книги / Технология производства сварных конструкций. Ч. 1

нического перемещения (/> Выходной сигнал ИД сравнивается с командным сигналом (И), подаваемым УУ. Результирующий сигнал поступает на сер­ воусилитель (У) для управления силовым элементом (СЭ), перемещающим исполнительный орган (ИО) и датчик (ИД). Отличие этой схемы состоит в замене сложного позиционного датчика (ПД) на простой импульсный (ИД).

а

б

шд

Рис. 63. Структурные схемы приводов

Информация от позиционного датчика поступает непрерывно - как при движении* так и при остановке ПО выдает сигнал о текущем положе­ нии ИО.

ИД выдает информацию в виде серии импульсов лишь во время его движения и прекращает при остановке ИО. ИД не определяет координату позиции* он позволяет лишь получить величину приращения координаты от предыдущего положения ИО.

Существенным недостатком управления по методу относительного отсчета является возможность накопления ошибки. Появление ошибки при случайном сбое счетчика в одной из точек возможно и во всех последующих точках, новые ошибки добавляются к предыдущим, так что с течением времени позиционирование может оказаться неудовлетворительным.

Наиболее простую структуру устройства привода можно получить, применяя шаговый исполнительный орган, позволяющий преобразовать управляющий импульс в фиксированное перемещение без применения дат­ чика обратной связи (рис. 63, *).

В этом случае управляющим сигналом служит серия импульсов, час­ тота которых являемся мерой выходной скорости, а число их соответствует требуемой конечной позиции. В специальном блоке электронного коммуга-

гора (ЭК) эта последовательность импульсов преобразуется в многофазную

систему токов, служащую для управления шаговым двигателем (ШД). Для получения большей мощности между ШД и ИО вводят гидравлический уси­

литель воздействия (ГУ).

Основными характеристиками устройств привода являются мощ­

ность, скорость и быстродействие, точность обработки командного сигна­ ла, которая определяет точность позиционирования. Для повышения точ­ ности работы устройств привода применяют многоконгурные системы с использованием глубоких обратных связей не только по положению, но и по скорости и по ускорению.

Б настоящее время в универсальных промышленных роботах наи­ большее применение находят гидравлические и электрические силовые эле­ менты.

Гидравлические имеют следующие преимущества: большие силовые возможности, малая инерционность, быстродействие, небольшие габариты и массу.

К гидравлическим силовым элементам, применяемым в роботах, от­ носятся гидромоторы с вращательным движением вала и гидроцилиндры с поступательным движением поршня.

Недостатки: каждый робот должен быть оснащен автономной гидро­ системой и распределительными трубопроводами с высоким давлением масла, что удорожает конструкцию и усложняет обслуживание. Кроме то­ го, велика вероятность нарушения герметичности двигающихся вместе с ро­ ботом шлангов.

Электроприводы, оснащенные новыми видами электродвигателей по­ стоянного тока с полупроводниковыми устройствами управления, облада­ ют динамическими характеристиками, сравнимыми с их гидравлическими аналогами. Специально разработаны две конструкции малоинерционных электродвигателей постоянного тока: с гладким якорем и дисковым рото­ ром.

13.4. Устройство управления

Управляемый объект промышленного робота - механический мани­ пулятор с системой приводов - можно уподобить опорному скелету с мыш­ цами. УУ с запоминающим устройством выполняют функции мозга робо­ та. Задача УУ - повторить программу, записанную в памяти, состоящую из указаний о координатах пространственного перемещения и технологиче-

ских операциях. Кроме того, УУ должно координировать действия робота с обслуживаемым оборудованием. Современные УУ могут выполнять неко­ торые адаптивные функции: автоматический выбор нужной программы из их набора, поиск пространственной точки "привязки" к изделию, коррек­

устройство, оно просто в обращении. В этом смысле его можно сравнить с компьютером (сложное устройство, трудоемкое программирование и про­ стота работы пользователя). Обучение робота может производиться двумя путями: внешним программированием, что требует больших затрат вре­ мени, квалифицированных программистов, средств математического и ап­ паратного обеспечения (дорого и поэтому применяется в специальных слу­ чаях), и "обучением" первым технологическим циклам, производимым опе­ ратором вручную с помощью выносного пульта.

Этот способ требует высокой квалификации оператора для высокой точности позиционирования инструмента в процессе обучения.

13.5. Типы промышленных роботов

Разработка и внедрение роботов началась с простейших типов, пред­ назначенных для элементарных транспортных операций типа: "возьми" - "положи", "возьми" - "перенеси” "положи". Далее приступили к разра­ ботке универсальных, а затем специализированных промышленных робо­ тов. В настоящее время при разработке промышленных роботов отказа­ лись от идеи создания единого универсального робота с характеристиками и функциями, свойственными человеку. Такой универсальный робот пришлось бы наделить слишком большим количеством избыточных свойств, и его стоимость оказалась бы неоправданно высокой. В настоя­ щее время превалирует тенденция к разработке целого ряда типов специа­ лизированных роботов, обладающих некоторыми избыточными ка­ чествами для приспосабливаемое^ в достаточно широких пределах данно­ го круга задач.

Выбор промышленного робота для конкретной технологической операции требует анализа самого процесса производства и сопоставления его с характеристиками роботов.

13.6. Технические данные промышленного робота

Для самой общей оценки промышленного робота необходимо знать его рабочий объем, грузоподъемность и точность позиционирования. Более полно его свойства и возможности обычно представляют следующие дан­ ные:

1.Рабочий объем.

2.Базовая система координат.

3.Число степеней свободы.

4.Величины и скорости перемещений по координатам.

5.Максимальная скорость движения.

6.Номинальная нагрузка.

7.Точность позиционирования.

8.Тип системы управления.

9.Количество запоминаемых точек.

10.Вид и количество внешних связей.

11.Метод обучения.

12.Масса.

13.Габариты.

14.Источники питания.

15.Уровень шума.

16.Время безотказной работы.

17.Расчетный срок службы.

!8. Требования к окружающей среде.

Рабочий объем - объем пространства, в пределах которого может пе­

ремещаться рабочий орган робота. Рабочий объем позволяет судить о том, какой масштаб ручного труда доступен роботу. Рабочий объем менее 0,01 м3 соответствует случаю специальных тонких и точных операций. Пре­ делы 0,01-1,0 м3 относятся к операциям сидящего рабочего; 1-10 м3 - к операциям стоящего рабочего. Рабочий объем более 10 м3 превышает воз­ можности человека.

Базовая система координат и число степеней свободы характеризуют возможности и точность позиционирования рабочего органа.

Величина и скорость перемещения рабочего органа по каждой коор­ динате определяют геометрию рабочего пространства, а также особен­ ности движения и ориентации нагрузки. Величины перемещений по линей­ ным координатам задаются в метрах, по угловым - в градусах или радиа­

нах; соответственно скорости выражают в метрах в секунду для линейных координат и градусах или радианах в секунду - для угловых.

Максимальная скорость движения служит для оценки быстродействия робота. Она является результирующей при одновременном движении по трем региональным координатам. Максимальная скорость не определяет среднюю скорость движения, которая в значительной мере зависит от ха­ рактера изменения скорости во время перемещения, включающего в себя участки разгона и торможения. Скорость движения рабочего органа робо­ та, как правило, превышает скорость перемещения человека и лежит в пре­ делах 0,5-5,0 м/с.

Номинальная нагрузка робота - это та наибольшая нагрузка, при которой робот производит перемещения с максимальной скоростью и га­ рантированной точностью позиционирования. Нагрузку можно увели­ чить, уменьшив скорость движения. Средняя нагрузка находится в пределах 10-50 кг.

Диапазон нагрузок может находиться от нескольких сот граммов для миниатюрных роботов до сотен килограммов для тяжелых роботов.

Точность позиционирования характеризуется ошибкой, с которой воспроизводится данная позиция. Ошибка позиционирования робота - это статическая ошибка, которая определяется рядом причин. В промышленных роботах с системой приводов замкнутого типа основные составляющие ошибки определяются датчиками обратной связи и точностью сложения. В разомкнутых шаговых системах они определяются силовыми, органами и величиной единичного шага. Величина ошибки позиционирования состав­ ляет, как правило, от ±0,5 до ±3 мм. Время безотказной работы характери­ зует надежность робота.

13.7. Применение промышленных роботов на производстве

Промышленные роботы позволяют заменить на производстве как ручной труд, так и специализированные автоматы. Прежде всего робот должен заменить человека на тяжелых, вредных, опасных и монотонных работах. Кроме того, если работа, выполняемая промышленным роботом, имеет меньшую стоимость, чем та же работа, сделанная человеком или спе­ циализированной машиной, его применение также имеет смысл. Внедрение робота в производство на практике связано с определенными трудностями.

Существует несколько вариантов компоновки роботизированного участка. Наиболее просто установить робот возле обслуживаемой им ма­ шины. Такая роботизированная позиция проста в организации и требует минимальных изменений на предприятии. Ее недостаток - плохое исполь­ зование рабочего времени робота. Улучшить положение можно, разместив несколько однотипных позиций вокруг робота в пределах его рабочей зо­ ны.

Если использовать робот в качестве транспортирующего средства, передающего объект обработки с позиции на позицию, можно получить ав­ томатизированный технологический комплекс со сравнительно простым технологическим оборудованием.

Располагая вокруг робота ряд позиций с разнотипным оборудовани­ ем для последовательной обработки детали, получаем роботизированную технологическую ячейку. Круговая компоновка ячейки позволяет размес­ тить до пяти позиций, включая входной и выходной магазины. Несколько круговых ячеек можно объединить в линию поточного производства. В свою очередь эти линии можно объединить в полностью автоматизирован­ ный участок с исключительно гибкой структурой.

Наконец, промышленный робот можно сделать мобильным, передви­ гая его по рельсам, проложенным по полу или над оборудованием. Обслу­ живание этого оборудования выполняется при этом на остановках, место и порядок которых также можно программировать.

В том случае, когда робот выполняет технологическую операцию, применяют расстановку промышленных роботов вдоль пульсирующего конвейера.

Объект обработки перемещается с остановками возле роботов и каж­ дый из них выполняет свою задачу в течение того времени, пока объект не­ подвижен перед ним. Такие линии хорошо зарекомендовали себя в авто­ мобильном производстве на операциях контактной точечной сварки кузо­ вов и других узлов автомобилей.

Операции на непрерывно движущемся конвейере с синхронным пере­ мещением робота или неподвижным роботом в настоящее время не нашли эффективного решения и практически не выполняются.

Особенности применения промышленных роботов. Промышленный робот не требует специальной наладки при вводе в эксплуатацию на любом месте. Достаточно установить его в нужной позиции, подключить питание, и он готов к действию. Остается1обучить его конкретному технологическо­ му циклу.

5. Технологические процессы. Для выполнения технологических опе раций промышленный робот оснащается ручным инструментом, например, электродрелью, пульверизатором. сварочными клещами и тд.

Широкое применение роботы нашли на операциях контактной то­ чечной сварки, окраски, пескоструйной обработки, дуговой сварки. Каж­ дая конкретная задача в области применения характеризуется определен­ ным сочетанием параметров робота.

Перспективы и тенденции развития роботов. По мере совершенство­ вания роботов сфера их применения будет расширяться, захватывая как новые максимально автоматизированные предприятия, так и с установив­ шимся технологическим процессом. Одно из главных направлений совер­ шенствования роботов - это придание им возможности сопрягаться с движущимися конвейерами, что позволит резко повысить производитель­ ность автоматизированных линий.

Идут работы в направлении создания роботов, способных восприни­ мать информацию от объекта обработки и адаптироваться к изменению ра­ бочих условий. Для этого роботы должны иметь достаточно развитые сен­ сорные возможности - тактильное, слуховое, зрительное восприятие, а так­ же способность анализировать сигналы и принимать решения.

Однако на простых, но точных операциях сохранятся роботы с про­ стейшими датчиками и повышенной точностью исполнительных механиз­ мов.

Развитие специализированных промышленных роботов еще одно направление, при котором, пожертвовав некоторыми свойствами универ­ сальности, можно поручить регулирование технологических параметров производимых операций. Переход к массовому выпуску роботов потребует их стандартизации.

Учитывая многообразие задач, стоящих перед роботами, предполага­ ется стандартизация на уровне блоков или отдельных узлов. Агрегатная си­ стема робототехники позволит для каждого конкретного случая собрать из стандартных блоков оптимальный вариант робота с требуемым коли­ чеством степеней свободы и необходимой емкостью памяти (£ис. 64).

13.8. Промышленные роботы для автоматизации процессов сварки

Требования, предъявляемые к промышленным роботам для сварки. При использовании роботов для сварки человек как субъективный эле­ мент исключается, и искусство квалифицированного сварщика заменяется

Рис. 64. Схемы нодулей и компоновка различных вариантов робота фирмы “Мицубиси"

последовательностью программируемых элементарных операций, позво­ ляющих с достаточной воспроизводимой точностью совершить требуемый процесс сварки. При этом необходимо обеспечить сварку при любой конфигурации шва с учетом как геометрии последнего, так и его простран­ ственного положения. Выполняя перемещения сварочного инструмента вместо человека, робот совершает их отличным от человека образом. На­ пример, при работе с одноточечными клещами для контактной сварки сварщик перемещает их с некоторой средней скоростью вдоль линии соеди­ нения. Он не пытается, да и не в состоянии задать точный шаг между точка*- ми. Движение происходит рывками, прерываясь при сжатии клещей, место постановки точки сварщик задает сам по мере выполнения шва. Свароч­ ный робот последовательно перемещает клещи от точки к точке с задан­ ным шагом, останавливая их в заданной позиции до начала сжатия элек­ тродов. В данном случае движения робота оказываются менее целесооб­ разными. Однако разброс шага и пропуски сварных точек, возможные при ручной сварке, требуют постановки большего числа сварных точек для по-

п о

лучения заданной прочности. Строгое порционирование точек роботом по­ зволяет обойтись меньшим количеством сварных точек.

Сварочные процессы требуют от роботов универсальности примене­ ния: должна обеспечиваться быстрая переналадка от одного изделия к дру­ гому, робот должен обеспечивать сварку в любом направлении и выполнять любую из данного вида сварочных операций. Основными общими требо­ ваниями, относящимися к роботизируемым видам сварки являются:

-высокоразвитая система управления, обеспечивающая заданное движение исполнительного органа робота одновременно по нескольким ко­ ординатам;

-повышенная жесткость механической конструкции робота;

-простая и точная система обучения робота;

-высокая помехоустойчивость и надежность устройства управления ввиду больших импульсных помех от сварочных аппаратов;

т адаптация к отклонениям в пространственном расположении и ори­ ентации заготовки от заданных.

При разработке робота необходимо иметь полную информацию как об объектах, с которыми ему придется иметь дело, так и о технологии сва­ рочного процесса. Скорее всего, оптимальное решение конструкции робота окажется специфическим для каждого вида сварки.

Применение промышленных роботов для сварки целесообразно во всех случаях, когда человек не может находиться в зоне сварки без специ­ ального оборудования (электронно-лучевая, сварка взрывом, сварка в космосе и под водой и т.п.); в случаях значительного повышения произво­ дительности и качества процесса - при автоматизации контактной точечной сварки, дуговой сварки, дуговой точечной сварки, различных способах термической резки.

13.9. Промышленные роботы для автоматизации контактной точечной сварки

Цикл контактной точечной сварки делится на две группы процессов; собственно сварка, производимая во время сжатия электродов, и вспомога­ тельные операции, заключающиеся в транспортировании клещей или объ­ екта обработки. Робот предназначен для автоматизации вспомогательных операций, основные операции выполняются непосредственно сварочным инструментом.