Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
21
является переменная жесткость ее профиля, поэтому при подаче
воздуха камера изгибается в направлении менее жесткой части.
Как правило, на две камеры, их изгиб осуществляется навстречу
друг другу. В результате чего между камерами и происходит
захват объекта. При установке трех и более эластичных камер
можно удержать изделия произвольной формы: шары,
электролампы, куриные яйца, пирожные, конфеты,
глазированные сырки, хрупкие пластмассовые изделия и т. п.
Заметим, что камерные могут успешно функционировать при
замене воздуха на жидкость, причем расширяющуюся
(охватывающую) камеру в некоторых захватных устройствах
заполняют гранулированным сыпучим материалом или
электрореологической, электромагнитной жидкостью. Последние
две жидкости представляют собой суспензию, состоящую из
жидкого компонента (масла, керосина и т. п.) и твердого в виде
сыпучих частиц: первый соответственно – это разнообразные
силикаты, второй – ферромагниты.
Пневматические устройства для захватывания и удержания
предмета производства достаточно широко используются в
различных автоматах и механизмах пищевой и химической
промышленностей и потенциально имеют большие
функциональные возможности для применения в этих отраслях
совместно с ПР.
Магнитные ЗУ успешно используются при
манипулировании изделиями (заготовками, полуфабрикатами
и т. п.), выполненными из ферромагнитных материалов. По
способу обеспечения усилия удержания магнитные делятся на
захваты с постоянными магнитами, с электромагнитами,
комбинированные, с вращающимся магнитным полем,
магнитомеханические, пневмомагнитные. Наиболее
распространены электромагнитные ЗУ. Они обладают рядом
преимуществ по сравнению с вакуумными: большей силой
притяжения на единицу поверхности, меньшем временем захвата,
простотой, долговечностью конструкции. К недостаткам можно
отнести остаточное намагничивание захвата и объекта,
22
вызывающее опасность их загрязнения и повреждения.
IW
,mRR
Основным параметром электромагнитных является
удерживающая сила или сила притяжения, которая
рассчитывается по формуле Максвелла
2
)(
IW
2
)(25
RRS
-
m
b
где
F
=
ä
- число ампер витков обмотки электромагнита: S -
площадь поверхностного соприкосновения объекта с полюсами
электромагнита; и
- магнитное сопротивление
b
соответственно воздушн ого зазора и металла.
Рис. 2. Характерные магнитно-камерные (электростатические)
захватные устройства
23
Гравитационные и электростатические используют
удерживающую силу, возникающую в результате соответственно
гравитационных сил и статического электричества (рис. 2).
Комбинированные ЗУ представляют собой устройства
захвата с комбинированным воздействием на предмет
манипулирования разнородных сил, описанных выше (например,
пневмомеханические, магнитомеханические и т. п.) Для
последних обеспечивается чередование циклов зажима и
освобождения автономно без специальных команд от систем
управления. Изделие удерживается силой пружин в результате
самозатягивания или запирания губок, при этом источником
энергии служат все тела , преобразуемые передаточным
механизмом в силу захватывания. Как правило, подобные
захваты работают только в вертикальном положении.
В зависимости от наличия привода захваты подразделяют
на две большие группы: не приводные и с использованием
привода. К не приводным относятся пневматические, магнитные,
гравитационные, электростатические и частично
комбинированные, а также механические, не управляемые и со
стопорными механизмами.
Приводные ЗУ в соответствии с используемым типом
привода различаются на пружинные, пневматические,
гидравлические и электромеханические. Наибольшее
распространение получили пневмоприводы из-за простоты
конструкции, легкости регулировки усилия зажима, удобства
подачи движителя и его безвредности, возможности применения
в агрессивных средах и при высоких (низких) температурах. К
основным недостаткам пневмопривода можно отнести
значительные габаритные размеры при сравнительно малых
усилия зажима.
Гидроприводы сыскали себе широкое применение в
различных захватах, так как обеспечивают высокие усилия
сжатия при малых габаритных размерах, а также возможность
регулировки данного усилия. Недостатки - зависимость вязкости
движителя от температуры, недопустимость применения в ряде
24
химико-технологических процессов и производств, где
предъявляются более жёсткие требования к чистоте, как изделий
(продуктов), так и самих помещений.
Электроприводы ЗУ пока применяются ограниченно ввиду
сравнительной сложности конструкций.
Как правило, определенной кинематической структуре ЗУ
соответствует свой тип привода. Все приводные захваты можно
разделить на два класса: использующие при работе передаточные
механизмы и функционирующие без них. В зависимости от типа
передаточного механизма первый класс захватов подразделяется
с жесткими и гибкими элементами. К характерным жестким
передаточным механизмом можно отнести рычажные, кулисные,
реечные и клиновые, а к гибким - тросовые, ременные, цепные и
ленточные. Наибольшее распространение в ЗУ получили
рычажные и реечные передаточные механизмы. Рычажные
механизмы наиболее просты, надежны, но обладают невысоким
уровнем гибкости. Реечные передачи имеют меньшие габаритные
размеры, по сравнению с рычажными более высокий уровень
гибкости, но не дают выигрыша в усилии зажима.
Достаточно большое разнообразие захватов для ПР,
применяемых в химико-технологических процессах, можно
разделить на два больших класса: без зажимных элементов
(например, вакуумные, струйные и магнитные) и с зажимными
элементами (механические и камерные). Зажимные или рабочие
элементы захватов выполняются жесткими (не очувствленными)
и адаптивными (очувствленными). Представленные выше и им
подобные механические обладают жесткими элементами.
Зажимные элементы, наделенные способностью
приспосабливаться к форме объекта, называются адаптивными.
Последний термин произошел от латинского слова "adaptare", что
в переводе означает приспосабливать. Механические ЗУ,
имеющие на пальцах (рабочий элемент) упругие накладки, а
также пневматические захваты, элементы которых выполнены из
подобных материалов типа резины, не приспосабливаются к
форме предмета, а лишь компенсируют отклонение реальной
формы объекта от теоретической. При этом увеличивают силу
трения, уменьшают давление на поверхность изделия,
25
компенсируют ошибку положения, устраняют возможность
удара, сохраняют герметизацию камер и т.п. В конечном счете
адаптивные пальцы обеспечивают захват и удержание объектов,
имеющих легко повреждаемые поверхности и выполненные из
хрупких материалов. Разнообразные датчики, вмонтированные в
рабочие элементы, позволяют получить сведения о наличии,
форме, размерах, массе, состоянии поверхности изделия,
условиях ее удержания, и т. п.
Наиболее часто используются адаптивные зажимные
элементы, выполненные в виде многозвенных, а также
эластичных и упругих пальцев, обеспечивающих “мягкое” взятие
предмета, т.е. создающих постоянное регламентируемое давление
по всей его поверхности. В ЗУ с многозвенными рабочими
элементами каждый палец состоит из нескольких твердых
звеньев, которые могут соединяться шарнирно наподобие
сустава, либо перемещаться независимо друг от друга. Приводы
могут быть установлены автономно для каждого сустава или же
один привод может приводить в движение все фаланги пальцев
(например, трехпалое с штивотросовой передачей). Основной
недостаток захватов с многозвенными пальцами - невозможность
обеспечения строгого постоянного давления по всей поверхности
объекта.
Увеличение количества фаланг пальцев ведет к
выполнению необходимого условия (в пределе оно будет
постоянным), причем данное увеличение значительно усложняет
конструкцию захвата. Избежать последнего недостатка
позволяют ЗУ с эластичными пальцами (рис. 2), обеспечивающие
постоянное давление при охвате объекта манипулирования
любой сложной формы. Каждый палец такого захвата
представляет собой полный эластичный баллон, пустой или с
наполнителем, как правило, из сыпучего материала. Захватные
устройства с эластичными пальцами являются разновидностью
камерных захватов с идентичным принципом работы.
Схваты с упругими (гибкими) рабочими элементами,
выполненные в виде тросов, лент, пока еще не нашли широкого
26
распространения. Как правило, гибкие элементы в выполняют
функции, как передаточного, так и рабочих элементов, заменяя
при этом работу рычагов. Достоинством представленных
захватов является простота конструкции, недостатками - большие
габаритные размеры, необходимость натяжения гибких
элементов по всей длине, низкая несущая способность,
возможность возникновения больших погрешностей
позиционирования.
По виду движения пальцев ЗУ можно разделить на три
группы: с плоскопараллельным, поступательным и
прямолинейным перемещением зажимных элементов. При
плоскопараллельном и поступательном движении вершины
рабочих элементов перемещаются по окружности, а при
прямолинейном - по прямой соединяющей вершины пальцев.
Заметим, что для первого и второго случаев центр захвата в
результате движения смещается, а для последнего остается
неизменным. Причем, при прямолинейном и поступательном
движении пальцев их ориентация в пространстве остается
постоянной, а при плоскопараллельном – меняется. Перемещение
центра захвата и вид траектории движения вершины пальцев
(рис. 3) необходимо учитывать в различных технологических
процессах (операциях), например при сборке, разгрузки тары,
кассеты и т. п.
В зависимости от характера базирования объекта
манипулирования ЗУ делятся на четыре группы: фиксирующие,
центрирующие, базирующие и способные к перебазированию.
Фиксирующие сохраняют положение объекта манипулирования,
которое он имел в момент захватывания. К характерным
представлениям можно отнести вакуумные и магнитные.
Центрирующие захватывают объект таким образом, что
положение центральной оси (плоскости симметрии), или центра
изделия и схвата совпадают. Примером могут служить
механическое, имеющие рабочие элементы в виде призм, плоских
параллельных губок и захваты с эластичными камерами.
Базирующие в результате захвата реализуют ориентирование
объекта относительно одн ой или нескольких его базовых
поверхностей.
27
Рис. 3. Основные виды движения пальцев захватного устройства
К ним можно отнести поддерживающие и частично
схватывающие. Захваты, способные к перебазированию объекта
манипулирования, изменяют положение изделия в результате
управляемых действий рабочими элементами. Описанным
свойством обладают адаптивные с многозвенными шарнирными
пальцами, иногда их называют антропоморфные захваты.
Согласно степени (уровню) специализации, ЗУ делятся на
четыре группы: специальные, специализированные (целевые),
многоцелевые, универсальные. Специальные - это,
обеспечивающие захватывание и удержание одного вида объекта
манипулирования. К данной группе можно отнести ряд
механических и вакуумных, у которых рабочие элементы
выполнены строго определенной формы с целью захвата только
28
конкретного типа изделия. Специализированные (целевые)
предназначены для захватывания объектов манипулирования,
имеющих однородные конструктивно-технологические
параметры. Основными представителями этой группы является
подавляющее большинство механических и частично вакуумные.
Многоцелевые приспособлены для захватывания и удержания
объектов манипулирования за ограниченную номенклатуру
поверхностей, отличающихся формой и изготовленных из
определенного материала. Ее характерными представителями
можно назвать струйные, частично камерные и магнитные.
Универсальные способны захватывать и удерживать объекты в
широком диапазоне типоразмеров и физических параметров.
Примером могут служить антропоморфные многозвенные
механические и камерные с эластичными изгибающимися
пальцами.
В зависимости от назначения основного (захватывание и
удержание) и дополнительного (например, перемещение с целью
ориентации объекта, выполнение технологических операций) ЗУ
делятся на три группы: захваты без дополнительных устройств, с
устройствами для ориентирующих перемещений и с
приспособлениями для выполнения технологических операций.
Достаточно часто две группы объединяют в одну –
многофункциональные захваты. К данной группе можно отнести
как ряд механических, так и пневматических (струйных).
Заметим, что большинство многофункциональных ЗУ
находится в стадии разработок, а применяемые в
промышленности обладают значительными габаритными
размерами и массой, сложны конструктивно и в обслуживании и
предназначены, как правило, для миниатюрных изделий. В связи
со сказанным многофункциональные пока ещё не нашли
широкого применения (рис. 4).
Все рассмотренные выше ЗУ являются однопозиционными,
т. е. предназначены для захватывания и удержания одного
изделия. В настоящее время широко внедряются
29
многопозиционные (или многообъектных, многопредметных),
позволяющие повысить производительность как ПР, так и
робототехнического участка, а также сократить простой,
технологического оборудования. По характеру работы
многопозиционные подразделяются на три группы:
последовательного, параллельного и комбинированного
действий. К ЗУ последовательного действия относятся, как
правило, двухпозиционные устройства, имеющие по одной
позиции загрузки и разгрузки. Причем зажимные элементы на
каждой из позиции независимы друг от друга. Захваты
параллельного действия имеют ряд независимых позиций для
одновременного захватывания или высвобождения групп
изделий. Многопозиционные комбинированного действия
оснащены группами параллельно работающих позиций, причем
данные группы функционируют независимо одна от другой.
По способу управления ЗУ подразделяются на
неуправляемые, командные, жесткопрограммируемые и
адаптивные. К неуправляемым относятся не приводные, в
частности, магнитные и вакуумные без принудительной откачки,
а также механические в виде пинцетов, клещей, разрезных
валиков, втулок и т. п. Неуправляемые выполняются в виде
пинцетов, разрезных упругих валиков и втулок, клещей и т. д.,
находящихся в сжатом состоянии под действием пружин. Разжим
рабочих элементов осуществляется при контакте с изделием в
результате силового воздействия ЗУ на объект, а освобождение принудительно, путем использования дополнительных устройств.
Подобные захваты целесообразнее применять для изделий,
обладающих небольшой массой и габаритными размерами,
выполненных из прочных, нехрупких материалов.
Командные управляются только на захватывание и
отпускание объекта манипулирования автономно, без участия
системы управления. Характерными представителями этой
группы являются со стопорными механизмами. Для жестко
30
программируемых управление осуществляется системой
управления ПР, при этом для некоторых типов захватов усилие
зажима, величина перемещения губок и взаимное расположение
зажимных элементов могут меняться в зависимости от заданной
программы.
Более широкими возможностями обладают адаптивные ЗУ.
В данном случае имеются в виду, оснащенные различными
датчиками внешней информации, позволяющие достаточно
полно охарактеризовать объект манипулирования. Для
адаптивных программирование движения рабочих элементов, как
правило, осуществляется системой управления ПР на базе ЭВМ с
учетом полученной от датчиков информации. Адаптивные в
зависимости от средств очувствления подразделяются на
тактильные, силомоментные, светолокационные, ультразвуковые
и комбинированные. Наличие датчиков очувствления в ЗУ робота
позволяет ему в большей или меньшей мере оценивать объект
захвата и приспосабливаться к его специфическим свойствам.
Пока адаптивные не нашли широкого применения из-за их
высокой стоимости, низкой надежности, специфических
требований, предъявляемых к условиям эксплуатации и
производственной среды.
Согласно характеру крепления ЗУ к руке ПР все захваты
можно разделить на четыре группы: несменяемые, сменяемые,
быстросменяемые и способные к автоматической смене.
Несменяемые являются неотъемлемой частью конструкции
ПР, их замена исключена. Данная группа очень малочисленна, в
большинстве своем это некоторые типы механических.
Сменяемые захваты представляют собой самостоятельные
узлы с базовыми поверхностями, за которые осуществляется их
крепление к ПР. Заметим, что крепление данной группы не
предусматривает быстрой замены (например, фланцевое
соединение).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]