Проектирование манипулятора

        Автоматизация производства -   процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. А. п. — основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель А. п. заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают А. п.: частичную, комплексную и полную.

     Частичная автоматизация производства, точнее — автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его.

       Современный этап развития промышленности характеризуется повышением экологических и научно-технических требований к производству. Решением данных проблем является полная или же частичная автоматизация производства, так как производство должно ставить перед собой следующие задачи:

     - обеспечить выпуск продукции высокого качества

    - создание наилучших (благоприятных) условий труда для всех участников производства

     - предельное сокращение срока выпуска продукции

     - снижение себестоимости продукции (наименьшая затрата средств на изготовление единицы изделия).

Решению этих задач способствует внедрение роботизированных комплексов или РТК.

     При проектировании роботизированного комплекса не маловажным этапом является выбор или проектирование вспомогательного оборудования. Основным вспомогательным оборудованием в РТК являются манипуляторы транспортные роботы или самоходные тележки, которые выполняют различные манипуляции с изделиями и заготовками.

    В настоящее время существует большой выбор промышленных роботов выполняющих погрузочно-разгрузочные, транспортные, упаковочные и операции по ориентированию деталей.

Обзор продукции ведущих фирм производителей промышленных роботов, таких как: «KUKA», «FANUC», «HYUNDAI», «ABB», «GUDEL» и др., привел к выводу о необходимости разработки промышленного робота-укладчика использующего в качестве основных приводных механизмов пневмоприводы, а также универсального транспортного робота.

Основная часть.

1.      Разработка робота-укладчика.

1.1   Технические характеристики робота укладчика.

Проектируемый робот-укладчик должен обладать следующими характеристиками:

Грузоподъемность                                                                                  до 15  кг

Число степеней подвижности                                                                          6

Величина перемещения по осям, м                                                         Х =2

                                                                                                                       Y = 2

                                                                                                                       Z = 1.5

Управление                                                                                    микро ЭВМ

Потребляемая мощность                                                           не более 6,5 кВт

Габаритные размеры, мм                                                        2200 х 1800 х 800

Масса полная, кг                                                                              не более 550

Снаряжённая, кг                                                                                              535

1.2 Моделирование движения робота укладчика  в зоне обслуживания.

     Проектируемый робот укладчик тип 1 должен обеспечивать  упаковку  кареток с фильтрами и укладывать их на поддоны для дальнейшей транспортировки. 

Рассмотрим зону обслуживания для руки этого робота.

Для требуемой укладки схват руки-манипулятора робота должен  иметь возможность находиться в 9-ти  контрольных точках :

1.      место выхода готовой продукции

2.      место установки пустой каретки

3,4,5,6 нижний ряд на поддоне с готовой продукцией

6,7,8,9 верхний ряд на поддоне с готовой продукцией.

10. положение ожидания.

Рис. 1. Скелет руки робота укладчика.

Рис. 2. Первая и одиннадцатая контрольные точки движения руки манипулятора.

Рис. 3.   Второе контрольное положения руки-манипулятора.

Рис. 4. нижние контрольные положения.

Рис.5. верхние контрольные положения  руки-манипулятора. 

Следовательно данная рука-манипулятор должна иметь возможность поворота на 85 ۠ а так же  возможность вертикального перемещения схвата  на 1,8м.

Для выполнения заданных параметров производится расчёт длинны 4х звеньев руки, а так же максимальный угол наклона каждого звена.

Анализируя графики контрольных положений руки- манипулятора робота получаем  следующие значения для подвижных звеньев:

Звено №1-  L=600мм.

Звено №2-  L=1100мм, угол наклона составляет 0- 75 ۫ .

Звено №3-  L=800мм, угол наклона составляет 0- 60 ۫ .

Звено №4-  L=600мм, угол наклона составляет 0- 110 ۫ .

1.2   Разработка функциональной схемы робота-укладчика.

     Робот укладчик предназначен для упаковки кареток с готовой продукцией, укладки их на транспортировочный поддон, а также для позиционирования и  вставки пустых коробок в установочную каретку.

Рис.6. Функциональная схема робота-укладчика

1.3. Проектирование основных и выбор вспомогательных элементов

робота-укладчика.

     Пневматическое оборудование хорошо работает при высоких температурах, а также в сильно запыленной и агрессивной среде. Кроме того, благодаря своей надежности, пневматические системы характеризуются продолжительным сроком службы. Гарантированная наработка для элементов пневмосистем составляет более миллиона циклов. В то время как ресурсная наработка электропривода составляет лишь несколько тысяч циклов.

Кроме того, пневматические системы практически не чувствительны к перегрузкам. В перегруженном состоянии исполнительные механизмы просто остановятся или начнут работать вхолостую. В свою очередь при перегрузке электропривода происходит разрушение конструкции, выход из строя электродвигателя. Для предотвращения данного явления в электроприводах применяют различные дополнительные электромеханические устройства – муфта ограничения предельного момента, термоконтакт или термореле в обмотке статора электродвигателя. Для пневматических исполнительных устройств отсутствует также опасность перегрева. Пневматическое оборудование не может стать источником пожара даже при работе в условиях повышенной взрыво и пожароопасности.

Выбор типоразмера пневмоцилиндра

   Пневмопривод должен обеспечивать требуемое усилие при заданной временной диаграмме. Исходя из этого, разработка структуры пневмопривода должна включать в себя следующие этапы:

        выбор типоразмера пневмоцилиндра в зависимости от усилия;

        выбор управляющего распределителя и других элементов пневмопривода, обеспечивающих расход, необходимый для достижения временных характеристик работы пневмопривода.

Для выбора типоразмера пневмоцилиндра используется следующая таблица:

2.4.2 Выбор типоразмера (Ду) пневмораспределителя.

Следует также рассмотреть два предельных случая:

А) при малых скоростях движения штока пневмоцилиндра возможен вариант понижения типоразмеров пневмораспределителя с целью уменьшения габаритов и экономических затрат потребителя;

Б) при высоких скоростях движения шока пневмоцилиндра необходимо учесть, что величина расхода воздуха, проходящего через цилиндр, может значительно возрасти, а вследствие этого может понадобиться увеличение условного прохода распределителя, так как он уже не будет удовлетворять поставленным условиям работы.

Выбор пневмораспределителя.

   Количество подводов-отводов воздуха (за исключением каналов управления) определяет линейность распределителя.

   В качестве управляющего распределителя в пневмоприводах, в основном, используются трех (подвод, выход, выхлоп), четырех (подвод, два выхода и общий выхлоп) и пяти (подвод, два выхода и два выхлопа) - линейные распределители.

    Трехлинейный пневмораспределитель целесообразно применять для управления пневмоцилиндром с пружинным возвратом. Как правило, пневмоцилиндры с пружинным возвратом изготавливаются для малых диаметров (32,40 мм) вследствие необходимости затрачивать дополнительные усилия на сжатие пружины.

    Для управления пневмоцилиндрами двухстороннего действия одинаково пригодны и четырех-, и пятилинейные пневмораспределители, их применение зависит от вариантов функционирования пневмоцилиндра.

    Пятилинейные пневмраспределители используются в случае, когда в системе требуется различные скорости перемещения штока пневмоцилиндра, что обеспечивается установкой соответствующих дросселей на разные выхлопы распределителя.

   При одинаковой скорости выдвижения/втягивания штока пневмоцилиндра целесообразно использовать четырехлинейные пневмораспределители с одним дросселем на общем выхлопе.

Двухпозиционные пневмораспределители с ручным (кнопка, тумблер, рычаг) управлением имеет, как правило, ручную фиксацию конечных положений. Такие распределители имеют условный проход 4 или 6 мм и обычно применятся для управления пневмоцилиндрами с диаметром не более 80 мм.
    Подобную область применимости имеют и двухпозиционные распределители с механическим (ролик, толкатель) и ножным управлением, как правило, осуществляющие пружинный возврат в исходное состояние.

    В отличие от двухпозиционных крановые распределители имеют три фиксированные позиции, обеспечивающие возможность остановки пневмоцилиндра в промежуточном положении с закрытым или открытом центром. Данные распределители изготавливаются с условным проходом 6,10,16 мм и применяются для управления цилиндрами с диаметрами не более 100 мм.

    На практике часто возникает необходимость управления пневмоцилидрами с диаметром более 100 мм без использования электричества. В данном случае целесообразно применить комбинацию ручного (ножного, механического) распределителя с условным проходом 4 или 6 мм и распределителя с пневматическим управлением с условным проходом, например, 20 мм или 32 мм. При этом первый распределитель является пилотом, т.е. его выходная линия являются управляющим входам для второго распределителя, выходы которого связаны с полостями пневмоцилиндра.

Мы выбираем пневмоцилиндр CAMOZZI 40 серии  диаметром 80мм и рабочим давление в цилиндре 10 бар т.к. допустимое давление на штоке такого цилиндра составляет до 4,5кН что вполне достаточно для веса транспортного робота

.

Выбор электродвигателей привода механизма вставки кареток.

Определение веса механизма вставки кареток

        Каркас ТР - 12кг

        двигатели, 2 шт (фактический вес двух предварительно выбранных двигателей) - 2кг

        шасси в сборе (предв. оценка) -4кг

        Блок питания – 0,5кг

        Вес груза – 0,5 кг 
Итого:  ≈19кг

Определение силы сопротивления движению.

Сила сопротивления (F) пропорциональна весу робота (P):
 
F = K x P

 
    Коэффициент пропорциональности К - коэффициент сопротивления, - зависит от типа и компоновки робота, а также от типа поверхности, по которой он будет передвигаться.

Поскольку механизм вставки кареток перемещается только по специальным направляющим, принимаем коэффициент сопротивления равным 0,05.
 
Соответственно, сила сопротивления будет равна:
 
F = K x P = 0,5 x 19 = 8,5 кг