автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Основы построения и применения расчлененных манипуляционных механизмов в автоматизированном производстве

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА., ОРДЕНА ОКТЛЕлЬПКОИ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО 5НШШ Г0С7ДЛРСТВИШЙ ТЕХН([ЧЕС1И:1 ЛШЕРСИТЕТ ШМШ II.Э, БАУМАНА

Натбиладзо Вахтанг Шалвозет

ОСТОВЫ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ РАСЧЛЕНЕННЫХ ■МАЛИП71Щ'ЮШШ. МЕХАНИЗМОВ В АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность G5.I3.07 - Автоматизация технологических процессов -л производств {шииностроешнэ) ' Специальность 05.02.05 - Робота манипуляторы и ройототехшгческае

системы

На правах рукописи

" г.

А з т о ф о р а т диссертации ка соискание ученой степени доктора технических наук

Москва, 1991

Работа выполнена в Грузинском техническом университете.

Официальные оппонанты: доктор технических нчук, профессор Чинаев Я.И.; .

доктор технических наук, профессор Черпаков Б.И.;

доктор технических наук, профессор Клусов И, А.

Ведущое предприятие - IVO "Техника"

Зсзата диссертации состоится " " У)_1991 г.

в "i^f ^ '"часов на заседании специализированного Совета . Д 053.15.04 в Московском государственном технической унивар-смтзта им. ''.Э.Бауыана по адрэсу: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Вт отзиз На автореферат в о дне;.' экземпляре, заведший : печатью^ просим направить по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться с библиотеке ЫГСУ км,Н.Э.Баумана.

Телефон для спразок: 263-65-14.

.Автореферат разослан " Ж" ЖяАТГ^ 1991 г.

о .. • / : Г

Учйннй секретарь

специализированного Совета,

к.т.н., доцент ' " Усов Б.А.

Подписано к печати ¿-а. fiJ. Заказ W-3/S" Объем 2 п.л.

Ълрая 100 экз. . ' Ротопринг МГТУ

ОЩЛЯ ХАР/МСТЕРИСТШ РАБОТЫ

' Г

.Актуальность темы. Одной из характерных особенностей развития современного машиностроения является повышение производительности и надежности проектируемых или модернизируешь технологических комплексов, путем увеличения скоростей и расшрения '.о: технологических возможностей. При этом увеличение быстроходности и мощности машин усложняет их конструкцию, что ставит перед проектировщиками все более словше задачи, связанные с уменьшением расхода металла, энергетических ресурсов и соответственно стоимости изделия.

С появлением электронно-вычислительных машин решение актуальных задач, связанных с автоматизацией производства, требует коренного изменения ранее существовавшей методики построения технологических комплексов.

В автоматизированном производстве уже в течение длительного времени широкое применение получили станки с ЧПУ. Однако без применения транспортных к загрузочных устройств полную автоматизации невозможно осуществить. Обслуживание станков с ЧПУ, в основном, заключается в установке и снятии изделия, что весьма успешно могут выполнить транспортные и загрузочные механизма, т.е. промышленные•роботы. Поэтому при решении важнейших научно-технических проблем в области автоматизации производства весьма актуальным является совершенствование автоматических манипуляторов, промышленных роботов и робототехнических систем, что в сво" очередь диктует необходимость разработки более современных методов и принципов построения и компановки автоматизированных технологических комплексов.

В соответствии с комплексной программой ШИК "Робот"(№ 461 о? 27,10.86 г.) предусмотрено создание агрегатно-модульных гамм промышленных роботов, унифицированных компонентов и универсальных транспортных средств.

В коьцавдиях комплексного прогноза развита и исследования гроблем мааиностроения, механики и процессов управления на период до 2015 года (ШЛИ 1988 г.) указано, что "Модульный принцип конструирования малин, основанный на функциональной классификации их элементов, позволяв резко уменьшить сроки создания, трудоемкость изготовления, рсыонт и техническое обслуживание машин".

Вопроси теории и практики автоматизации производственных процессов посвящены груды Владзиевского А.П., Шаумяна Г.А., Да-иенко А.И., Соломенцева Ю.М., Черпакова Б.И. и др. , в которых рассматриваются проблемы эффективности работы систем ыашн общего назначения, без учета специфики робототехнических комплексов. . Предложена научные разработки промышленных роботов и создание на их базе робогогехнических кошмексОв. Трудами Белянина Л.Н., Корендясеза А.И., Макарова Ö.M., Попова Е.П., Воробьева Б.И., Кулевойа B.C. и др. созданы научные основы проектирования ПР и РИС как эффективного средства автоматизации.серийного производства.

В настоящее время создание автоматизированных систем ориентируется главным образом на использование универсальных и специализированных промышленных роботов.

Несмотря на широкое распространение автоматизированных комплексов в машиностроительном производстве, вопросы их компановки и оксппуатеции изучены и освещены в технической'литература еще недостаточно. В том числе, мало научных работ, где содержатся анализ причин многих нйудач в роботостроении.Обычно указывается 4 •

на высокую стоимость и недостаточною надежность конструкций,низку» точность позиционирования, неотработанность прогр&таного обеспечения и т.д. К сожалению, недостаточны поиски новых, нетрадиционных решений а создании промышленных роботов и роботизированных комплексов, как правило, происходит усовершенствование и доводка уже найденных решений.

В большинства случаев в технологических комплексах применяются универсальные роботы со многими степенями подвижности, что дает возможность выполнять разнообразные работы, но при этом но всегда используются все возможные степени подвижности промышленного робота. Кроме того, использование универсальных роботов связано с увеличением габаритов и массы оборудования, с большими энергозатратами и значительной пяошздьы обслуживания. Это привело автора к выводу о необходимости разработки новых роботизированных комплексов на осноьв модулой движений промышленных роботов с повышенными технологическими возможностями, имевших минимальную лассу и обладающих точностью позиционирования.

Для .решения этой проблемы нами разработаны пути построения комплексов с применением модульных ыанипуляционных механизмов с минимальным числом степеней подвижности. Это достигается построением технологических комплексов методом применения расч!внных модулей движения.

Связь диссертационной работы с планами отраслей науки и народного хозяйства. Тема диссертации связана с выполнением целевых комплексных программ ГННГ, работ по плану Министерства авиационной промышленности, по программе Государственного комитета народного образования СССР и МНО ГССР, по планам научно-исследовательских работ Грузинского технического университета,ПО "Техника','

■-..■• 5

ТАЛО им.Димитрова и др.

Целью работы является создание научных основ построения и эффективного использования роботизированных технологических комплексов на основе промышленных роботов с конструктивно независимыми (расчлененными) модулями, что обеспечивает повышение быстродействия и производительности, сокращение металлоемкости и энергопотребления.

Длл достижения цели в работе были поставлены . .следу-

ющие задачи:

1) Обосновать предложенный принцип построения и функционирования нового типа ПР с конструктивно независимыми модуля»® движения;

2) Разработать и исследовать комплексы независимо действующих модулей к на их основе синтезировать ПР нового типа;

3) Научно доказать преимущества и оценить области пришнения Р1К по критериям быстродействия ПР и производительности ИК, штадлоешости в энергопотребления;

4) Реализовать предложенные принципы и научныз подоления путем разработан и внедрения РТК различного техиологичосаого назначений с ПР нового типа.

Научная новизна работы.

- обоснован принцип построения РЖ с ПР с конструктивно дазависиыыми модулями двшгэяия; '

- разработаны и исследованы по кннгиатическим я динамическим параметрам конструктивно независимые модули с шшяиалъныы число* степеней подвижности дяя компоновки новых ПР;

- на основе теории конечных поворотов и анализа вариантности траекторий парасцения изделий разработана теория синтеза структуры и компановки ПР нового типа;

- по критериям быстродействия промышленного роста производительности маши обоснована эффективность создания РТК с конструктивно независимыми модулями движения по параметрам быстродействия и производительности; исследована эффективность повышения точности позиционирования, сокращения материалоемкости и

энергопот ре бле нкя.

практическая новизна работы. Разработка и внедрение РЕК с

конструктивно независимыми модулями движения на операциях токарной обработки, пггашовки, термической обработки и др.

Реализация розультатоз работы. Разработаны новые конструкции модулой движения, а также автоматизированные технологические комплексы для токарной обработки, ыногопозиционной штамповки, термической обработки деталей, процесса раскатки, которые внедрзнк на производственном объединении им.Димитрова (г.Тбилиси) и других предприятиях.

Разработан к внедрен автоматизированный кокплёкс для обработки корпусных деталей, а чекке модернизирован промышленный робот ПР-ЮИ, на производственном объединении "Техника" (г.Владимир).

Внедрен автоматизированный комплекс для.штамповки панелей на ВНИИТШ "Сириус" (г.Хабаровск).

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения результатов работы, составляет около 200 тыс.руб.

Апробадия работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на XIX республиканских научно-техгшческих !ссн]<:рон~ циях профессорско-преподавательского состава ПШ им.В.И.Дс-.ч-ина (Тбилиси,1976,1978,1979,1981); на республиканской конференции "Эффективность применения станков с программным управлением" (Тбилиси,1979); на'второй Всесоюзной межвузовског конференции "Роботогехничзские системы", на втором ífceccroi.'cw совечапии по робототехничеесим системам (Минск, 1981); на однакод:;атои м»г,гу~

народном симпозиуме (Япония,1981); на третьей Всесоюзной конференции "Роботы и робототехникескиэ системы" (Челябинск, 1983); на шестом Всемирном конгрессе (Кью-Лрли, Индия,198о); на научном семинаре кафедры "Металлорежущие станки"ГПИ им.В.И.Ленина {Тбшшс:.,1984); на симпозиуме по промышленным роботам (Росток, ГДР,1935); на шестом международном симпозиуме по теории и применении роботов и манипуляторов (Краков, 1ШРД986); на четвертом всесоюзном совещании по робототехническим системам (Ккзв,1987); на семинаре по робототах.пке института Машиноведения АН СССР (Москва,1989); на семинара "Робототехника и средства автоматизации" Мосстанкин (: .Москва, 1989); на научном семинаре кафедры "Технология приборостроения" Московского института приборостроения (Москва,1989).

' Публикации, Основное содержание и ¿йзультаты диссертации опубликованы болае чем в 45-тй работах автора в том числе в пяти депонированных отчетах по научно-исследовательским работам, авторских свидетельствах, дзузс полоиитодышн хзшвииямга оаяастг-на.ягтпрг * гиидаташугал.

1 Объем работы. Диссертация состоит из предисловия, введения, шзсти глав, общих выводов, списка литература из 208 наименований и приложения с актами внедрения, расчетами годового экономического аффекта, копиями авторских свидетельств и положительных ротки й на изобретения.

Основной текст работы излокен на 260 страницах машинописного текста я поясняется 110 рисунками в четырьмя таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В предисловии показана актуальность рассматриваемых проблем, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, рассмотрены основные результаты, научная и практическая значимость работы.

В первой главе содержится описание и анализ существующих транспортных и загрузочных механизмов, используемых а автоматизированных технологических комплексах машиностроения. Рассмотрена! промышленные роботы с одной, двумя, тремя и более степенями. - подвижности и области их применения.

Проведен подробный анализ различных вариантов компоновки существующих автоматизированных технологических комплексов', как в нашей стране так и за рубежом. На основе анализа установлено, что применение механизмов с одной или двумя степенями подвижности наиболее целесообразно, таге как уменьшается металлоемкость и затраты энергии. Поэтому предлагается принцип применетш промышленных роботов с расчлененными модулями движения. На схемах (рисЛ и рис.2) показаны примеры трехмодульного универсального робота с независимыми модулями. Этот принцип позволяет использовать их как для ориентации заготовки, так и для транспортировки в пространстве.

Рассмотрены схемы компоновки автоматизированных технологических комплексов токарной обработки и штамповки. Сопоставлением этих схем с существующими схемами выявлено преимущество предлагаемого принципа, с точки зрения уменьшения металлоемкости, затрат энергии и др. показателей.

Во второй главе изложена методика построения траекторий перемещения конечных звеньев механизмов на основе теории конечных поворотов.

В автоматизированном комплексе основными элементами являются

•Peo. 2

станки, накопители, загрузочные мехашзш (роботы). Связав каждый элемент с неподвижной системой координат, получим соответственно: систему накопителя, систему станка, систему робота, а такге не-подв!~;ную систему координат' комплекса. Без потери общности можно считать, что абсолютная система комплекса совпадает с системой робота. При отсутствии робота будем считать, что система комплекса является абсолютной.

Для построения траекторий перемещения паяно знать матрицу, определяющую полонензш детали в накопительном устройстве и на станке относительно систеш координат загрузочного мехрнчзка.

Матрица, определявшая положение детали на станке относительно загрузочного устройства имеет вид

■Аф <= , (I)

где - матрица положения станка по отношению к загрузочно-

му устройству (роботу); - матрица положения детали на станке.

Определенным образом, приводя в соответствии с положением заготовки или детали систему координат и зная начальное и конечное положение дэтата, можно составить матрицу Мс^ любого станка, определяющую положение детали относительно системы координат станка.

Эта матрица легко составляется по известным линейным и угловым перемещениям детали относительно осей систем координат станка.

Возможны различные сочетания угловых и линейных перемещений детали относительно системы станка, определяющие ее положение на станке.

В связи с этим вводам кодирование сочетаний возможных перемещений в двух, трех или четырех направлениях, что дает гсзмотомсть

описать конечные перемещения детали для ее установки на станок.

Считаем, что для установки детали на станок необходимо в первую очередь соорентировать ее, а затем транспортировать.

Матричное выражение (I) позволяет определить положение дзта-

является исходным дня построения ориентирущего движения.

Следует отметить, что при проектировании ориентирующих движений нужно стремиться построить в конечном итоге простейший механизм, ®.е. механизм с минимальным числом кинематических пар и звеньев. Это является предпочтительным во многих отношениях и прекдз всего с точки зрения надежности и экономичности.

Возможность перевода твердого тела, имеющего одну неподвижную точку, из одного положения в другое, описывает известная теорзыа Дшшбэра-Зйдера. Однако она не дает возможность найти ось конэчного поворота.

Развитие полевений этой теоремы для общего случая перемещения твердого «ела в пространство моает быть получено на основе принципа ремещения Котэльния ова-Штуди, а формулы для определения0 положения и угла конечного поворота получены Ф.Ы.Диментберго!

ли в Н£ас0пителе и на станке в абсолютной системе координат, что

(2)

/

(3)

гдэ > - единичный вектор, определяющий положение оси конечного поворота;

- соответственно векторы принадлежащее телу в начальном и конечном положениях.

о

Эти формулы показывают, что для определения оси угла конечного поворота необходимо знать проекции каких-либо двух векторов, принадлежащих телу н его начальном и конечном положениях.

При определении проекции векторов ^,, , и в неподвижной системе координат до и после осуществления двух поворотов в ориентирующем шханазме, воспользуемся методом матриц.

Предположим также, что в начальном положении подвижная система, связанная с деталью совпадает, с нэпо,~эшшой системой координат .

Матрицы Л?^и Му перехода относительно осей ОЛ,0У п 02. соответственно с углами поворота и ¡(

щ*

Найдя ось конечного поворота по формуле (2) и угол поворота по формуле (3), мокно построить траекторию поворота для приведения детали в заданное ориентированное положение.

Эффективность ориентирующего перемещения повышается, когда в комплексе два или три конструктивных модуля, последовательно выполняющие вращательное движение, замены одним модулем, выполняющим один конечный поворот.

✓ 0 0 •

О С0$с( (4)

0 $1Лс( СО$о{

' сззр а я^з

0 10 , (5)

¿гл^ а (6)

4 0 4

Таким образом» преобразовав уршшеьик (2) к (3), для двух поворотов вокруг осей OK и ОУ , получим;

j> - —,.........:: ..'■ . .' ......-—- : . ■ ..—;—— у (7)

^■('i-csidco^xi-Ci'Ss{)-srfcip' CCSfi)*

tfmcfettß - s^fßfi-ttsjy-

£#sf~ -:—-----— , (8)

A*-s*

где /, J"- единичные векторы осей,

А * - О)

В итоге, по формулам (7) и (8) можно найти параметры вращательного движения, которое заменяет сложное движение ориентирования с доуля вращательными движениями, осуществляющий поворот детали вокруг осой &л и ¿)У с углеыи о( я ^ß

Прообразовалкз уравнения (2) и (3) для трех поворотов ммзеы

•я X Öz

=^f> (Ю)

v р (•t-mai&SjSffi'61wcfeeff * Sv-rfsifißstof- 4/

bff&ia -;- —...... 11 ' " —1 (tt)

PAS

■2r '4 •=• S^ctCwSjS-ÖOS^-SSn/iSi'nß'CCSot ) (12)

/4 Я jM/9

lio формулам (10) и (II) находим параметры вращательного движения модуля, заменяющего три поворота детали вокруг ссеП ОК,ОУ и OZ .

Таким образом на основе анализа требуемой ориентации и соответственно кодирования положения заготовки, с цзльи ее переноса с накопителя на технологическое оборудование, предложен метод построения движений с одной степенью свободы, заменяющих движения манипуляционных механизмов с двумя или т;.емя эрваателькыми кинематическими ларами.

В третьей главе, на осново применения теории винта, рассмотрены вопросы перемещения заготовки в пространстве с одной иди двумя степенями подвижности.

В устройствах для перемещения детали или заготовки в автоматизированных технологических комплексах как правило нз требуется непрерывное пространственное движение объекта, а необходимо осуществление лишь его некоторых конечных перемещений. Б этом злучае,. как известно, для любого пространственного перемещения объекта общего вида в пространстве существует одна винтовая ось конечного винтового перемещения, позволяющая■перевести тело из начального положения в конечное одним винтовым движением.

На основе теории винта построен модуль винтового перемещения для загрузки и разгрузки деталей, как общего случая их перемещения в пространстве.

По указанному принципу аналитически определены основные параметры винтового перемещения - направление винтовой оси и величины поступательного и углового перемещения относительно зтой оси. Единичный вектор £ винтовой оси и комплексный угол Ф определен по следующим зависимостям:

-V /у

~ _АгХАг_

жф* > (15)

г*

гдо £ - единичный винт оси винтового перемещения,

И А1 - винти, они выражаотся

в *"

II ^ - единичные винты, принадлежащие телу в начальном положении,

и ^ - едини чшо винты в конечном положении тела,

Ф - дуальный угол поворота.

'в

Эти зависимости позволяй? построить манипуляторы с конструктивными модулями винтового перемещения, заменяющими манипуляторы?

а) с двумя поступательными м двумя вращательными парами;

б) с треки вращательными парами,

В слуи-ч когда в комплексе конструктивно невозможно приманить модуль с одной степенью подвижности, для осуществления пространственных перомещаний заготовки предложена методика построения мани-пуляциодаого модуля с двумя степенями подвижности.

Предложенная методика позволяет реализовать перемещение заготовки в пространстве по двум задали, ч положениям, а также построить простейший манипул яционный механизм с двумя вращательными парами, когд& полоквниэ неподвижной оси выбираатся произвольно. __

В четвертой глазе на основе теоретических разработок описаны некоторые конструкции модулей даинения промышленных роботов, созданных, ш основе конструктивно независимых модулей.

В основном предложенные компсноекл ПР включают два веда ыо-дуяеИ дашЕзкия: линейного в вращательного или их комбинации. 16

Путем анализа конструкций судаствукцих модулей линейного перемещения нами создан модуль линейного перемещения (А. с. 1215995), у которого имеется возможность одновременного как линейного, так и вращательного перемещения.

Созданный модуль промышленного робота обеспечивает выдвижение телескопического вала с фиксацией его упорами в заданных крайних положениях с точностью 0,01 мм и поворот относительно продольно,, оси. Упоры снабжены двумя ходовыми винтами, закрепленными на штоках тормозных устройств, двумя парами храповых колес, расположенных на этих винтах и имеющих противоположные направления зубьев в каждой паре, а также двумя опорными элементами, закрепленным: на торцовой поверхности одного храпового колеса каждой пары, расположенного со стороны упора и двумя парами толкателей, каждый из которых установлен с возможностью взаимодействия с зубьями храпового колеса и снабжен приводом возвратно-поступательного перемещения, а направляющий элемент выполнен в • ■"Иде линейки.

Модули углового перемещения могут выполнять различные операции, как например, перенос заготовки по окружности, разворот плат-

г

формы, вращение' или зажим захвата и др. Точность позиционирования рассмотренных мехашэмов, зависит от точности установки упоров. С целью увеличения точности позиционирования нами разработан модуль поворота (А.с.1123774). В этой конструкции вращательная колонка кинематически связала с валом, которая служит для перемещения руки робота. Несущий барабан с регулируемыми упорами, установлен с возможностью взаимодействия с колонной. С целью расширения технологических возможностей за счет расширения диапазона изьвнения угла поворота и поЕыгаэшя точности позиционирования, на наружной поверхности барабана выполнена резьба, ¡'эхаитам

снабжен резьбовой втулкой, охватывающей барабан. На рззьбовой втулке выполнен кольцевой паз, в котором размещены регулируемые упоры.

Кольцевой паз расположен на одном из торцов резьбовой втулки, а его Сичениэ выполнено в форме ласточкина хвоста. Одним из путей повышения точности позиционирования следует считать плавность переходных режимов - разгона и торможения. Тем срчым повышается и быстродействие привода.

С той целью нами создана устройство (А. с. 1458053) плавного разгона и торможения, встроенное в модуль поворота.

От существующих предлагаемое устройство отличается повышенной точностью позиционирования исполнительного органа за счет улучиення дннг&шческих характеристик процессов его разгону, и Торможения.

Технологические характеристики элементов ПР должны быть тесно связаны шкду собой. Дчя этого необходимо заранее определить количество степеийй подвкскости и компоновку комплекса. Кроме того необходимо уедаться количеством точек позиционирования.

Дня шпоядашя технологичесяих процессов в некоторых случаях требузтсл осуществить позиционирование дая множества точек.

3 осковком модули обладают двумя характерными положениями позиционирования - начальным я конечным. Однако, не редао требуется возможность позиционирования и для промежуточных точек с уменьшением числа 'степеней подвижности. На основе этого принципа нами создан модуль (А.с.1189551) с возможностью многократного псзкдаонировшшя'исполнительного органа.

Модуль- поворота исполнительного органа промышленного робота, содержит установленная в станине вал с шестерней и рейкой, несу-в}иП механаче&уб -Пара дополнительных цилиндров с регулирув-

иыми упора,« расположены соосно с силовым цилиндром. При этом дополнительные цилиндры расположены симметрично оси вращения. Рейна своими концами связана с поршнем силового цилиндра, шток каждого из дополнительных цилиндров размещен в полости силового цилиндра с возможностью взаимодействия с его поршнем. Каждый из упоров закреплен в крышке одного из дополнительных цилиндров с возможность» взаимодействия с его поршнем. Аналогично можно построить и модуль многократного позиционирования для линейного перемещения.

В настоящее время все более широкое применение находят манипул ляциощыз системы с гибким элементом привода. Создание гибких исполнительных органов связана с необходимостью обеспечения повышенной упругости и маневренности. Создание модулей манипулирования с гибким элементом облегчает проведение работ в труднодоступных местах, в условиях, когда исполнительный орган должен обходить различные препятствия.

Однако наличие в существующих конструкциях модулей манипулирования жестких штанг, шарнирных сочленений, сложных передаточных механизмов, а также расположение на звеньях манипулятора приводных устройств, ухудшает гибкость и маневренность его механической части, увеличивают вес я габариты конструкции. Поэтому создание я исследование исполнительного органа с гибкими упругими звеньями и передаточными элементами, позволяющими разгрузить звенья манипулятора от приводов, является актуальным, поскольку современные манипуляторы не удовлетворяют требованиям гибкости и маневренности.

С применением гибкой руки, оснащенной тросовыми связями для передачи вращения от электромеханического привода к исполнительному органу, разгружаются о* приводов звенья манипулятора, что

кроыз уменьшения веса конструкции и габаритов также способствует понижения) вибраций, и колебаний механической системы при разгоне и торможении.

Нами разработан модуль манипулирования с гибким элементом привода (A.c. I299G7Ö). Он содержит смонтированную на статине поворотную платформу, несущую механическую руку, которая выпол-нэна в виде гибкого кеталлорукава с захватным органом и его приводом. Модуль содержит такие систему управления, привод изменения пространственного положения механической руки с тросами, что дает возможность поеысить маневренность. Захватный орган выполнен в виде взаимно подпружиненных двупле чных рычагов и кинематически связан с приводом посредством гибкого вала, размещенного внутри гибкого металлорукава. Вал связан од/дам концом с приводом винтовой пары, винт которое связан с другим концом гибкого вала, а ratoa выполнена с фяанцем в виде рычагов. Каждый из рычагов шарнирио связан с одним из двуплечих рычагов в его средней части, конусного копира, размещенного внутри фланца и смонтированного на винте с возможностью взаимодействия своей боковой поверхностно с концами двуплечих рычагов.

Модуль манипулирования, кроме переноса объекта, можно использовать для выполнения сборочных работ, зажима и снятия гаек, винтов и прочие операции.

Модуль манипулирования имеет возможность перемешать исполненный орган на сфзрнческих и цилиндрических поверхност-х.

Созданный нами станочный модуль (A.c.II3826I) показан на рис.3, а кинаматлчесхал схема перекещения стола и узла манипулятора на рис.4.

lía станине I станка установлена сверлильная головка Z, стол

Рис. 3

7В

23го-^

/NwmuÍL

19 /Л

77

-ßö-

* H

15

ГЦ

О О II 1

•ir ¡

Пл

nJ

•»i П-

о о а с

LPJ

-/с

■73 •72

■Ю •/Г

Рис. 4

3 для установки обрабатываемой детали и манипулятор 4; Все движения станка и манипулятора совершаютсг по программе с пульта управления 5, причем манипулятор подсоединен к пульту с помочью запасных лини« с программой снятия заготовки.

Манипулятор имеет закрепленное на станине I основание 6, на котором установлена полал штанга 7 с возможностью вертикального пэремецэния посредством розыеценних внутри нее винта и гайки, сблокированных с механизмом перемещения стола 3 сташа. lia штанге 7 закреплен телескопический вал 8 с возможностью поперечного и вращательного движений, осуществляемых посредством вшта с гайкой, размеченных внутри вала и сблокировашых с механизм:».! перемецешш •стола и шанги 7. На конце телескопического вала 8 закреплен захват 9.

Шестерня,10 (рис.4) - приводной элемент коробки подач, установлена на валу двигателя коробки подач стола 3 и связана с муфтой II переключашя передач:! вршцения вала двигателя либо с кинематической цевью манипулятора 4, либо с кинематической цепью подача стола 3. Промежуточные шестерни 12 и 13 двухступенчатой цилиндрической передачи связаны с ведокой шестерней 14, установленной на ведомом валу 15, соедкнэннш с валом 16 манипулятора 4, который установлен перпендикулярно валу 15, посредством конической передачи сестерен 17-19, установленной в основании 6 манипулятора. На торца штанги 7 закреплена коническая шестерня 20, установленная на валу 16, с'возможностью зацепления j шестернями 17 и 1Э. Часть вала 15, находящаяся в штанге 7, выполнена в виде ходового винта 21, сцзпленного' с каточной гайкой 22.23 рукоятки ручной настройки манипулятора.

При движении конечной точки исполнительного органа промышленного рсбота по слоеной траектории возникает необходимость провер-

ии тосмсги ©той тргшгторни, залоакяшоА » прсгрг.?".г.'э упр.? пленил рсбота,

Нз«и создан стонд (Л.с.1171308), который предназначен дай определения погрешности трьзкторпа дрлл-гния исполнительного ор-ш;а промышленных роботов в пространстве. Устройство для определения положения ехвата выполнено в виде трзх тросов и трех барабанов, установленных на ходовых винтах через прухинн с образот-нкеы винтовых пар и снабженных дзтчзасали углч поворота, при г>тон на нарум-Ю!1 поверхности каждого барабана ешоячоид виктозал каната, шаг которой раЕен рагу ходового винта. Одни концн тросов связана между собоГ,, а другой кокец каждого троса закреплен на барабанэ, крона того, выхода датчиков угла поворота соединены с информационным устройством.

Стенд позволит определить точность позиционирования, которая является необходимой величиной дал составления паспорта при изготовлении нового промышленного.робота.

Стендовые испытания дали возможность проанализировать вопросы кинематической точности манкпуляционшх механизмов, как при использовании отдельных модулей, так и в совокупности с универсальны!.« роботом. Отсюда вывод, что при расчлененном расположении модулей, общая погрешность комплекса в основном зависит от погрешности последнего модуля, тогда как при применения универсального, промышленного робота погрешности суммируотся.

В пято? главе рассматривается сравнительные характеристики ыанипуяяционньк механизмов, построенных на основе совмещенного и расчленешого принципов применения модулей движения при построении типовых автоматизированных комплексов. Как было показано вьый в настоящее время наиболее распространенным принципом применения модулей движения ПР в автоматизированных ¡сошлексах является прян-

цип их использования в составе единой компоновки, представляющей модульный промышленный робот (такой пр; щип будэм называть совмещенным принципом использования модулей движения).

Другим принципом применения модулей движения является предлагаемый в данной работа принцип расчлененного применения модуле!; движения, когда модули используются раздельно. Каядый модуль устанавливается на неподвижное основание или объединяя минимально необходимое число модулей (два, три) в одной компоновке^с минимально необходимым числом степеней подвижности.

Сравнения проведены по следующим критериям: , длин-2 пути перемещения заготовки, мае с.у модулей, затрат» энергии; быстродействий.

Численные расчеты сравнительного анализа проведены с применением 5Б!н, на основе расчетов установлена зависимость экономии 0 массы и затрат энергии от массы перемещаемой заготовки, откуда видно явное преимущество способа расчлененого применения модуле!! движения. Особенно это преимущество ощутило при перемещении заготовки массой от 4-х до ? кг.

На основе исследования построены циклограммы автоматизированных комплексов при различных сочетаниях операций перемещения заготовки. При построении циклограмм учтено время, затрачиваемое на успокоение после перемещений. С учетом циклограмм определено лимитирующее вспомогательное время, с помощью которого проанализирована производительность и построен график зависимости коэффициента роста производительности,от каса иного времени. Анализ показал, что наибольший эффект повышения производительности при сопоставлении ИХ на базе ПР с совмещенными и расчлененными модулями движения получаем при выполнении кратковременных операций таких как штамповка, сборка, термообработка и др. Произведен

расчет экономической з<$фективности комплекса токарной: обработки. Установлено, что стоимость стаикочаса уменьшается на 3,2 рубля.

В шестой главе даны описания разработанных и внедренных автоматизированных технологических комплексов на основе расчлененных модулей движения.

В частности разработана новая оригинальная конструкция промышленного робота на базе серийно выпускаемого в нашей стране ПР-ЮИ. Была поставлена задача упростить конструкцию, обеспечить плавность и маневренность руки,и довести систему управления к такой системе, которая обеспечит его включение в общую систему управл шя станками с ЧПУ н ПР.

Созданный ПР-ЮВ включен в автоматизированный комплекс токарной обработки цилиндров. В состав комплекса входит также три токарных станка 16К303320 о системой ЧПУ Н22-1М.

Внедрение котлекса позволило повысить производительность оборудования за счет сокращения вспомогательного времени и высвободить трех производственных рабочих. Годовой экономический эффект от внедрения каждого робота составляет 8839 руб. Робот ПР-ЮВ принят ведомственной комиссией к серийному выпуску.

Для обработки корпусных деталей, что является более сложной и иногооперациокной задачей по сравнению- с провесом обработки деталей тел вращения, наш создан автоматизированный технологический комплекс в двух вариантах.

По первому варианту в состав РИС входя? три фрезерных станка марки "МА655 АЗ", транспортная система, приспособления для закрепления деталей, модуля промышленных роботов и автоматизированная, система управления технологическим процессом. По второму варианту в состав комплекса входят три станочных модуля "ГГШ-500" склад спутников, транспортная система и автоматизированная сис-

тема упрапл-зния технологическим процессом. Второг вариант ¡сомп-лжса внедрен в производственном объедгчзние "Техншса". По данями объединения. годовой экономический ой^ект от внедрений, комплекс? составляет 135 тус.руб.

Одним уз видов сзхашгчзской обработки является раскатка, которая та;ске требует создания роботизированных технологических ;;.оммзксов, Автоматизация раскатного процесса базируется на ос-кяцзнш его станками, обладающими быстродействием к спс.окой точное«.» с увеличением мощности и оаммизации режимов их работы, перехода от ручного труда к применению роботов. Созданный автоматизированный кошдеке обеспечивает полную автоматизацию процесса раскатки, годовой экономический оЛфзкт от внедрения составил 15500 руб.

Автоматизация процесса штамповки на основе ПР должна учитывать специфику действующих производств и отвечать требованиям СистродеЛствия» перзналаживаемости и точности. На наш взгляд, Одной из основных задач является разработка и исследование автоматизированного технологического комплекса ытамювки крупногабаритных заготовок, который обеспечивает полную автоматизация всех ¡элементов технологического процэсса изготовления таких деталей. С ото;! цель» нами создан автоматизированный комплекс Ета'.товкя крупног&бг.рагш.ж панелей (А.с.1516195),

о^еки-кокость автоматизированного комплекса обеспечивается тгк, что йкоагизгхся врегл ¡¡а установку, отладку и .ену штампов, а также экономятся площадь и расширяются технологические возможности.

Для «ногопежц'.юнной обработки детален наш создан автоматизированной KOiSiSeSc (A.c.I3453I2). Мсголания подтвердили надежность и беспсрзЗоиность работы комплекса. ГодоэоП экономически;:

оффек? от внедрения комплекса составил 121С0 руб.

Нами разработан также автоматизированный технологически»" комплекс термической обработки, который гарантирует стабильность параметров термообработки на всех операциях цикла. Тем самым улучшается качество выпускаемой продукции, снижается трудоемкость и себестоимость, улучшается условия труда и культура производства. Одновременно высвобождается термист, работавший з зоне высоки;: температур и во вредных для здоровья условиях.

Таким образом принцип расчлененного применения модуле!: движения ПР заложен в разработанных нами и внедренных разнообразных технол "ических комплексах для токарноК обработки и обработки корпусных деталей раскатки, холодной штамповки, термит скок обработки. Сравнительные экономические расчеты, показывающие эффектность применения указанных комплексов, даны в приложении диссертационной работы.

СБЩЖ ВЫВОЛЦ

1. Существующие конструкции универсальных промышленных роботов обладает структурной избыточностью при функционировании в автоматизированном комплексе, т.к. в каждай момент времени, как правило, используется только одна степень подвижности. Этим усложняется конструкция робота я снижаются экономические показатели компле сов.

2. Новые возможности повышения эффективности роботизации производства открываются благодаря пришзнешпо промышленных роботов с конструктивно независимыми (расчлекеюслга) модулями движения

3. При оптимальном расчленении траектории перемещения объектов на отдельные участки а каждом участке перемещение может осу-

ш-зствляться раздельны«! модулями движения.

4. Параметры одногзодвимого модуля, заменяющего манимуляци-оннне механизмы с двумя или более степенями подвижности, должны рассчитываться методом конечных поворотов.

5. Предложенный модуль винтового движения с использованием теории ышта заменяет манипуляционкые механизмы с двумя поступательными и двумя или тремя вроаательньми парами.

6. Разработаны конструкции модулей: линейного и углового перемещения, позиционирования в нескольких заданных положениях и манипулирования с гибким элементом привода, а также устройство плавкого разгона и торможения, которое расширяет технологические возможности промышленных роботов и увеличивают точность позиционирования их механизмов.

7. Предложенные роботизированные комплексы по сравнению с ° традиционного! имеют преимущество по быстродействии (благодаря

совмещению работы различных модулей во времени) ь рост производительности в 1,3 - 1,7 раза. При этом расчлененные модули движения превосходят известные конструкции по точности позиционирования, по весу, по затратам онаргии для перемещения обьектов(что особенно заметно при горемещзнии объекта от 4 до 7 кг).

8. Применение расчлененных модулей движения позволяет повысить производительность роботизированного оборудования до 1,7 раза при длительности обработки изделий до 15 с и в 1,4-1,3 раза г.ри длительности обработки 30-50 с. При дальнейшем ; сличении времени обработки эффект производительности менее значителен.

9. Внедрение разработанных автоматизированных технологических комплексов (токарной обработки, обработки корпусных деталей, раскатки.холодной птьмпоьки, термической обработки), позволило ¿лу-сгнть уелопия труда, культуру производства, снизить_ трудоемкость и себестоимость выпус-

каемой продукции. Экономический с$фект от внедрения комплексов составляет более 200 тис.руб. в год.

Основное содержание диссертации отражено в следуэдих работах автора:

1. Натбялэдзе З.Ш. , Чолидзе Г.Д., Моищэе А.Д. Автоматизированный участок с прошшленным роботом // Тез .докл. XII республиканской научно-технической конференции ГШ! им. З.И. Лонииа - Тбилиси, 1978. - С. 135.

2. Челидзе Г.Л., Вэтбиладзе З.Ш., Езикашвили И.О. Специализированный механизм поворота л подъема руки промышленного робота

// Тру, i ПИ юл. З.И.Ленина (Тбилиси). - IS75. - И II (221).

- С. 93-96.

3. Натбияадзе Б.Ш., Челидзе Г.Д., Цурцзизанвдза Д.А. Некоторые вопросы создания автоматизированного участка металлорежущих станков с ЧПУ и прошшлешшх роботов U Робототехяические системы.

- Киев, I960. - 4.1. - С. 50-57.

4. Натбидадзе З.Ш., Тевзадзе Т.М. Некоторое ¿опроси исследования привода манипулятора с гибкими силовыми элементами // Материалы второго Всесоюзного совещания по робототехяическим системам.

- Минск, IS8I. - 4.1. - С. 154.

5' Cholldso С., Ezlkanhvili О., Itatbiladze V. ¿utonatizod Сюр-loac of aotal '¿forking with Industrial fiobots^Prococdinca of tho 11th International Syapoaiun on Industrial Hoboto. Jiru, Jajra, 1931,- p. 639-706.

6. Исследование и разработка конструкция спецяализирсвадаогс робота-манипулятора, предназначенного для обслуживания сверлильных станков с ЧПУ и выбор оптимальной системы его управления: Отчет о НИР / ВНТЩентр; Рук. В.Ш.Натбиладзе. - A IP 780IS2I6; Инв. Я 02830007888. - Тбилиси. 1982. - 66 с.

7. Исследование и разработке приводных механизмов правленного робота: Отчет о КИР / БНТЗДенгр; Рук. 3.21. Натбяяадзе. - И

¿3

ГР 01620072418; йш, № 02840049G6I. - Тбилиси, I9S3. - ЗБ с.

6. Натбиладзе З.Ш., Тевзадзе Т.Н. Некоторые вопросы динамики кашшулятора с гибким сежоеым приводом // ?.4атериаяы Ш Всесоюзное конференции. - Челябинск, 1983. - Ч.П. - С. 19-20.

9. Натбнладзе B.iil., Хоперия Л.,Г., Щжмов О.Ю. Роботизированная; участок токаракх стёлкое с 'Ш/ на базе робота ПР-10В // !.2i-тэри&ш LÍ Всесоюзно/« конференции. - Челябинск, 1383. - 4.1. -

- С, 57-50.

10. Еатбплэдзе ¡i.V.. Повышение точности тормокзния исполнительного орхано промышленного робота // Труда шестого конгресса ЖТоМй по leopsíj -зехшшзмов и шш, - Дели, Индия, I9S3.

- Т.П. - С. 1049-1052.

Katbilaiizc V. 2ha sobotisation. of the engineering production ■ Sj-aposluay^GruatJasen Dyuaaik uad Steuerung von" Industrierobotern Yortraßa "band IX, Berlin. 19B5.-P.63-69.

IZ, Натбикадзе B.iil., Тевзадзе Т.Ы. Вопросы динамики манипулятора с гибки/, приводом // Прогрессивная технология приборостроения:1 Межвузовский сборник научных трудов. - М., .1985. С»

13. Нэтбнладзе В.Li., Иелия Г.А. Динамическая точность про!.шэ ленного робота в гибком автоматизированном производстве. // Труда 1Ш т. 3.И.Ленина, £ 15(297), - Тбилиси, 1985. - С. £7-32.

14. Разработка специализированного робота обслуживания токар кого станка (комплекс стано-робог): Отчет о НИР / ЗНТИЦентр; рук. вл:;. Патбиладзе. - J? ГР 01850079390; Инв. Jí 02850080431.

- Тбилиси, I9Ö5. - 4S с.

15. Роботизация оборудования холодней обработки изделий гй^поотрептельнего производства.: Отчет о KL-IP / ВНТПЦектр; Рук. З.^.Г.атбтадзе-IP 01640СБС914; ürs. Я 0287С033553. - Тбилиси.

G7* '

. , I -. г^г^раоот.-са л гибкого г об отпал-'

роваыпого участка по термообработке деталей в соляных вшшах: Отчет о ЕИР / ВШЦептр; Рук. В.Ш.Натбнлздза. - Й I? 01850030732; Ипв.# 02880031377. - Тбилиси, IS87. - 59 с. I?.

líatbiladze 7. Determination of tha Accuracy of flexible Auto-natic Positioning Uodula with Chearanea^xoceedinga of the sixth CISU-Litoaza Syapoaiua on ¡Theory and Practice of Hobots and Manipulators.-Paris-Xiondrea-Lausamo, 1287,-JP. 115-119,

18. Натбшадзе В.Ш. Применение тэории ксночшх поворотов пря кошоновке робототехнлческих ко-шлеясов о ргсчленевшма модулями // Труда БШ им. В.ИДешша •( Тбилиси)-1987. - й 12(324). - С. 115-Ilu.

. 19. Батбиладзэ В.Ш. Испытания прскотлениых роботов // Прогрессивная технологи приборостроения: Мзгвузовсхий сборист: научит трудсв. - М„, 1987. - С. 22-25.

20. Еатбахадэо В.Ш., Суриава 2.Г. Прккононпо принципа расчленения в разработке систем робототезвзческого кошяекса // Матерн-шга 1У Всесоюзного совецашя по робототохютвскпм системам. - Кя-ез, 1987. -Ч.Е. - С, 203-204.

21. Натбшадзе В.Ш. Эффектшвнооть пртганешш метода расчленения цодулзй двягэнЕя прсшшюнного робота // Труда ПШ им. В.И.Ло-нака. •( Тбшшсг)-1983. - й 11(340). - С. 2&-29.

22. Еатбиладзе З.Ш., Сариавшш Ш.В., Ардзеиаяаивила В.Б. Анализ точное^ ыодулеЗ дншзншг прокшигенпого робота // Труда ГОИ иу. В.И.Лешша, •( Тбилиси ).-1988. - й 11(340). - С. 85-88.

23* А.с. II00027 СССР, В21Д 22/38. Устройство для ротационного вдавливания / З.Ш.Натбюгадзв, 6.Ю.Ефимов, Н.В.Еатбкяадзе, С.С.Дегтяр // Б.И. - 1984. - » 24.

24. А.С. II23774 СССР, В 21 Д 43/00; ВЗОЗ 16/30; 3 25^9/00. Механизм лозицисагоовавая робота / В.Ш.Натбиладзв, Г.А.Шатая,

Н.З.Натбнладзе, Ж.К.Сабяалшист // Б.И. - 1984. - » 42.

25. A.c. II3826I СССР, В 23 В 39/16; Б23 Q, 7/04. Мзтадлореяу-щй ставок с ЧПУ / В.Ш.Натбшшдзе // Б.И. - 1985. - № 5.

26. A.c. II7I308 СССР, В 25J 11/00. Стонд для испытания роботов-манипуляторов / В.Ш.Натбияадзэ, А.Г.Хоперия, О.Ю.Щшов, Н.З.Натбиладзе // Б.И.. - 1985. - й 29.

27. A.c. II8955I СССР, В 21 Д 43/00; Б 25^7 0/00. Ереван поворота исполнительного органа прошзиюнного робота / В.Ы.Натбнпад-зв // Б.И. - 1985. - ii 41.

28. A.c. I2I5995 CCCF, 3 25^9/ОН; В 25$ 9/20. Модуль зшш2-ного перемещения промышленного робота / Б. Ш.Натбюзадзэ, Ш.К.Сабк-ашвлли, Н.В.Натбиладэе, Г.С.Тибглашии // Б.И. - IS86, - ß 9.

29. A.c. I299S76 СССР, 3 21 Д 43/0U, В 25£ 3/00. Прадвп-ленаый робот / З.Ш.Натбиладза, Т.М.Тевзадзе, Е.В.Натбиладзе // Б.И,

- 1987. - Л 12.

30. A.c. I34S3I2 СССР, В 21 Д 48/00, В 30 В 15/30. Автаиага-зироваяная установка для шогономенклатурно£ шташонш / В.Ш.Натбшшдзе, А.Г.Хоперия, ОД), Ефимов, Н.В.Еатбиладзе, Э.А.Саиедов

// Б.И. - 1987. -.& 39.

31. A.c. 1458053 СССР, В 21 Д 43/00; В 25д 9Д4. Привод исполнительного органа промшилекного робота / В.Ш.НатбЕяадзе, Ж.Г.СурмаБа, Н.З.Натбиладзе, Г.С.Тибалашвшш // Б.И. - IS83. - ß. (

32. A.c. 151619b CCCF В 21 Д 48/00. Автоматизированный кокп-леке для штамповки крупногабаритных панелей / В.Ш.Натбшшдзе, Н.Д.Сярбшшдзе, М.А.Кротков, IQ. И. Артемов //• Б.И. - - & -39.

33. A.c. I58I436 СССР 3 21 Д ,43/00. Автоиатизарованннй коми леке для штамповка деталей // Ы.А.КрггчЕОВ, Ю.Ы.Артекоэ, В.Я.Нат-йладзе е др. // Б.И. - 1990. - № 28.

34. A.c. 1590169 СССР 3 21 Д 43/00. Способ подачи штучных заготовок ез нагопителя в зову обработки. / З.И.Натбидадзе // Б.Н,

- 1990. - Л 33. лГЯ? .

¡V

32 *