книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

Роботостроение в США и Европе

Робот Unimate. Он разработан и выпускается американской фирмой «Uniination Inc.». По лицензии этой фирмы робот Unimate изготовляется также и в других странах. В настоящее время вы­ пускаются две модели робота Mark-II и MII-FLR.

Робот состоит .из неподвижного основания и подвижной руки с захватом. В основании робота расположены механизмы, обеспе­ чивающие рабочие движения, и система программного управления.

На неподвижной части манипулятора, представляющей собой станину с опорной колонной, на радиально-упорных подшипниках смонтирована поворотная часть. Корпус руки крепится в цапфах на поворотной части. Рука с захватом имеет пять степеней свободы и работает при температуре до 49° С.

Рука робота Unimate может выдвигаться до максимального расстояния захвата от центра поворота руки, т. е. до 2,412 м. При полном вылете руки захват может перемещаться в простран­ стве со скоростью 1270 мм/с. Вертикальное перемещение деталей от уровня пола возможно в пределах 76—2286 мм (при полном вылете руки), а объем рабочей зоны робота составляет около

9,9 м3.

Максимальное усилие зажима детали на захвате клещевого типа при длине пальцев 102 мм составляет 136 кгс. Робот Unimate может работать с разными сменными захватами в зависимости от конфигурации, габаритов и веса манипулируемой детали.

Для более тяжелых условий работы выпущена новая модель МП-FLR с максимальным вылетом руки (радиусом действия) 3,25 мм. Робот может обслуживать крупногабаритное оборудова­ ние (станки, машины литья под давлением и т. п.). Объем рабочего пространства, обслуживаемого роботом MII-FLR достигает 12,6 м3. Точность позиционирования ±1,5 мм. Находясь в вытяну­ том положении, рука может поднимать детали, находящиеся на расстоянии 1 см от пола, на высоту до 3 м.

Привод движений руки роботов Unimate гидравлический. Давление в гидросистеме 36—68 кгс/см2. При падении давления ниже 32 кгс/см2 робот автоматически останавливается.

Так как робот может переносить нагретые заготовки (при ковке, штамповке, термообработке, литье), то для предотвращения загорания привод к захватному устройству осуществляется с по­ мощью пневматики. С этой же целью гидроприводы движений кисти руки отнесены от центральной части робота, а движения к кисти передаются с помощью механических передач.

Бак для масла и другая гидроаппаратура располагаются внутри основания робота. Поворот руки в горизонтальной пло­ скости (вокруг вертикальной оси) осуществляется у модели Mark-II от двух соосно расположенных гидроцилиндров одно­ стороннего действия. Штоки обоих цилиндров жестко связаны с рейкой, которая зацепляется шестерней, укрепленной на пово-

341

ротной трубе манипулятора. Для устранения мертвого хода в передаче рейка-шестерня предусмотрен специальный гидроцилнндр выбора люфта зубьями рейки и шестерни. Остальные дви­ жения руки и кисти осуществляются от обычных гпдроцилиндров возвратно-поступательного действия в комбинации с механиче­ скими передачами. Так, например, поступательное движение штока гпдроцилиндра преобразуется во вращательное следующим образом: к обоим концам штока прикреплена роликовая цепь, огибающая две звездочки; с помощью конической зубчатой пары вращение передается телескопическому валу, смонтированному вдоль траверсы. В зависимости от изменения вылета траверсы длина узла вала также меняется благодаря шлицевому соеди­ нению.

Приведем расчет экономической эффективности применения робота Unimate. Стоимость робота вместе с комплектующими изде­ лиями 25 000 долл. Ежегодные эксплуатационные расходы со­

400 долл.

Годовая экономия (за 240 дней) на зарплате при двухсменной работе (16 ч) равна 16x240x3,8 долл. *=« 15 600 долл.

Отсюда период возврата начальных капитальных вложений (в годах) составляет

25 ооо

1,99.

15 600— 2075

В табл. 11 представлены типовые применения робота Unimate. Робот Versatran. Работы по созданию робота Versatran про­ водились американской фирмой «AMF Thermatool Inc., Versa­ tran Div.» с 1958 г., а в продажу робот был выпущен в 1963 г. Название робота Versatran составлено из первых слогов двух слов: VERSAtile (многосторонний) и TRANster (передача). После 1963 г. робот подвергался модернизации, а с 1968 г. по лицензии фирмы AMF начал выпускаться с некоторыми изменениями анг­ лийской фирмой «Hawker Siddeley Dinamics Ltd.». Расчетный срок службы робота Versatran — 40 000 ч. Он работает в цилиндри­ ческой системе координат. Манипулятор состоит из неподвижного основания, колонны, поворачивающейся относительно основания на угол до 240°, и руки, осуществляющей вертикальное и гори­ зонтальное перемещения относительно колонны. Эти три движе­ ния программируются, что позволяет выводить кисть в любую точку рабочего пространства, обслуживаемого роботом. Кроме того, имеются еще две степени свободы — вращение кисти вокруг оси руки и поворот ее относительно вертикальной оси. Эти дви­ жения кисти не программируются, а ограничиваются регулируе­ мыми упорами в пределах 180°. Общий объем рабочей зоны робота составляет 2,5 м3. Он может работать при температуре окружающей среды от 0 до 45° С. Для того чтобы робот можно было

342

343

344

применять в горячих цехах (при литье, ковке, штамповке, термо­ обработке и т. д.), в его гидросистеме используется специальное негорючее масло, подаваемое к исполнительным механизмам по гибким теплостойким шлангам.

Все движения робота осуществляются от гидропривода. В пер­ вой модели робота Versatran фирмы AMF и в роботе Versatran 500Р фирмы «Hawker Siddeley Dinamics Ltd.» бак для масла и другая гидроаппаратура расположены внутри основания робота. Однако в некоторых случаях, когда рабочее пространство, отве­ денное для робота, мало, гидронасосную станцию вместе с пультом управления выносят за пределы рабочей зоны.

Гидронасос, подающий масло к исполнительным механизмам, приводится в действие электродвигателем мощностью 5,5 кВт. Расход масла 36 л/мин при давлении 70 кгс/см2. (Если дав­ ление масла в гидросистеме ниже 56 кгс/см2, робот останавли­ вается.)

Привод вращения колонны состоит из двух гидроцилиндров одностороннего действия, штоки которых связаны между собой с помощью двух цепей. Каждый из гидроцилиндров поворачивает колонну в одном из двух направлений. В качестве датчика поло­ жения в роботе Versatran фирмы AMF применяются вращающиеся трансформаторы.

Рука робота представляет собой трубу, внутри которой распо­ ложены механизм поворота захватного устройства относительно двух осей и механизм сжатия-разжатия кисти. Силовыми при­ водами этих механизмов являются гидроцилиндры, расположен­ ные в задней части руки.

Пульт управления роботом Versatran выполнен отдельно от манипулятора. Робот может управлять единицами оборудова­ ния и от такого же количества внешних устройств может получать сигналы для синхронизации своей работы с обслуживаемым обо­ рудованием.

В настоящее время фирма AMF выпускает роботы серии Е, которые построены по блочному принципу и состоят из следующих блоков: манипулятора, гидронасосной станции, системы программ­ ного управления и узла управления цикловой автоматикой. Манипулятор этого робота может выполнять свои функции в раз­ личных положениях — неподвижно на полу, закрепленным под любым углом непосредственно на обслуживаемом оборудовании, на подвижной тележке.

В последнее время фирма AMF разработала модели роботов, способных двигаться по напольной трассе (на тележке) и в подвес­ ном состоянии (на монорельсе). Грузоподъемность таких роботов

хватов).

Английская фирма «Hawker Siddeley Dinamics Ltd.» выпускает роботы Versatran двух моделей: 500Р с позиционной системой

345

управления от специального командоаппарата барабанного типа (в этом случае число возможных позиций руки в рабочем цикле —

робот Simpltran (Versatran-500S), который является упрощенной моделью Versatran: в ней отсутствует движение поворота колонны в горизонтальной плоскости (относительно вертикальной оси). Известно одно из применений робота Simpltran для целей сварки, когда робот перемещается по специальным направляющим на длину 3 м вдоль свариваемого изделия.

Робот Transiva. Фирма «R and R. Taylor Ltd.» (Англия) вы­ пускает робот Transiva, предназначенный для загрузки-разгрузки металлообрабатывающего и другого технологического оборудова­ ния в комплексе с конвейерами или питателями разного типа. Он представляет собой манипулятор с гидравлическим приводом, смонтированный на общем основании с системой программного

траверсы в горизонтальной плоскости на 180° с остановками при 0, 90 и 180°; ось руки робота в нижнем положении находится на расстоянии 1090 мм от плоскости пола.

Робот может снабжаться оконечными устройствами разных типов: простым захватом без вращательного движения; головкой с вращающимся захватом; двухзахватной вращающейся головкой; двуруким устройством с простыми захватами; головкой с захватом, перемещающимся в поперечном направлении; вакуумными и магнитными захватами.

Система управления робота позиционная с командоаппаратом барабанного типа. Программоноситель — 16-дорожечная перфо­ лента или перфокарта. При вращении барабана срабатывают путе­ вые выключатели, воздействующие на гидравлические клапаны с электромагнитным управлением. Время подготовки программы не превышает 30 мин, а смены программы — 30 с.

Все перемещения робота носят синусоидальный характер: начало движения с замедленной скоростью, быстрый ход и замед­ ленное окончание движения.

Гидравлический поршневой насос с регулируемой произво­ дительностью приводится в действие от электродвигателя мощ­ ностью 1,1 кВт и обеспечивает давление в гидросистеме 28 кгс/см2.

Робот Prab-4800. Американская фирма «Prab Engineering Согр.» (Мичиган, США) выпускает робот Prab-4800, работающий в сфе­ рической системе координат аналогично роботу Unimate. В отли­ чие от последнего он обладает меньшей универсальностью и имеет более простую систему программного управления.

346

Движения робота: поворот руки в горизонтальной плоскости на 20°; поворот руки в вертикальной плоскости на 190°; телеско­ пическое удлинение на 1118 мм; вращение кисти на 90°. Привод робота гидравлический (исполнительные механизмы — гидроци­ линдры). Масса манипулируемых деталей до 15 кг. Сжатие и раз­ жатие кисти производятся при помощи пневмоцилиндра. Стои­ мость робота около 10 000 долл.

Робот Autoplace. Фирма «Autoplace Div. of Erie Engineering» (Мичиган, США) выпустила робот, предназначенный для исполь­ зования на производствах с высоким уровнем механизации. Этот небольшого размера робот с пневмоприводом применяется в различных отраслях промышленности и может перемещать де­ тали массой от десятка граммов до 4,54 кг. Его стоимость 2400 — 4100 долл.

Рсбот выпускается с четырьмя сменными взаимозаменяемыми траверсами, укомплектованными головками различных конструк­ ций и назначений. Типы поставляемых траверс следующие: 1) поворачивающаяся вокруг колонны для перемещения деталей по дугам окружности; 2) поворачивающаяся вокруг колонны и

Поворачивание траверсы осуществляется с помощью встроен­ ной гидравлики, обеспечивающей также смягчение толчков при начале и окончании движений. Один пневмоцилиндр служит для поворота плеча, а второй, встроенный в исполнительный механизм, предназначен для осуществления независимого подъема и опуска­ ния плеча. Робот может производить еще три движения, осуще­ ствляемые пневмоцилиндром и рычажно-шарнирной системой, установленной на плече. Таким образом, каждое из пяти движений робота осуществляется пневмоцилиндром двойного действия. Воздух в цилиндры подается через золотник со встроенным дат­ чиком, который регистрирует момент окончания движения поршня (путем контроля выходящего из цилиндра воздуха).

Захватывающие кисти изготовляются нескольких типов: с одноили двусторонними подвижными губами с вакуумными присосками.

Управление роботом и программирование его движений осу­ ществляются с помощью пневматической системы циклового про­ граммного управления на логических элементах. Робот может работать отдельными циклами или в непрерывном режиме. Он снабжается блокировочными устройствами, прекращающими его движения при столкновении с какими-либо препятствиями. Точ­ ность позиционирования ±0,076 мм.

Робот Robodex. В октябре 1971 г. фирма «Hayes-Dana Ltd.» (Канада) демонстрировала на выставке в Торонто робот модели Robodex, налаженный для обслуживания штамповочного пресса. Робот был запрограммирован для выполнения следующих дей­ ствий: взятия детали из стопки, установки ее на штампе, удержа-

347

ния детали в нужном положении в процессе выполнения операции и обратного укладывания в стопку. Деталь, кроме того, повора­ чивалась на. 90°.

Робот рассчитан на оперирование деталями, имеющими массу до 45,4 кг. Его захватывающее устройство может автоматически перемещаться в трех координатных направлениях и поворачи­ ваться вокруг собственной оси. Все управление гидравлическое, за исключением пальцев, которые приводятся в действие пневма­ тикой. Нужный наклон захватывающего устройства осуще­ ствляется вручную в процессе наладки робота.

Пневматическая система программного управления состоит из струйных логических элементов и пневмогидравлпческих усили­ телей, управляющих действиями соответствующих клапанов.

Основные характеристики робота следующие: поворачивание основной колонны на 180° (максимум до 220°); вертикальное пере­

Робот Miniman. Этот робот выпускается фирмой «Fostex Flui­ dics» (Англия). Его конструктивные формы и характеристики раз­ рабатываются индивидуально, применительно к условиям заказ­ чика. Робот программируется для работы в шести координатных направлениях — перемещения вдоль осей координат, повороты и захват. Захватная головка может снабжаться пальцами, вакуум­ ными присосками или другими устройствами целевого назначения.

Система привода робота пневмогидравлическая. Гндроцилнндр служит для выполнения движений вперед-назад. Система про­ граммного управления пневмоническая со струйными логическими элементами, устанавливаемыми на регулируемых расстояниях вдоль всего пути штоков гидроцилиндров. Струйные логические элементы обеспечивают также сканирующие движения головки для обнаружения детали, подлежащей захватыванию.

Робот А-3. Этот робот выпускается фирмой «R. Kaufeldt А. В.» (г. Худдинг, Швеция). Он имеет основание, стойку, поворотную колонку и горизонтальную руку с кистью. Поворотные движения осуществляются от пневмопривода и регулируются механическими упорами. С помощью шагового искателя можно управлять 30 дви­ жениями, а также осуществлять несколько независимых от него цикловых операций или движений.

Система управления электрическая, применяющаяся в послед­ ние годы в системах телесвязи. Она надежна, недорога и работает почти в любой среде. Электрическая аппаратура управления рас­ положена на находящемся в стороне пульте управления. Управле­ ние каждым движением может осуществляться как от программо­ носителя, так и вручную. Захватное устройство имеет сменные; губки для захвата деталей разных форм. Поворотный фланец'

348

захватывающего устройства соединен с двумя сдвоенными ци­ линдрами, а также с девятиступенчатой системой упоров для управления конечными положениями захватов.

Робот может перемещать детали массой до 5 кг с линейной скоростью до 7 м/с. Наибольшая масса перемещаемых деталей (на пониженной скорости) 58 кг. Детали зажимаются в кисти с'усилием 380 кг. При необходимости в захват могут быть встроены вакуумные или электромагнитные устройства.

В 1971 г. фирмой изготовлено 75 роботов. В том же году фирма получила заказы еще на 150 роботов. Эти роботы используются фирмами, производящими детали из пластмасс. Роботы А-3 обслу­ живают также металлорежущие станки (на автозаводе американ­ ской фирмы «Borg Werner» эти роботы обслуживают шлифоваль­ ные станки).

Робот фирмы «Electrolux». Крупная шведская фирма «Elec­ trolux», выпускающая бытовое электрооборудование, сконструиро­ вала робот, который состоит из четырех унифицированных узлов: основания, поворотного устройства, захватывающего устройства и механической руки.

Механическая рука прямоугольной формы имеет пневматиче­ ский привод и простую релейную электрическую систему управ­ ления. Радиус действия ее 1,1 м, максимальная скорость пере­ мещения 1 м/с. Захватывающее устройство, которое забирает детали с поддонов, расположенных на полу, может перемещаться в вертикальной плоскости с поворотом от +10° до —10°. Поворот­ ное устройство поворачивается в обоих направлениях на 360° со скоростью 90 град/с.

Максимальная масса транспортируемого груза при понижен­ ной скорости 15,85 кг, при нормальной скорости — 9,9 кг.

Вертикальное перемещение стойки 500 мм; скорость верти­ кального перемещения 300 мм/с. Точность позиционирования ±0,5 мм (для детали массой 10 кг). Давление воздуха в пневмо­ системе 5—7 кгс/см2.

Масса робота 480 кг. Производство роботов, по данным фирмы, непрерывно увеличивается (от 12—15 роботов в 1972 г. до 30— 40 к концу 1973 г. и до 200 — к концу 1975 г.). В зависимости от сложности стоимость роботов колеблется от 6000 до 14 000 долл.

Роботостроение в Японии

В 1968 г. Японская ассоциация содействия электронной про­ мышленности создала в рамках Комитета по технике автоматиза­ ции специальную комиссию по роботам промышленного назна­ чения. Для проведения анализа современного состояния и перс­ пектив использования роботов в промышленном производстве были образованы три рабочие группы.

Первая группа исследовала состояние производства роботов промышленного назначения, выпускаемых японскими фирмами,

349

включая роботы, находящиеся в стадии проектирования; функции роботов, спрос на которые имеется во всех отраслях промышлен­ ности; положение дел с применением роботов промышленного назначения в различных отраслях промышленности; вторая группа — проблемы систематизации и классификации роботов с точки зрения систем управления и методов программирования; перспективы развития техники промышленных роботов; третья группа — конструкцию механизмов, выполняющих функции рук, ног и органов чувств, устройство силовых приводов; комплексные системы и блоки вычислительных машин.

Так как стоимость рабочей силы в Японии значительно меньше, чем в США, большинство японских фирм выпускает роботы менее универсальные, чем Unimate или Versatran, но более дешевые.

Вместо электронной памяти управление большинством робо­ тов осуществляется с помощью простых программных устройств (со штекерными панелями, механическими или пневматическими переключателями). В приводе многих японских роботов вместо гидравлики применяется пневматика (см. приложение II).

Японские роботы по типу робота Versatran. Ряд японских фирм выпускает роботы, мало отличающиеся по компоновке и конструкторскому исполнению от американского робота Ver­ satran. Системы управления этих роботов позиционные (с исполь­

Технические данные некоторых японских промышленных роботов

(по типу Versatran)

350