3.3 Разработка структурной схемы ртк

Делается компоновка выбранного оборудования в виде планировки с учетом расположения мест установки ориентирующих устройств для собираемых деталей, механизмов контроля, удаления бракованных деталей сборочных единиц. Структурная схема разрабатывается в основном с учетом технических возможностей роботов, их количеством степеней их подвижности и возможными траекториями движения схватов. Определяются места позиционирования схватов роботов, в которых можно устанавливать механизмы РТК. Схема выполняется в масштабе, указываются основные установочные размеры и траектории движения схватов роботов. Если по техническим характеристикам (количество степеней подвижности и точек позиционирования схвата) роботы не удовлетворяют, то их необходимо заменить.

Пример структурной схемы РТК представлен на рис. Б.17.

3.4. Проектирование периферийного оборудования

К этому оборудованию относятся дополнительные средства автоматизации, которые необходимы для полной компоновки сборочных РТК: автоматические загрузочные устройства, сборочный инструмент, датчики, схваты промышленных роботов, зажимные приспособления.

Автоматические загрузочные устройства подразделяются на магазинные (МЗУ), бункерные (БЗУ), вибрационные (ВЗУ). Во всех видах этих устройств используются питатели штучных предметов обработки и устройства накопления и отделения предметов обработки.

В зависимости от характера движения рабочих органов питатели подразделяются на револьверные, шиберные, грейферные, комбинированные. При выполнении курсовой работы рекомендуется применять, как один из вариантов, шиберные питатели. Их применяют для перемещения деталей от места загрузки к рабочей зоне в направлении, совпадающим с направлением шибера. Схемы возможных компоновок этих питателей приведены на рис.Б.18 - Б.24.

Детали в лотках и магазинах перемещаются общей массой. Они контактируют друг с другом, могут сопрягаться по элементам контура, или в некоторой мере сцепляться между собой. Устройства накопления и отделения предметов обработки предназначены для отсечения от общего потока отдельных деталей. Процесс отсечки может протекать при механическом воздействии, при использовании сжатого воздуха, магнитных или электромагнитных сил. Виды механизмов поштучной выдачи представлены на рис.Б.25.

БЗУ классифицируются в зависимости от движения исполнительных органов и функций захвата и ориентирования. С учетом основных тенденций развития автоматизированной загрузки наиболее важным считают признак, характеризующий БЗУ как гибкую технологичную систему, зависимую от характера совмещенности функций захвата и ориентирования в БЗУ. Если эти функции совмещены, т.е. захват и ориентирование происходят одновременно, то устройство является узкоспециализированным, предназначенным для одного конкретного предмета обработки (ПО). Помимо этого так же различают однозахватные и многозахватные БЗУ.

Более прогрессивными БЗУ являются такие, в которых функции захвата и ориентирования разделены, но зависят друг от друга.

Для гибких технологических систем наилучшими будут такие БЗУ, в которых функции захвата и ориентирования не только разделены, но и не зависят друг от друга. Поэтому можно менять одни устройства для захвата и ориентирования на другие при переходе на новые ПО.

Все БЗУ по типу захватных органов можно разделить на два критерия: по массовости захвата (поштучный, партионный и непрерывный) и по характеру захвата (за наружную, внутреннюю или обе поверхности одновременно).

Производительность БЗУ во многом зависит от правильности выбора способа подготовки ПО к захвату. Способы подготовки ПО отличаются силами, осуществляющими подготовительное движение; геометрическими особенностями ПО; конструктивными особенностями бункера; характером подготовительного движения ПО и его направлением.

При разработке конструкции ориентатора за основу принимают ярко выраженный ключ ориентации ПО, т.е. наиболее характерный признак в информации о его свойствах. Выбор ключа ориентации зависит от свойств ПО, а принцип действия ориентатора - от выбранного ключа.

Все схемы ориентирования объединяются в три типа групп, определяемых способом ориентирования: активный, пассивный, комбинированный.

Однозахватные БЗУ с совмещёнными функциями захвата и ориентирования представлены на рис.Б.26.

В трубчатых БЗУ (рис.Б.26,а,в,е) захват и одновременно ориентирование ПО типа роликов, валиков, стаканчиков происходит за счёт движения трубки относительно бункера. При этом трубка может совершать вращательное или поступательное движения, а бункер стоит неподвижно. Аналогичные движения может совершать бункер, а трубка будет неподвижна. Возможны и различные комбинации этих движений (рис.Б.26,е).

Пневмовихревые БЗУ (рис.Б.26,б) аналогичны трубчатым, но в них нет подвижных частей. Захват и ориентирование осуществляется благодаря вихревому движению воздуха, создающего в центре бункера и в трубке полость низкого давления, куда втягиваются ПО.

Стержневые БЗУ (рис.Б.26,г) применяют для ПО типа стаканчиков, которые захватываются и ориентируются за внутреннюю поверхность движущимся возвратно-поступательно стержнем, который выносит ПО из общей массы в приёмник, соединенный с лотком.

В однокрючковом БЗУ стержень для захвата совершает возвратно-поступательное движение (рис.Б.26,д).

Многозахватные БЗУ с совмещёнными функциями захвата и ориентирования приведены на рис.Б.27. Шнековые БЗУ применяют для ПО типа подшипниковых роликов, иголок. Захват ПО осуществляется карманами, образующимися между двумя вращающимися валиками, на которых нарезаны невысокие винтовые выступы.

К этой группе относят устройства с захватом поштучно в несколько последовательно работающих захватных органах (дисковые БЗУ с крючками и карманами, рис.Б.27,б,г) или с захватом порциями (дисковое, щелевое, рис.Б.27,в). В некоторых устройствах необходимо чередовать движение исполнительных органов с остановками, так как при вращении органов происходит захват и ориентирование ПО в захватных органах, а для выдачи в лоток-магазин захватный орган необходимо совместить с одним или несколькими приёмниками. Примером таких устройств являются лопастное (рис.Б.27,е) для загрузки П-образных пластин и дисковое (рис.Б.27,д) с фигурными карманами.

Достаточно широкое применение получили шиберные БЗУ

(рис.Б.27,ж) с периодически поднимающимся и опускающимся шибером. В этом БЗУ одновременно захватываются несколько ПО. В зависимости от сложности заготовок профиль шибера может меняться и тогда удаётся во время захвата обеспечить ориентирование ПО.

Секторные БЗУ (рис.Б.27,з) отличаются от шиберных лишь характером движения исполнительного органа. Возможности по захвату и ориентированию их одинаковы.

В роторных БЗУ (рис.Б.27,и-м) захватные и одновременно ориентирующие органы, кроме непрерывного транспортного вращательного движения, получают дополнительные возвратно-поступательное или возвратно-качательное движение дна или специальной решетки.

К группе БЗУ, в которых функции захвата и ориентирования разделены, но зависят друг от друга, относят дисковые (рис.Б.28,а-д). Они обеспечивают подготовку к захвату, а затем ориентирование в приёмнике (рис.Б.28,а), либо в самих захватных органах в специально отведённой зоне (рис.Б.8,б) или специальном ориентаторе с помощью вращающегося диска со штырьками (рис.Б.28,д) ориентирующим плужком (рис.Б.28,в) или с использованием смещения центра масс и выреза в обе гайке (рис.Б.28,г). Форма захватного устройства обусловлена способом захвата и способом ориентирования.

В роторных БЗУ с разделением функции захвата и ориентирования (рис.Б.28,е,ж) достигаются те же результаты, что и в дисковых. В устройстве, показанном на рис.Б.28,е, ориентирование проводится в гравитационном ориентаторе, а в устройстве, показанном на рис.Б.28.ж, - в механическом.

БЗУ, в которых функции захвата и ориентирования разделены и не зависят друг от друга, характеризуются тем, что в них сначала осуществляется захват за наружную поверхность. Получается поток упорядоченных но не ориентированных ПО. Затем проводится ориентирование в специальных устройствах, ориентаторы которых можно быстро заменить. Шиберные БЗУ (рис.Б.29,а) с минимальными переналадками можно использовать для ПО, различающихся как по геометрическим размерам, так и по массе. В барабанных БЗУ (рис.Б.29,б) может достигаться интенсивный захват в несколько вибролотков, проходящих чрез БЗУ, на выходной части которых устанавливаются сменные ориентаторы. В центробежных БЗУ (рис.Б.29,в) сменные ориентаторы могут устанавливаться на периферии вращающегося диска. Лопастное БЗУ позволяет обойтись без вибролотков, для доставки заготовок к ориентатору используется конвейер.

Широкое распространение вибрационных БЗУ (рис.Б.29,д) обусловлено возможностью разделения процессов захвата и ориентирования. Если первый процесс происходит в нижней части, то второй вынесен в её верхнюю часть. В роторном БЗУ (рис.Б.29,е) захват и ориентирование могут выполняться в различных роторах, причём в ориентирующем роторе можно заполнять свободные места в потоке захваченных ПО из внутреннего запаса. Вибророторные БЗУ (рис.Б.29,ж), обладая преимуществами центробежных и вибрационных БЗУ, обеспечивает производительность до 3000 заготовок в минуту.

БЗУ с поштучным захватом выполняют с захватными органами типа карман (рис.Б.30,а,б), вакуумный присос (рис.Б.30,в). Крючками (рис.Б.30,г) и стержнями (рис.Б.30,а) можно захватить лишь ПО с внутренними полостям. Невысокие колпачки можно ориентировать БЗУ, схема которого изображена на рис.Б.30,е.

БЗУ с партионным захватом представлены на рис.Б.31. В их конструкции используют карманы (рис.Б.31,а,б), щели (рис.Б.31,в), лопасти (рис.Б.31,г,е), магнитные захваты (рис.Б.31,д).

БЗУ с непрерывным захватом показаны на рис.Б.32. Их работа рассмотрена ранее.

На рис.А.33 представлены примеры, иллюстрирующие подготовку к захвату. На рис.Б.33,а показано БЗУ с наклонным дном, по которому ПО под действием сил тяжести передвигается от места засыпки к захватным органам. Наклон бункера к горизонту под углом, большим угла трения, создаёт возможность движения ПО под действием силы тяжести из бункера к захватным органам. Изменения конфигурации дна от плоского в сечении I-I к полукруглому в сечении II-II и полукруглому с канавкой в сечении III-III улучшает процесс захвата ПО крючком.

Если ПО насыпать на вращающийся горизонтальный диск

(рис.Б.33,б), то под действием сил трения и центробежных сил они будут перемещаться к периферии, поштучно отделяясь от общей массы. В расположенные по периферии захватные органы типа окон или карманов ПО будут забрасываться с большой силой.

При вращении барабана (рис.Б.33,в), у которого захватные органы расположены на внутренней поверхности, происходит непрерывное пересыпание ПО. Если перемешивание ПО захватными органами недостаточно, то применяют специальные ворошители. На рис Б.33,з,к показаны установленные на диске специальные лапки и угольники, которые разбрасывают ПО в бункере. Хорошие результаты по подготовке к захвату получены в БЗУ с двумя вращающимися в противоположные стороны дисками (рис.Б.33,г). В конических БЗУ для разрушения сводов используют электромагнитный вибратор, который встряхивает ПО (рис.Б.33,д). Для улучшения захвата на диске БЗУ наряду с захватными органами 1 могут быть нанесены дополнительные пазы 2 (рис.Б.33,е), в которых размещаются захваченные ПО.

Благодаря наличию скоса в диске при западании в карман ПО опрокидываются на 90⁰ (рис.Б.33,ж). Если в общей массе часть ПО будет прижата к стенке 1 вращающегося диска, то те ПО, которые окажутся прижатыми плоской частью, будут скользить, не меняя ориентации, и западут в карман. ПО, попавшие на скошенную часть диска 2, получают за счёт сил трения вращательный импульс, способствующий захватыванию их в карманы.

При захвате ПО (рис.Б.33,и), движущихся по полукруглой стенке бункера, они располагаются преимущественно вдоль его образующих и в этом положении западают в карман.

ПО из положения 2 скользят по диску и опрокидываются через его край в карманы. ПО из положения 3 попадают на выступающие зубья – призмы и, опрокидываясь на них, западают в карманы. Таким образом, даже если ПО находится перед захватным органом в неблагоприятном для захвата положении, переворачиваясь под действием сил тяжести на зубьях – призмах, они западают в карман.

Схемы ориентирования различных ПО на вибролотке представлены на рис.Б.34.

Собираемые детали, поступающие по одной штуке из загрузочно-ориентирующего устройства, забираются схватами промышленных роботов. В работе необходимо предложить конструкцию и расчёт схвата или рабочих элементов, которыми удерживаются собираемые детали. Различают захватные устройства: механические, вакуумные, магнитные и прочие.

В механических удержание объекта осуществляется под действием реакций в точках (зонах) контакта с рабочими элементами, создаваемых двигателем или собственным весом объекта.

Вакуумные удерживают объект посредством разряжения воздуха в замкнутой полости рабочего элемента-присоски. Различают активные вакуумные захватные устройства, в которых разряжение воздуха создаётся принудительно с помощью вакуумных насосов, или эжекционных устройств и пассивные, в которых разряжение воздуха создаётся за счёт его вытеснения при деформировании рабочих элементов.

Магнитные удерживают объект при действии магнитных сил, создаваемых постоянным магнитом или электромагнитом.

Основные технические характеристики захватных устройств всех типов: минимальная грузоподъемность, усилие захватывания, предельно допустимые значения приложенных сил и моментов по осям системы координат захватного устройства, время захватывания и отпускания, масса, габаритные размеры, показатели надёжности.

Как правило, захватные устройства предназначены для работы с одним объектом и выполняют только функции захватывания, удержания и отпускания. В то же время применяются многобъектные и много-функциональные захватные устройства. Многобъектные предназначены для захватывания и удержания двух и более объектов. Многофункциональные предназначены для выполнения наряду с основными функциями механических операций и операций измерения. Конструкции и расчеты различных схватов приведены в работах [1,2].

Согласно заданию в курсовой работе требуется обеспечить контроль одного параметра (качества собираемых деталей или процесса сопряжения) процесса сборки. Для этого необходимо разработать механизм контроля данного параметра с использованием известных датчиков. В РТК датчики внешней информации устанавливаются на оборудовании и служат для контроля работы механизмов оборудования, положения или качества собираемых деталей, усилий или моментов сборки, в качестве устройств техники безопасности, а так же для организации сложных алгоритмов работы РТК. Существует множество типов и модификаций датчиков, отличающихся разными вариантами выполнения схем, конструкций и использования физических эффектов. Наиболее широкое применение в роботехнике находят следующие: электроконтактные, потенциометрические, тензорезисторные, индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие, индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические, датчики термосопротивления, фотоэлектрические, мехатронные.

Датчики преобразуют механические величины в электрические сигналы, которые передаются в устройства управления роботами. Требуется предложить конструкцию механизма контроля со встроенным датчиком для определения значений конкретного параметра. Назначение, технические характеристики, конструкция и принцип работы основных типов датчиков, а также механизмы контроля рассмотрены в работах [3,4].

При автоматическом сопряжении деталей в процессе сборки требуются специальные инструменты: резьбозавёртывающие, вальцовочные, для запрессовки, гибки, пайки, сварки и др. В литературе довольно много приведено конструкций этих механизмов. В данных методических указаниях они изображены на рис.Б.3,Б.6,Б.44. При выполнении курсовой работы рекомендуется использовать литературу [5,6].