и деталей имеющих неплоскую форму.

Рис 20 Конструкция вакуумного схвата в котором вакуум создается без использования внешних источников

Существенное упрощение конструкции вакуумного схвата может быть достигнуто при создании вакуума во внутренней полости присоски без сторонних источников. Пример конструкции такого вакуумного схвата показании на Рис 20. Он содержит корпус 1, выполненный в виде полого цилиндра и укрепленный на подвижном в вертикальном направлении держателе 2 и оснащенный присоской 4 закрепленной на его нижнем конусном конце с помощью гайки 3, а в его центральном отверстии установлена штанга 5, цилиндрическая часть 6 которой зафиксирована относительно корпуса 1 посредствам пружины сжатия 7 и шайбы 8. Кроме того на штанге 5 выполнены цапфы 11, посредствам которых она шарнирно соединена с вилкой 10 двуплечего рычага 9, противоположное плечо которого с помощью ролика 13 может взаимодействовать с упором 14. В штанге 5 выполнено центральное отверстие 15, которое через обратный клапан 16 соединено с внутренней полостью присоски 4. В верхней части штанги 5 установлена плоская пружина 17, контактирующая с шариком 20 и внутренним краем стакана 18, поджатого пружиной 19. Стакан 18 удерживается на штанге 5 при помощи штифта 21, будучи при этом подвижным в осевом направлении. Работает схват следующим образом. При движении держателя 2 вниз присоска 4 соприкасается с заготовкой 22 и одновременно ролик 13 рычага 9 начинает взаимодействовать с упором 14. При дальнейшем движении держателя 2 вниз на расстояние h присоска 4 упираясь в заготовку 22 деформируется, при этом воздух находящийся в ее внутренней полости удаляется в атмосферу через отверстие и разгрузочный клапан поднимая его шарик 20. Одновременно корпус 1 опускается на расстояние h1 и поворачивает рычаг 9, который, взаимодействуя посредствам вилки 10 с цапфами 11 со штангой 5, опускает последнюю на расстояние h2, вдвигая ее в полость присоски 4 и сжимая пружину 7. В результате этого вилка 10 рычага 9 переместится на величину h = h1 + h2. В конце хода держателя 2 обратный клапан 16 закрывается. Затем держатель 2 двигается вверх и штанга 5 под действием пружины 7 выводит свою цилиндрическую часть 6 из внутренней полости присоски 4, создавая в ней еще большее разряжение, и увеличивая тем самым усилие захвата заготовки 22. Далее штанга 5, продолжая движение вместе с держателем 2, окончательно выходит из внутренней полости присоски 4 и удерживается от выпадания шайбой 8, создавая при этом максимальное разряжение во внутренней полости присоски 4. Сброс заготовки 22 осуществляется при взаимодействии стакана 18 с упором 23, что приводит к тому, что плоская пружина 17 смещает шарик 20, соединяя, таким образом, внутреннюю полость присоски 4 с атмосферой через отверстие 15 в штанге 5

Магнитные и электромагнитные схваты.

Магнитные схваты создают усилие необходимое для удержания переносимого предмета за счет действия магнитных сил, которые создаются либо постоянными, либо электрическими магнитами. Поэтому схваты такого типа могут быть использованы для работы только с магнитными материалами и прежде всего со стальными заготовками и деталями, что естественно сужает область их применения по сравнению с механическим и вакуумными схватами, но зато магнитные сваты, обладая более высокой жесткостью, чем вакуумные из – за отсутствия присосок, позволяют повысить точность позиционирования переносимого предмета, и могут работать без дополнительных устройств с заготовками имеющими сквозные отверстия, но они требуют включения в конструкцию схвата дополнительных устройств, для разъединения постоянного магнита с переносимым предметом.

Рис 24 Конструкция магнитного схвата с приводным устройством для сбрасывания переносимой манипулятором листовой заготовки

На Рис 24 показана конструкция магнитного схвата с приводным устройством для сбрасывания переносимой манипулятором листовой заготовки. Он содержит закрепленный на руке робота 1 пневмоцилиндр 2, поршень 5 которого поджатый пружиной 6 выполнен за одно со штоком 7, который жестко соединен с траверсой 8, шарнирно соединенной посредствам осей 9 и 10 с губками 3 и 4 схвата, при этом на верхней губке 3 установлен отсекатель 11 и боковыми пластинами 12 и 13 из немагнитного материала, например текстолита, в которых выполнены окна В, а на нижней губке 4 смонтирована планка 14, на которой с возможностью самоустановки смонтированы на подвесах 15 магниты 16 и демпферы 17, выполненные например из мягкой резины. На подвеске 15 установлены тонкие шайбы 18 число и толщина которых зависит от грузоподъемности магнитов, а отсекатель 11 подпружинен относительно планки 14 пружиной 19, при этом величина хода зубок 3 и 4 схвата регулируется упором 20. Работает схват следующим образом. При разжатых губках поршень 5 находится в крайнем правом положении, а магниты 16 находятся ниже рабочей поверхности Г отсекателя 11. При опускании руки 1 робота магниты 16 схвата, благодаря демпферам 17 установленным на подвесах 15, мягко касаются подлежащей переносу листовой заготовки 21 и захватывают ее, а затем рука манипулятора переносит заготовку в нужную позицию. Для отделения заготовки от магнитов в поршневую полость пневмоцилиндра 2 подается сжатый воздух, и поршень 5 вместе со штоком 7 перемещается влево, сжимая при этом пружины 6 и 19 и посредствам траверсы 8 начинает сводить губки до момента их касания упора 20, при этом рабочие поверхности Г пластин 12 и 1 3 отсекателя 11 воздействуя на заготовку 21 сбрасывают ее с магнитов 16 схвата.

Электромагнитные схваты в отличие от схватов с постоянными магнитами несколько сложнее, но обладают рядом преимуществ, поскольку могут создавать гораздо большую силу для захвата ферромагнитных предметов различной формы и при отключении электрического тока подаваемого на катушку электромагнита легко без дополнительных устройств освобождают удерживаемый предмет.

Рис 25 Конструкция электромагнитного схвата позволяющего производить забор заготовок расположенных в кассете непараллельно горизонтальной плоскости, а после забора выравнивать ее положение.

На Рис 25 показана конструкция электромагнитного схвата позволяющего производить забор заготовок расположенных в кассете непараллельно горизонтальной плоскости, а после забора выравнивать ее положение. Он содержит захватный орган 1 с катушкой индуктивности 2, который закреплен на штоке 3 пневмоцилиндра посредствам опоры 4, сферическая поверхности которой контактирует с ответной сферической поверхностью гайки 5, образуя сферический шарнир. Положение гайки 5 фиксируется контргайкой 6, а хвостовик опоры 4, крепится в отверстии штока 3 с помощью штифта 7. На нижней рабочей поверхности 9 захватного органа 1 закреплена пластина 8 из немагнитного материала. Корпус 10 пневмоцилиндра закреплен на плите 12, на которой также расположены пальцы 13 с коническими концами и датчики положения 14. Шток 3 пневмоцилиндра выполнен за одно с поршнем и поджат пружиной 16. Пневмоцилиндр жестко крепится на руке робота посредствам клеммного соединения. Для подвода сжатого воздуха в штоковую полость пневмоцилиндра в его корпусе предусмотрен штуцер 15. Работает схват следующим образом. Для захвата заготовки схват опускается пневмоцилиндром закрепленным на руке робота на стопу заготовок находящихся в кассете и расположенных с отклонением от параллельности к горизонту. В конце опускания штока 3 пневмоцилиндра захватный орган 1 своей рабочей поверхностью 9 ложится на поверхность верхней заготовки 17 в стопе, а за счет сферического шарнира состоящего из опоры 4 и гайки 5 полностью прилегает к ней (см. Рис. 25а). После этого на катушку индуктивности 2 подается напряжение и происходит захват верхней заготовки 17 и далее сжатый воздух через штуцер 15, установленный в корпусе 10 пневмоцилиндра подводится в его штоковую полость что приводит у подъему поршня со штоком 3 (пружина 16 при этом сжимается) вместе со схватом и верхней заготовкой 17 прижатой магнитными силами к рабочей поверхности 9 захватного органа 1. При подходе к крайнему верхнему положению заготовка 17 вступает в контакт с пальцами 13, конические концы которых выравнивают ее положение в пространстве, при этом захватный орган 1 поворачивается относительно вертикальной оси благодаря наличию сферического шарнира, образованного опорой 4 и гайкой 5. В крайнем верхнем положении захватный орган 1 с заготовкай 17 упирается в нижнюю плоскость плиты 15 и занимает вместе с ней горизонтальное положение, о чем подается соответствующая команда датчиками 14 (см. Рис. 25б) и рука робота перемещает схват вместе с удерживаемой заготовкой в требуемую позицию, а затем воздух из штоковой полости пневмоцилиндра сбрасывается в атмосферу и шток 3 вместе с захватным органом 1 и заготовкой 17 опускается вниз, при этом последняя укладывается на базовую плоскость приспособления. После этого прекращается подача напряжения не катушку индуктивности 2 и заготовка 17 освобождается.

Пневматические схваты

Пневматические схваты содержат расширяющиеся или изгибающиеся захватные элементы, выполненные в виде камер из эластичного материала, например резины, изменение размера (объема) которых, при подаче в их внутреннюю полость сжатого воздуха, обеспечивает зажим детали. Вместо камер из эластичного материала пневматические схваты могут оснащаться упругими пластинами, которые под действием струи сжатого воздуха меняют свое положение и таким образом фиксируют деталь в схвате. Преимуществами пневматических схватов являются:

− возможность захвата предметов практически любой формы и размеров,

− возможность захвата нежестких предметов,

− отсутствие подвижных быстроизнашиваемых соединений,

− отсутствие необходимости в приводе в виде пневмо

– гидроцилиндров, пневмо

– гидроповротников, электродвигателей и гидромоторов.

 

Недостатками пневматических схватов являются:

− низкая точность базирования предмета зажатого в схвате,

− невысокое быстродействие схвата.

− сложность изготовления эластичных зажимных элементов в условиях неспециализированного производства.

Рис 28 Конструкция многоместного пневматического схвата c зажимными элементами в виде эластичных цилиндрических камер

 

На Рис 28 показана конструкция многоместного пневматического схвата c комплектом зажимных элементов, выполненных в виде эластичных цилиндрических камер, позволяющих осуществлять захват деталей прямоугольной формы со ступенчатой верней плоскостью. Он состоит из плиты 1, жестко закрепленной на руке робота и корпуса 2 установленного с возможностью вертикального перемещения в центральном отверстии плиты 1, при этом в корпусе 2 выполнен вертикальный канал 3 и соединенная с ним горизонтальная система каналов 4 для подвода сжатого воздуха к захватным элементам, а также имеется система вертикальных расточек, расположенных в шахматном порядке в которых расположены пальцы 5. Каждый палец 5 имеет эластичную оболочку 6, образующую полость, которая посредствам канавки 7 и каналов 8 и 9 выполненных в пальце соединена с каналом 4 выполненном в корпусе 2. Работает схват следующим образом. Корпус 2 схвата опускается на предмет 10 подлежащий захвату и его пальцы 5 встречаются с этим предметом, в результате чего часть из них упирается в его верхнюю ступенчатую поверхность и поднимается относительно корпуса 2 вверх таким образом, что проточка 7 рассоединяется с каналом 4 для подвода сжатого воздуха, в результате этого они уже не участвуют в захвате предмета 10 схватом. После окончания опускания корпуса 2 в вертикальный канал 3 подается сжатый воздух который по системе горизонтальных каналов 4 в корпусе 2, проточке 7 и каналам 8 и 9 в пальцах 5 попадает в полость между пальцем и эластичной оболочкой 6, которая при этом раздувается и предмет 10 оказывается зажатым между оболочками 6 пальцев 5.Далее зажатый схватом предмет переносится роботом в требуемую позицию.

Специальные схваты

В условиях реального промышленного производства автоматические манипуляторы могут использоваться для зажима и переноса с позиции на позицию деталей и заготовок имеющих специфическую форму, различные размеры и малую жесткость, также возникает необходимость одновременного переноса нескольких объектов, что требует создания специальных схватов , учитывающих предъявляемые к ним специфические требования и ограничения. К специальным схватам относятся:

− схваты для длинных валов (L > 10D),

− схваты для деталей прямоугольной формы,

− схваты для нежестких деталей,

− схваты для деталей сложной формы,

− многоместные схваты

Рис 17 Конструкция схвата для деталей сложной формы

На Рис 17 показана конструкция схвата для деталей сложной формы. Он содержит закрепленную на руке манипулятора опорную плиту 1 с ложементами 2 и 3 для базирования зажимаемой детали 17, силовой блок, состоящий из двух гидроцилиндров 4 и исполнительный механизм схвата, выполненный в виде сдвоенного шарнирного многозвенника с зажимными губками 10. Каждый шарнирный многозвенник состоит из тяги 6 шарнирно соединенной посредствам осей 7 со штоком 5 гидроцилиндра 4 и ведущим плечом двуплечего рычага 8, который посредствам оси 7 шарнирно установлен на плите 1, а на его ведомом плече посредствам оси 12 шарнирно установлена зажимная губка 10, ведущее плечо которой с помощью оси 13 соединено с коромыслом 9, которое шарнирно установлено на плите 1 с помощью оси 11. Плита схвата 1 с помощью болтов 14 закреплена на кронштейне 15, который посредствам своего фланца 16 монтируется на руке манипулятора (рука манипулятора на Рис 17 не показана)

Работает схват следующим образом. Перед захватом детали схват подводится манипулятором таким образом, чтобы рабочие поверхности базирующих ложементов 2 и 3 совпадали с соответствующими поверхностями детали 17, после чего масло под давлением подается в поршневые полости силовых гидроцилиндров 4, в результате чего их штоки 5 выдвигаются. Это перемещение штоков с помощью тяг 6 преобразуется в качательное движение двухплечих рычагов 8, которые на осях 7 поворачиваются навстречу друг другу. Такое движение рычагов 8 приводит к тому, что зажимные губки 10 начинают совершать сложное движение, которое состоит из переносного вращательного движения вместе с рычагами 8 и относительного качательного движения, сообщаемого им за счет шарнирного соединения их ведущих плеч с коромыслами 9. В результате этого, зажимные губки 10 также поворачиваются навстречу друг другу, что в конечном итоге приводит к зажиму детали 17. После этого деталь 17 переносится манипулятором в требуемую позицию, где устанавливается, после чего производится разжим схвата, для чего масло под давлением подается в штоковые полости силовых гидроцилиндров 4, их штоки 5 втягиваются и возвращают исполнительный механизм схвата вместе с зажимными губками 10 в исходное положение. В ряде случаев для повышения производительности создаваемого роботизированного комплекса оборудования, особенно при сборке простых соединений в массовом количестве, возникает необходимость одновременной установки нескольких деталей. В этом случае автоматический манипулятор оснащается многоместным схватом.

Адаптивные схваты

Рассмотренные конструкции схватов применяются в составе манипуляторов и промышленных роботов для транспортирования заготовок и деталей установка которых допускает погрешность 0, 5 – 2,0 мм, а для более точного их базирования в приспособлениях, в которые они устанавливаются, предусматриваются дополнительные элементы типа ловителей. Однако при выполнении ряда технологических операций, например сборки деталей, сопряжение поверхностей которых выполняется с зазорами 5 – 20 мкм, необходимо обеспечение точности их взаимного расположения в пределах 3 – 15 мкм,

что невыполнимо без оснащения схвата дополнительными устройствами. В таком случае схват оснащается сканирующим устройством, осуществляющим после переноса детали в позицию сборки, автопоиск положения обеспечивающего совпадения ее спрягаемых поверхностей с ответными поверхностями базовой детали с требуемой точностью, обеспечивающей их собираемость. Такие схваты называются адаптивными, а оснащаться они могут сканирующими устройствами с механическим, пневматическим и электромагнитным приводом.огрешность 0, 5 – 2,0 мм, а для более точного их базирования в приспособлениях, в которые они устанавливаются, предусматриваются дополнительные элементы типа ловителей. Однако при выполнении ряда технологических операций, например сборки деталей, сопряжение поверхностей которых выполняется с зазорами 5 – 20 мкм, необходимо обеспечение точности их взаимного расположения в пределах 3 – 15 мкм, что невыполнимо без оснащения схвата дополнительными устройствами. В таком случае схват оснащается сканирующим устройством, осуществляющим после переноса детали в позицию сборки, автопоиск положения обеспечивающего совпадения ее спрягаемых поверхностей с ответными поверхностями базовой детали с требуемой точностью, обеспечивающей их собираемость. Такие схваты называются адаптивными, а оснащаться они могут сканирующими устройствами с механическим, пневматическим и электромагнитным приводом.

Рис 30 Конструкция адаптивного схвата с электромагнитным сканирующим устройством.

На Рис 30 показана конструкция адаптивного схвата с электромагнитным сканирующим устройством. Он содержит плиту 1, которая посредствам пластин 2 закреплена на руке 3 манипулятора, а в центральном отверстии плиты 1 установлен штанга 4, на нижнем конце которой закреплен схват, а верхний коней крепится к диску 5, имеющему три выступающих лепестка, разделенные пазами в форме секторов и подпружиненному к кольцу 6 посредствам трех пружин 7, а на самом кольце 6 равномерно по окружности расположены две группы электромагнитов 10 и 14, установленные в корпусах 8 изготовленных из диэлектрического материала, например текстолита. Якоря 9 электромагнитов 10 одной группы прикреплены к диску 6 и расположены внутри пружин 7, а к якорям прикреплены тросики 11, подпружиненные коническими пружинами 12 относительно корпусов 8 электромагнитов 10. Якоря 13 электромагнитов 14 другой группы подпружинены цилиндрическими пружинами 15 относительно кольца 6 и со стороны каждого электромагнита 14 соединены с наклонными к оси схвата тросиками 16, которые пропущены в отверстия полых стержней 17 и сквозь электромагниты 14. На верхних торцах стержней 17 установлены пьезоэлектрические кольца 18 соединенные с системой управления схватом, а обмотки электромагнитов 10 и 14 соединены с питающим напряжением. На нижнем конце штанги 4 установлен зажимной механизм 19 схвата, удерживающий деталь 20 Работает адаптивный схват следующим образом. Манипулятор позиционирует схват с зажатой в нем деталью 20 над отверстием базовой детали 21 установленной в сборочном приспособлении, и затем сближает собираемые детали до соприкосновения их торцев. При совпадении осей вала 20 и отверстия в детали 21 происходит сборка. Если же оси собираемых деталей не совпадают, то при их контакте на устанавливаемую деталь 20 начинают действовать силы и изгибающие моменты, которые деформируют пружины. 7, 12 и 15, и возникающие при этом усилия воздействуют на пьезоэлектрические кольца 18, которые вырабатывают при этом электрические сигналы пропорциональные величине этих усилий. Эти электрические сигналы обрабатываются системой управления манипулятора, в результате чего на обмотки групп электромагнитов 10 и 14 подается напряжение соответствующей величины, что приводит к пропорциональному втягиванию их якорей 9 и 13, которые воздействуя на упругую систему разворачивают схват с деталью 20. Например при включении обмотки электромагнита 10 происходит втягивание его якоря 9 и последующий разворот диска 5 относительно кольца 6 вокруг точки А, находящейся в плоскости диска 5. При включении обмотки электромагнита 14 происходит втягивание его якоря 13, что приводит к уменьшению усилия прижатия наклонного стержня 17, контактирующего с данным электромагнитом и цилиндрические пружины 15 других наклонных стержней 17, стремясь уменьшит угол наклона между плитой 1 и торцами наклонных стержней 17, а также между последними и корпусами 8 электромагнитов 14 и разворачивают кольцо 6 совместно с диском 5 относительно плиты 1 вокруг точки В (точки пересечения осей наклонных стержней 17). Разворот детали 20 вместе со схватом вокруг точек А и В позволяет осуществить сложное пространственное движение, которое позволяет детали 20 без заклинивания войти в отверстие базовой детали 21.

Устройства для крепления и смены схватов

Автоматический манипулятор и промышленный робот могут использоваться для транспортирования различных по форме и размерам деталей, заготовок и сборочных единиц, зажим которых одним схватом бывает невозможен, поэтому смена схвата становится насущно необходимой. При этом время на ее проведения должно быть све-дено до минимума, что налагает на конструкцию места стыка руки манипулятора и схвата, а также на способ их крепления определенные условия , основными из которых являются удобство доступа, надежность крепления, однозначность положения схвата после его смены и быстросемность. Для этого ГОСТ 26063 – 81 предусматривает на торце руки манипулятора для крепления схвата базовый фланец и резьбовыми отверстиями, центральное центрирующее отверстие, а также центрирующее отверстие определяющее угловое положение схвата. При этом схват должен иметь ответные элементы для его точного базирования и крепления к руке манипулятора. Для обеспечения высокого быстродействия при смене схвата место его соединения с рукой манипулятора оснащается дополнительными устройствами позволяющими автоматизировать процесс смены.

Рис 31 Конструкция автоматического стыкового устройства для крепления механического схвата на руке манипулятора.

На Рис 31 показана конструкция автоматического стыкового устройства для крепления механического схвата на руке манипулятора. Оно содержит закрепленный на руке манипулятора 2 корпус 1, выполненный в виде цилиндрической колонны с фланцем, на нижнем торце которого закреплен корпус 3 пневмоцилиндра с поршнем 4, а во внутренней расточке колонны корпуса 1 расположен сепаратор 5 с шариками 6 размещенными в его радиальных отверстиях 7, при этом, в центральном отверстии сепаратора 5 расположена с возможностью вертикального перемещения штанга 8, закрепленная на корпусе 1, на нижнем конце которой, выполнена коническая поверхность 9, переходящая в цилиндрический хвостовик 10 меньшего диаметра. Механизм фиксации схвата выполнен в виде двух втулок 11 и 12 , подпружиненными одна относительно другой посредствам пружины 13, при этом втулка 11 соединена с сепаратором 5 посредствам комплекта штырей 14, расположенных в окнах 15 корпуса 1, а втулка 12 выполнена с кольцевой конической поверхностью 16, образующей с внутренней полостью корпуса 3 пневмоцилиндра клиновую щель. В этой щели размещены шарики 17, которые как в сепараторе установлены в пазах 18 поршня 4 пневмоцилиндра и поджаты пружинами 19. В коническом гнезде 20 корпуса 1 рас-полагается конический хвостовик 21 схвата 20 при его фиксации на руке манипулятора, при этом в хвостовике 21 выполнена центральная расточка 23 в которую входит сепаратор 5 с шариками 6, которые взаимодействуют с кольцевой канавкой 24, выполненными в стенке хвостовика 21схвата. Для угловой ориентации схвата при его креплении на руке манипулятора на нижнем торце корпуса 3 пневмоцилиндра установлен штифт 26, а на ответной поверхности схвата 22 выполнен паз 25. Для подвода сжатого воздуха в поршневую 28 и штоковую 27 полости пневмоцилиндра в корпусах 1 и 3 выполнены соответствующие канала (каналы для подвода сжатого воздуха на Рис 31 не показаны)

Работает стыковочное устройство для автоматического крепления схвата следующим образом. Для захвата хвостовика 21 схвата 22, рука 2 манипулятора перемещается сверху вниз к магазину, где он находится в ориентированном положении. В конце движения руки манипулятора хвостовик 21 схвата 22 входит в гнездо 20 корпуса 1, а штифт 26 в отверстие 25, при этом поршень 4 расположен внизу, а шарики 6 контактируют с цилиндрической поверхностью 10 штанги 8, несколько выступая при этом за пределы наружной поверхности сепаратора 5, поэтому последний легко входит в расточку 23 хвостовика 21, а шарики 6 размещаются в его кольцевой канавке 24. После этого сжатый воздух подается в штоковую полость 27 пневмоцилиндра и поршень 4 начинает перемещаться вверх, перемещая в том же направлении и втулку 11, вместе с которой посредствам штырей 14 вверх перемещается сепаратор 5 с шариками 6. При упоре шариков 6 в коническую поверхность гнезда 20 корпуса 1, движение сепаратора 5 и втулки 11 прекращается, а втулка 12 сжимая пружину 13 продолжает движение, усилие которой через втулку 11, штыри 14, сепаратор 5 и шарики 6 передается хвостовику 21 схвата 22, который при этом прижимается к конической поверхности гнезда 20 корпуса 1 с усилим развиваемым пружиной 13. После достижения поршнем 4 край крайнего верхнего положения подача сжатого воздуха в штоковую полость 27 пневмоцилиндра прекращается, давление в ней падает и под действием пружины 13 втулка 12 перемеща-ется вниз на некоторую величину (0,5 – 1,5 мм), при этом кольцевая коническая поверхность 16 втулки 12 воздействует на шарики 17 и последние заклинивают ее, относительно внутренней поверхности корпуса 3 пневмоцилиндра. Таким образом, происходит фиксация положения и зажим хвостовика 21 схвата 22.

Сборочный инструмент автоматических манипуляторов и промышленных роботов.

Промышленные роботы, работающие в составе комплекса оборудования для автоматизированной сборки могут оснащаться механизированным сборочным инструментом и сборочными головками для выполнения следующих операций: − установка и затяжка резьбовых деталей, − установка нежестких и упругих деталей, − сборка деталей методом пластической деформации. Примером сборочного инструмента, которым оснащается рука специального манипулятора, может служить патрон за закручивания шпилек показаный на Рис. 10.

Рис. 33. Конструкция патрона для закручивания шпилек, исключающая повреждение резьбы верхнего конца шпильки.

На Рис. 33 показана конструкция патрона к для закручивания шпилек, исключающая повреждение резьбы верхнего конца шпильки. Патрон, устанавливаемый в шпиндель гайковерта, содержит подпружиненные кулачки 1, наружная поверхность которых выполнена конической и взаимодействует с внутренней конусной поверхностью корпуса 4 патрона, осевое перемещение которого в нижнем направлении ограничено упором его бурта 11 в бурт нижней упорной детали 12 сборной гильзы 3, при этом положение нижней упорной части 12 сборной гильзы 3 в зависимости от длины закручиваемой шпильки может регулироваться и фиксироваться стопорными винтами 14. Осевое усилие от головки гайковерта 9 передается патрону через пружину 10. В исход-ном положении кулачки 1 сведены и утоплены в корпусе 4 патрона с помощью пружин 5 и 6, при этом поводок патрона закреплен на полумуфте 7, которая центрируется в шпинделе посредствам резиновой втулки 8. Для обеспечения гарантированного рассоединения кулачков 1 с конической поверхностью корпуса 4 патрона и исключения их повторного сведения пружина 6 установлена на упорном подшипнике 13. Работает патрон следующим образом. Рука промышленного робота с вращающимся патроном опускается вниз до контакта кулачков 1 с верхним концом закручиваемой шпильки, предварительно вкрученной на несколько ниток резьбы в корпусную деталь, затем пружина 10 начинает сжиматься и патрон утапливается в гильзе 3. В определенный момент витки резьбы на шпильке и кулачках совпадают и последние начинают наворачиваться на верхний резьбовой конец закручиваемой шпильки. При этом, момент трения между резьбовой поверхностью кулачков и резьбой верхнего конца шпильки растет и при определенной его величине последняя начинает вкручиваться в корпусную деталь. Процесс закручивания шпильки происходит при неподвижной головке гайковерта 9, а осевое усилие, создающее вращающий момент формируется за счет осевого усилия в пружине 10. По мере закручивания шпильки па-трон движется поступательно до тех пор, пока бурт 11 не дойдет до упора в деталь 12 сборной гильзы 3, после этого его движение прекратится. Поскольку вращение патрона продолжается, шпилька продолжает вворачиваться в корпусную деталь и увлекает при этом кулачки 1 патрона, поэтому передача крутящего момента по конической поверхности прекращается. После некоторой выдержки времени, гарантирующей затяжку шпильки с требуемым моментом, патрон поднимаются вверх в исходное положение. Гарантированное раскрытие кулачков 1, исключающее смятие резьбы на верхнем конце закрученной шпильки при подъеме патрона, обеспечивается за счет установки упорного подшипника 13 между пружиной 6 и кулачками 1.

 

Другие статьи