67828

ЗАХОПЛЮЮЧІ ПРИСТРОЇ (ЗП) ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Технологічне призначення: захопюючі і утримуючі ЗП призначені для зхахоплення і утримування об‘єктів за допомогою гачків петель вилок лопаток губок пальців голок кліщів еластичних камер струменів повітря магнімного поля вакууму електростатичного притягання адгезії липучих накладок та інших засобів...

Украинкский

2014-09-15

1 MB

2 чел.

Технічні засоби робототехнічних систем

Лекція 08

Тема: ЗАХОПЛЮЮЧІ ПРИСТРОЇ (ЗП) ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

План

  1.  Поняття захоплюючого пристрою, вимоги до ЗП ПР
  2.  Класифікація ЗП
  3.  Основні конструкції ЗП ПР
    1.  Механічні ЗП
    2.  Магнітні ЗП ПР
    3.  Струменеві ЗП ПР
    4.  Вакуумні ЗП ПР
    5.  Камерні ЗП ПР

4 Адаптивні ЗП ПР

Література:

  1.   Накано Э. Введение в робототехнику: Пер. с япон. – М.: Мир, 1988. – 334с.
  2.  Челпанов И.Б., Колпашников С.Н. Схваты промышленных роботов. – Л.: Машиностроение, 1989. – 287с.
  3.  Детали и механизмы роботов: Основы расчета, конструирования и технологии производства/ Под ред Б.Б.Самотокина. – К.: Вища шк., 1990. – 343с.: ил.

1 Поняття захоплюючого пристрою, вимоги до ЗП ПР

Виходячи з вищесказаного неодноразово підкреслювалось, що основне призначення ПР – замінити людину при виконанні різних технологічних операцій. На практиці безпосередню участь у виконанні будь-яких операцій виконує не весь маніпулятор, а тільки кистєва частина механічної руки – зап‘ястя і захват. Штучний зір, механічні ноги і власне маніпулятор – всі разом відіграють не більш ніж допоміжну роль, доставляючи ЗП в потрібне місце робочого простору. Отже, з точки зору технологічних можливостей ПР найбільш важлива роль належить кистєвому механізму.

Захоплюючим пристроєм ПР називається його робочий орган, призначений для захоплення і утримування предмета виробництва і (або) технологічного оснащення, який називають об'єктом. Ці об‘єкти можуть мати різні розміри, форму, масу і володіти різноманітними фізичними властивостями, тому ЗП відносяться до змінних елементів.

На основі вивчення функцій і можливостей кисті руки людини сформулюємо вимоги, яким повинен відповідати ЗП ПР, а потім проілюструємо можливості і конструкції сучасних ЗП за допомогою кількох прикладів реальних розробок.

Це цікаво


Найбільш вправною серед усіх живих особин в операції взяття різних предметів є людина. З механічної точки зору ця вправність досягається за рахунок особливої ролі великого пальця. Всі чотири пальці лише згинаються-розгинаються в суглобах, здійснюючи лише затискання-розтискання. Великий палець може повертатися до внутрішньої і зовнішньої сторони долоні. Крім цього може нахилятися до будь-якого з чотирьох пальців, тобто має зустрічний рух, що підвищує можливість захвату.

Среціалісти встановили 12 типових способів захвату за допомогою кисті і розділили їх на 3 основні групи залежно від функцій великого пальця (рисунок 8.1):

захват клешнею, жменею і щіпкою. Існують і проміжні типи захвату, які можна віднести до двох суміжних груп.

До ЗП ПР ставлять особливі вимоги, щодо конструкції і умов їх екплуатації:

  •  надійність кріплення в руці ПР;
  •  підвищена міцність при малих габаритах і масі;
  •  легкість і швидкість заміни ЗП (аж до автоматичної заміни);
  •  надійність захоплення і утримання об‘єкта;
  •  можливість утримування і базування деталей зв широкому діапазоні їх ма,розмірів і форми;
  •  недопустимість пошкодження об‘єкту чи руйнування;
  •  можливість одночасного захоплення близько розташованих деталей.

Отже, як правило, ПР комплектують набором типових (для даної моделі) ЗП, котрі можна замінювати залежно від конкретного робочого завдання. Іноді на типовий ЗП встановлюють змінні робочі елементи (губки, присоски і т.п.). При необхідності ПР оснащують спеціальними ЗП, призначеними для виконання певних операцій.

2 Класифікація ЗП

При класифікації ЗП в якості класифікаційних ознак вибрано ознаки, які характеризують об‘єкт захвату, процес захоплення і утримування об‘єкта, характер технологічного процесу, який обслуговує ПР, а також ознаки, які відображають структурно-функціональну характеристику і конструктивну базу ЗП.

2.1 Спосіб утримання об‘єкта:

  •  механічний;
  •  магнітний;
  •  вакуумний;
  •  струменевий;
  •  камерний;
  •  гравітаційний;
  •  електростатичний.

2.2 Технологічне призначення:

  •  захопюючі і утримуючі ЗП призначені для зхахоплення і утримування об‘єктів за допомогою гачків, петель, вилок, лопаток, губок, пальців, голок, кліщів, еластичних камер, струменів повітря, магнімного поля, вакууму, електростатичного притягання, адгезії, липучих накладок та інших засобів і фізичних ефектів;
  •  захоплюючі і орієнтуючі призначені для орієнтування (захоплення об‘єкта в строго наперед визначеному положенні) захоплених об‘єктів за допомогою гравітаційних сил, струменів повітря, магнітного поля;
  •  захоплюючі і складаючі ЗП призначені для взаємного орієнтування об‘єктів і їх взаємного спряження. Як правило, відносне орієнтування здійснюється за допомогою локальних, вмонтованих в ЗП приводів, а спряження – за допомогою основних приводів маніпулятора. Конструктивно виконуються на базі механічних ЗП і оснащуються засобами контролю взаємного розташування осей і поверхонь деталей для складання;
  •  захоплюючі і контролюючі ЗП чи адаптивні ЗП, оснащені різними давачами призначеними для отримання інформації про наявність об‘єкта маніпулювання, його форму, розміри, масу, стан поверхні, зусилля йогоутримування, степінь можливого проковзування, наявність в зоні маніпулювання різних предметів і т.п.

2.3 Конструктивна база ЗП містить ряд функціональних елементів:

  •  привід: пневмо- гідро-, електричний, електромагнітний, механічний (тут вони представлені в порядку зменшення питомої ваги їх використання);
  •  підсилювально-передавальна ланка для перетворення виду руху, зміни його напряму, передача руху до декількох ланок, отримання заданого передавального числа для розкриття ЗП: важельні, пружинні, мембранні;
  •  затискні елементи: одно- дво- триелементні, накладки для підвищення несучої здатності за рахунок збільшення коефіцієнта тертя, пристосовування до змін форми поверхонь об'єкту;
  •  інформаційно-вимірювальні елементи: локаційні (пневматичні, світлолокаційні, ультразвукові, акустичні) і тактильні (дотику, зусилля, проковзування, моментів) давачі.

3 Основні конструкції ЗП ПР

3.1 Механічні ЗП

Найбільше застосування отримали механічні ЗП, конструкція яких складається з приводу, підсилюючо-передаючої ланки, затискного елементу. В багатьох випадках механічні ЗП оснащені інформаційно-вимірювальними ланками. Механізм передачі і перетворення рухів і зусиль призначений для передачі руху від вихідної ланки двигуна до ланок механізму, до яких кріпляться робочі елементи, з можливим перетворенням виду руху (наприклад, обертального в поступальний або навпаки), із зміною зусиль і напрямів переміщень. Кількість описаних в літературі схем механізмів передачі ЗП обчислюється сотнями, на практиці використовується декілька десятків, деякі з них  приведені на рисунках 8.2 і 8.3.

3.2 Магнітні ЗП ПР

Наявність на виробництві широкої номенклатури об‘єктів з феромагнітних матеріалів визначає доцільність використання магнітних ЗП. Особливо успішно такі пристрої використовуються в заготівельному виробництві при обслуговуванні об‘єктів плоскої форми. Магнітні ЗП мають свої переваги: просте конструктивне виконання, надійність утримування об‘єкту, можливість керування зусиллям захвату і швидке переналагоджування шляхом зміни затискних елементів.

Один з різновидів магнітних ЗП, приведений на рисунку 8.4, може використовуватись як для  захоплення об‘єктів з листового матеріалу, так і для групового захоплення об‘єктів кожним з електромагнітів, які входять до складу магнітного ЗП. Кількість електромагнітів, таким чином, визначається необхідним числом одночасно захоплюваних об‘єктів чи вимогами певного зусилляЗП, розподіленого по поверхні захоплюваного об‘єкту.

Конструкція магнітного ЗП, як правило, дуже проста і містить електромагніти 1, розташовані на змінних кронштейнах 2, котрі в свою чергу, прикріплені до основи 3, а також традиційні елементи – кисть 5 і руку 4 ПР, на яких встановлені магнітні ЗП.

3.3 Струменеві ЗП

В точному приладобудуванні, електронній і суміжних галузях промисловості при роботі з плоскими і циліндричними об‘єктами невеликих мас і габаритних розмірів широко використовують струменеві ЗП. До їх переваг належать: можливість комплектації виробу і накопичення об‘єктів; суміщення процесу з захоплення з процесом орієнтування об‘єктів; простота конструкції і зручність обслуговування.

На рисунку 8.5 зображено струменевий ЗП, що конструктивно  складається з корпусу 1, який виконує роль розподілювача потоку повітря, що поступає з вхідного каналу 3, по каналах 2 живлення робочих сопел 8 ЗП. Даний ЗП призначений для обслуговування об‘єктів, що мають наскрізний отвір: шунтів, статорів і роторів, конденсаторів змінної ємності, звичайних і пружинних шайб, гайок і т.п. Процес захвату здійснюється введенням робочих елементів 7 в отвори об‘єктів 5,6 і подачею струменя в робочі сопла 8. Сопла розташовані під кутом до твірної робочих елементів 7 так, що, виходячи з сопел 8, струмені повітря притискають об‘єкти 5 і 6 до обмежувального буртика 4. Якщо сопла виконати спіральними з кутом закручування відносно твірних робочих елементів, то можна надати обертового руху об‘єктам 5 і 6, які накопичуються і притискаються до буртика 4, тобто будуть здійснювати орієнтуючі рухи в процесі переносу об‘єктів з позиції захвату до робочої позиції.


Можливі також і інші виконання струменевих ЗП, наприклад, для обслуговування плоских об‘єктів без наскрізного отвору. Однак, в будь-якому випадку захоплення і утримування об‘єктів здійснюється під дією струменя повітря, що виходить під певним кутом до твірної робочого елемента (рисунок 8.6).

3.4 Вакуумні ЗП

Затискання об‘єкта у вакуумнмх ЗП здійснюється за рахунок розрідження, яке виникає між поверхнею деталі і притисненою до неї площиною схвату. Створення вакууму забезпечується за допомогою вакуум-насосу або за допомогою ежекторів. Другий спосіб в силу простоти більш розповсюджений в робототехніці. Переваги вакуумних ЗП - за їх допомогою можна захоплювати як плоскі так і сферичні об‘єкти, як правило легкодеформовані і крихкі (для вакуумних ЗП характерний амортизуючий ефект). Для переміщення об‘єктів великої маси і габаритів ЗП оснащується кількома присосками. Загальний недолік вакуумних ЗП – низька надійність закріплення промаслених об‘єктів. Виконання присосок цілком з еластичного матеріалу (гуми чи полімерів) не дозволяє здійснити точне позиціонування з-за пружних деформацій під дією ваги захопленого об‘єкта. При переміщенні таких об‘єктів обмежують швидкість маніпулювання через їх інерційний зсув відносно присоски.

На рисунку 8.7 зображено схему вакуумного ЗП, що працює за принципом ежекції. До корпуса 3 ЗП кріпиться тримач 2 з гумовими амортизаційними кільцями 1. Корпус 3 кріпиться до руки ПР за допомогою розподільника 5, що встановлений на кисті ПР. Повітря з пневмомережі подається через жиклер 4 і створює розрідження в камері 7, що захоплює повітря в робочих соплах 8 і відсмоктує повітря з-під гумових кілець 1, за рахунок чого об‘єкт притискається до торця кілець 1. Регулювання зусилля захвату і вивід ЗП на робочий режим проводяться регулювальними каналами 6.

Особливість вакуумного ЗП на рисунку 8.8 – можливість змінювати кутове положення присоски відносно корпуса, закріпленого на руці маніпулятора, за рахунок сферичної опори.

  1.  Камерні ЗП

Камерні ЗП використовують для крихких і нежорстких об‘єктів, що мають невелику масу. Вімінна особливість таких ЗП – можливість здійснення захоплення об‘єктів складної форми зі значними відхиленнями розмірів. Дія камерних ЗП базується на деформації еластичної камери під дією тиску повітря чи рідини.

Представлений на рисунку 8.9 захват має тонкостінну підковоподібну камеру (балон) 6, закріплену в корпусі 1, заповнену гранульованим пенополістиролом і охоплену ззовні гофрованими трубками 4, всередині яких розміщені пружини 5. Порожнини камери і трубок за допомогою клапанів 7 і 2 почергово з‘єднуються або з порожниною 8 корпуса, в якій підтримується постійний вакуум, або з атмосферою. Розведення ЗП забезпечується з‘єднанням порожнини камери 6 з атмосферою, а порожнин трубок 4 – з порожниною 8, в результаті чого пружини 5 зводять кінці камери 6, а створення всерендині камери вакууму призводить до втрати рухомості гранул пенополістиролу під дією зонішнього атмосферного тиску. Особливість даного ЗП – можливість утримування важких об‘єктів, що мають гладкі поверхні захоплення.

Використання в якості затискних камерних елементів дозволяє створювати прості за конструкцією і надійністю ЗП, що характеризуються високою степінню адаптації до форми захоплюваних об‘єктів. В ряді випадків, завдяки специфічному виконанню камерних елементів, вдається імітувати рухи кисті людини.

Представлений на рисунку 8.10 камерний ЗП містить триелементну систему 1, прикріплену за допомогою стикувального вузла 3 до руки 2 ПР. Елементи 1 розведені під кутом 120 до площини кріплення  зі стикувальним вузлом і являють собою порожнисту оболонку, виконану з гуми чи іншого герметичного матеріалу, внутрішня частина якого через штуцер 4 з‘єднана з джерелом стисненого повітря чи рідини. Гофрована внутрішня поверхня елементів 1 на потовщеній стінці в оболонки збільшує надійність захвату об‘єктів, який здійснюється наступним чином. Робоче тіло через штуцер 4 подається у внутрішню порожнину оболонки 1, котра починає згинатися по радіусу r за рахунок різниці товщин а і в (ав) її внутрішньої і зовнішньої стінок, щільно охоплюючи об‘єкт, що знаходиться у внутрішній частині системи камерних елементів. 

  1.  Адаптивні ЗП

Розширення функціональних можливостей ПР, обумовлене необхідністю обслуговування об‘єктів, що мають різні характеристики (конфігурація, маса, матеріал, механічні властивості), вимагають використання більш складних прийомів і технічних засобів отримання і обробки сенсорниої інформації. Найбільш ефективним шляхом вирішення задач є  застосування адаптивних ЗП. При цьому створюються умови для організації багаторівневої обробки інформації, що забезпечує вже на нижньому рівні (власне ЗП) виділення за допомогою детекторів найпростіших ознак об‘єкта захоплення, здійснення його розпізнавання і переналагоджування в широкому діапазоні порога чутливості вмонтованих сенсорних каналів залежно від поставлених завдань і стану навколишнього середовища.

На рисунку 8.11 а представлено пальцевий ЗП, оснащений давачами, які дають можливість визначити розміри, форму і просторове положення об‘єкта маніпулювання.

У вихідному положенні пальці 6, що мають в середній частині пружні вставки у вигляді плоских пружин 4 з наклеєними на них тензорезисторами і концентрично розміщені в променях плоскої фігурної пружини 5, висунуті назовні пружинами 1, що забезпечує замикання контактних пар 2 виступами, що є на них. ЗП переміщують в зону передбачуваного розташування захоплюваного об‘єкта і подають команду на опускання. Пальці, які потрапили на площу об‘єкта 7, втоплюються, що призводить до розмикання відповідних контактів 2. Після опускання ЗП подається команда на переміщення штока 3, який деформує багатопроменеву пружину 5, чим викликається пружний розворот нижніх частин пальців і захоплення об‘єкта. За співвідношенням розімкнутих контактів 2 і величиною вихідного сигналу, який знімають з відповідних тензорезисторів, визначають розмірні параметри об‘єкта, його форму, зміщення від центру ЗП. Розміщення пальців в плоскій пружині забезпечує можливість захоплення нежорстких і крихких об‘єктів.

Зображений на рисунку 8.11,б ЗП дозволяє отримати аналогічну інформацію про форму поверхні захоплюваного об‘єкта 4 в трьох вимірах. Він містить корпус 1 з губками 2, на зовнішніх поверхнях яких закріплені матриці 3 з тактильних давачів на основі чутливих елементів, які змінюють свій омічний опір під дією навантаження. 

Гнучкість використання ПР при роботі з різними об‘єктами маніпулювання передбачає можливість швидкої заміни ЗП, багатоцільові ЗП зі змінними губками, поворотні ЗП (револьверного типу).

Замість ЗП робочим оргаганом ПР може бути і технологічний робочий орган, який виконуватиме певну технологічну операцію, наприклад, кліщі для контактного точкового зварювання, пальник електродугового зварювання, розпилювач для фарбування, спеціальний інструмент.

5

PAGE  8


Рисунок 8.1 – Класифікація типових способів захоплення предметів рукою людини

а,б – з одним рухомим робочим елементом; в –  з простим шарнірно-важільним механізмом; г – з гойдальним механізмом; д – з важелем другого роду; ж,з – з важелем першого роду; і,к – з паралелограмним механізмом; л,м – з чотириважільними механізмами; н – з комбінованими механізмами; о – з кулісною парою; р – з двома повзунами; с,т – з ламаним важелем

Рисунок 8.2 – Схеми механізмів передачі ЗП

EMBED KompasFRWFile  

а-г – кліщові ЗП з кулісним механізмом; д – з клиновим (кулачковим) механізмом; е – з пружними пластинчастими пружинами; ж-м – з зубчастими передачами; н – з червячними передачами; о – з гвинтовими передачами; п – з трьома робочими органами; р-т – з додатковими степенями свободи

Рисунок 8.3 – Схеми механізмів ЗП

EMBED KompasFRWFile  

Рисунок 8.5 – Струменевий ЗП для утримування об‘єктів з наскрізними отворами

Рисунок 8.4 – Магнітний ЗП

1 – вхідний канал; 2 – канали живлення; 3 – корпус; 4 – буртик; 5 – сопла

Рисунок 8.6 – Струменевий ЗП

исунок 8.7 – ЗП ежекторного типу

1-еластична присоска;

2-сферична опора;

3-корпус

Рисунок 8.8 – Вакуумний ЗП

Рисунок 8.9 – Камерний ЗП з

сипучими елементами

Рисунок 8.10 – Камерний ЗП

а)                          б)

Рисунок 8.11 - Адаптивні ЗП (захватно-контролюючі пристрої)


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81562. Липидный состав мембран (фосфолипиды, гликолипиды, холестерин). Роль липидов в формировании липидного бислоя 104.87 KB
  В мембранах присутствуют липиды трёх главных типов фосфолипиды гликолипиды и холестерол холестерин. Липидный состав мембран различен содержание того или другого липида повидимому определяется разнообразием функций выполняемых этими липидами в мембранах. В мембранах эукариотических клеток обнаружено огромное количество разных фосфолипидов причём они распределены неравномерно по разным клеточным мембранам. В плазматических мембранах клеток в значительных количествах содержатся сфингомиелины.
81563. Белки мембран - интегральные, поверхностные, «заякоренные». Значение посттрансляционных модификаций в образовании функциональных мембранных белков 104.74 KB
  Мембранные белки контактирующие с гидрофобной частью липидного бислоя должны быть амфифильными. Белки мембран различаются по своему положению в мембране. Они могут глубоко проникать в липидный бислой или даже пронизывать его интегральные белки либо разными способами прикрепляться к мембране поверхностные белки. Поверхностные белки.
81564. Механизмы переноса веществ через мембраны: простая диффузия, первично-активный транспорт (Nа+-К+-АТФаза, Са2+-АТФаза), пассивный симпорт и антипорт, вторично-активный транспорт 106.69 KB
  Перенос некоторых неорганических ионов идёт против градиента концентрации при участии транспортных АТФаз ионных насосов. АТФазы различаются по ионной специфичности количеству переносимых ионов направлению транспорта. В результате функционирования АТФазы переносимые ионы накапливаются с одной стороны мембраны.
81565. Трансмембранная передача сигнала. Участие мембран в активации внутриклеточных регуляторных систем - аденилатциклазной и инозитолфосфатной в передаче гормонального сигнала 109.02 KB
  Важное свойство мембран - способность воспринимать и передавать внутрь клетки сигналы из внешней среды. \"Узнавание\" сигнальных молекул осуществляется с помощью белков-рецепторов, встроенных в клеточную мембрану клеток-мишеней или находящихся в клетке. Клетку-мишень определяют по способности избирательно связывать данную сигнальную молекулу
81566. Коллаген: особенности аминокислотного состава, первичной и пространственной структуры. Роль аскорбиновой кислоты в гидоксилировании пролина и лизина 108.5 KB
  В межклеточном матриксе молекулы коллагена образуют полимеры называемые фибриллами коллагена. Фибриллы коллагена обладают огромной прочностью и практически нерастяжимы. Молекулы коллагена состоят из трёх полипептидных цепей называемых αцепями. Первичная структура αцепей коллагена необычна так как каждая третья аминокислота в полипептидной цепи представлена глицином около 1 4 аминокислотных остатков составляют пролин или 4гидроксипролин около 11 аланин.
81567. Особенности биосинтеза и созревания коллагена. Проявления недостаточности витамина С 106.89 KB
  Синтез и созревание коллагена сложный многоэтапный процесс начинающийся в клетке а завершающийся в межклеточном матриксе. Синтез и созревание коллагена включают в себя целый ряд посттрансляционных изменений: гидроксилирование пролина и лизина с образованием гидроксипролина Hyp и гидроксилизина Hyl; гликозилирование гидроксилизина; частичный протеолиз отщепление сигнального пептида а также N и Сконцевых пропептидов; образование тройной спирали. Синтез полипептидных цепей коллагена.
81568. Особенности строения и функции эластина 103.27 KB
  Эластин содержит довольно много пролина и лизина но лишь немного гидроксипролина; полностью отсутствует гидроксилизин. В образовании этих сшивок участвуют остатки лизина двух трёх или четырёх пептидных цепей. Предполагают что эти гетероциклические соединения формируются следующим образом: вначале 3 остатка лизина окисляются до соответствующих εальдегидов а затем происходит их соединение с четвёртым остатком лизина с образованием замещённого пиридинового кольца. Окисление остатков лизина в εальдегиды осуществляется медьзависимой...
81569. Гликозаминогликаны и протеогликаны. Строение и функции. Роль гиалуроновой кислоты в организации межклеточного матрикса 192.62 KB
  Протеогликаны высокомолекулярные соединения состоящие из белка 510 и гликозаминогликанов 9095. Протеогликаны отличаются от большой группы белков которые называют гликопротеинами. Гликозаминогликаны и протеогликаны являясь обязательными компонентами межклеточного матрикса играют важную роль в межклеточных взаимодействиях формировании и поддержании формы клеток и органов образовании каркаса при формировании тканей.
81570. Адгезивные белки межклеточного матрикса: фибронектин и ламинин, их строение и функции. Роль этих белков в межклеточных взаимодействиях и развитии опухолей 104.14 KB
  К первой группе белков с выраженными адгезивными свойствами относят фибронектин ламинин нидоген фибриллярные коллагены и коллаген IV типа; их относят к белкам зрелой соединительной ткани. Фибронектин. Фибронектин один из ключевых белков межклеточного матрикса неколлагеновый структурный гликопротеин синтезируемый и выделяемый в межклеточное пространство многими клетками.