metod_15.03.04_atppp_toap.lr_2016 (Методические документы)

МИНОБРНАУКИ РОССИИФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшегообразования«Московский технологический университет»МИРЭАСОГЛАСОВАНОУТВЕРЖДАЮУчебно-методический советДиректор Института информационныхИнститута информационных технологийтехнологий________________________________________А.С. Зуев«____» ______________ 2016 г.«____» ______________ 2016 г.Технологическое оборудование автоматизированногопроизводстваУЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТИзучение конструкции, выбор и расчёт параметровпромышленного роботаНаправление подготовки:15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»Профиль:"Автоматизация технологических процессов и производств впромышленности"Составитель:Д.т.н., профессор Лизогуб В.

А.Москва 201611 Цель работыРабота учит студента практическим навыкам выбора основныхпараметров промышленного робота (ПР), знакомит с основнымивозможностями и движениями ПР с целью дальнейшего изучения управлениядвижениями ПР.2 Содержание работы2.1 Ознакомиться с областями применения ПР.2.2 Ознакомиться с ПР, имеющимися в лаборатирии.2.3 Изучить построение циклограммы управления ПР.2 4 Изучить структурные схемы ПР и построить структурную схему одногоиз имеющихся в лаборатории ПР.2.5 По структурной схеме построить кинематическую схему ПР икинематическую схему захватного устройства (ЗУ).2.6 По кинематической схеме построить компоновку ПР применяя агрегатномодульный принцип конструирования ПР.2.7 Рассчитывается привод ЗУ для манипулирования с конкретной деталью,указанной преподавателем.3 Основные термины, характеристики и агрегатно-модульный способпостроения ПРПромышленный робот (ПР) – это автоматическая машина(стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройствав виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, иперепрограммируемого устройства программного управления длявыполнения в производственном процессе двигательных и управляющихфункций (ГОСТ 25686-85).Манипулятор – это управляемое устройство или машина длявыполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека,при перемещении объектов в пространстве, оснащённая рабочим органом.Автооператор – это автоматическая машина, состоящая изисполнительного устройства в виде манипулятора или совокупностиманипулятора и устройства передвижения и не перепрограммируемогоустройства управления.Рабочий орган - это захватное устройство (ЗУ), сварочная головка,распылитель краски и т.п.

непосредственно выполняет технологические иливспомогательные операции.Технические характеристики промышленного роботаВажнейшими техническими характеристиками промышленного роботаявляются:а) точность позиционирования;2б) максимальная длина перемещения;в) время перемещения;д) максимальная скорость перемещения (обычно от 1-1,5м/с до 9м/с);е) максимальное ускорение (торможение) движения руки при длине хода0,15м-0,3м.

в малых ПР в пределах 3 – 6м/с 2 , в средних ПР при длинехода 0,5м – 0,8м. 8 – 15м/с 2 );ж) сила захватывания;з) время захватывания и освобождения;и) размер объекта манипулирования;к) давление и расход жидкости или воздуха;л) напряжение электропитания;м) потребляемая мощность;н) надежность (наработка на отказ, срок службы до капитального ремонта,срок службы до списания);о) масса;п) габаритные размеры.Точность позиционирования характеризуется средним значениемотклонений центра захватного устройства от заданного управляющейпрограммой и зоной рассеяния данных отклонений при многократномповторениициклаустановленныхперемещений.Погрешностьпозиционирования для ПР находится в пределах от ±4мм до ±0,02мм., длябольшинства ПР лежит в пределах ±1мм.Структурная схема промышленного робота и автооператора показана нарисунке 1.Рисунок 1.

Структурная схема промышленного робота и автооператораКонтурное управление – это управление ПР, при котором его рабочийорган перемещается по заданной траектории со скоростью, значения которой3распределены по времени в последовательности, установленнойуправляющей программой.Позиционное управление – это управление ПР, при котором егорабочий орган перемещается по заданным точкам позиционирования, причемтраектория движения между этими точками не контролируетсяАдаптивное управление – это управление, при котором в зависимостиот контролируемых параметров состояния внешней среды, автоматическиизменяется управляющая программа.Область применения ПР показана на рисунках 2 и 3.Рисунок 2.

Гибкая производственная ячейка1 – Промышленный робот;2 – Станок;3,4,5,6 – заготовки, детали;7 – измерительное устройство;8 – транспортёр.4Рисунок 3. Промышленные роботы53.1 Классификация промышленных роботовКлассификация ПР осуществляется по следующим признакам1. Специализация:а) Специальные;б) Специализированные;в) Универсальные.2. Грузоподъёмность (под грузоподъемностью понимают наибольшуюмассу объекта манипулирования без захватного устройства):а) Сверхлёгкие до 1 кгб) Лёгкие от 1 до 10 кгв) Средние от 10 до 200 кгд) Тяжёлые от 200 до 1000 кге) Сверхтяжёлые свыше 1000 кг3. Число степеней подвижности (за исключением движения захватногоустройства):а) Две;б) Три и т.д.4.

Возможность передвижения:а) Стационарные;б) Подвижные.5. Способ установки на рабочем месте:а) Напольные;б) Подвесные;в) Встроенные.6. Вид системы координат:а) Декартовая;б) Полярная (плоская, цилиндрическая, сферическая);в) Сложная полярная.7. Вид привода:а) Электромеханический;б) Гидравлический;в) Пневматический;д) Комбинированный.8. Вид управления:а) Цикловое;б) Позиционное;в) Контурное;д) Адаптивное.9.

Способ программирования:а) Аналитическое (рассчитываются координаты точек перемещенияцентра захватного устройства ПР и по этим точкам составляетсяпрограмма перемещений ЗУ);б) Обучением (пультом ручного управления перемещают центрзахватного устройства и записывают координаты опорных точек,затем проверяют работу при холостом движении без заготовки, еслидвижение правильно то ПР запускают в работу).63.2 Структурная схема управления промышленным роботомРисунок 4. Структурная схема управления промышленным роботомгде УПУ – устройство программного управления;УРУ – устройство ручного управления;УВП – устройство ввода программы;МП – механический преобразователь;Д – двигатель;ИМ – исполнительный механизм;ВС – внешняя среда;ПИ – преобразователь измерительный;ДСС – датчик состояния среды;БСТО – блок связи с технологическим оборудованием.3.3 Выбор параметров промышленных роботовПроизводительность ГПМ определяется коэффициентомиспользования станкаКс = 1-Тр/Т0 ,где Тр - продолжительность обслуживания станка роботом ;Т0 – оперативное время обработки изделия на станке.3.3.1 Разрабатываются циклограммы обслуживания станка различнымиконструктивными вариантами ПР.Пример циклограммы обслуживания ПР токарного станка приведен нарисунке 5.7Рисунок 5.Пример циклограммыДля сокращения Твсп необходимо либо увеличить скорость движениязахватного устройства ПР и уменьшить общую длину, либо совместить времяманипулирования с основным временем То обработки заготовки.

ПрименитьПР с двумя руками или двойное захватное устройство.83.3.23.3.33.3.43.3.5По циклограммам рассчитывается Тр для каждого варианта.Анализируются геометрические параметры изделий и их масса.Выбирается число степеней подвижности манипулятора.Определяется зона обслуживания промышленным роботам(пространство где сохраняются паспортные данные робота).3.3.6 Определяется рабочая зона промышленного робота(пространство где может находиться рабочий орган).3.3.7 Устанавливается системы координат основных движенийпромышленного робота (см. справочник Козырева Ю.Г. стр.

2425, 376-377). Загрузка и разгрузка станка требует минимум трехстепеней подвижности относительно координат Х,У,Z.3.3.8 Выбирается структурная схема промышленного робота (см. ПушВ.Э. стр.162). Выбранному числу степеней подвижности могутсоответствовать различные варианты структурных схемманипуляторов, которая выбирается из следующих сочетаний.1) Три поступательные пары П,П,П2) Две поступательные и одна вращательная П,П,В3) Две вращательных и одна поступательная В,В,П94) Три вращательных ВВВ3.3.9 Строится кинематическая схема манипулятора по выбраннойструктурной схеме3.3.10 Разрабатывается компоновочная схема промышленного робота.Применяется агрегатно-модульный способ конструированияпромышленного робота (см.

кн. Пуш В.Э. с. 164-168).Таблица агрегатных модулей для конструирования ПР.Модуль и его обозначение1, Неподвижное основание (НО)Схема исполнительного модуля10Модуль и его обозначение2. Тележка подвижная (ТП)Схема исполнительного модуля3.Стол поворотный (СП)4. Неподвижная колонна (НК)5. Платформа качающаяся (ПК)6. Рука выдвижная (РВ)7. Кисть поворотная (КП1)8. Захватное устройство одинарное(ЗУ1)9.Каретка вертикального хода (КВ)10, Кисть поворотная с двумястепенями подвижности (КП2)11.Захватное устройстводвойное (ЗУ2)И др.11Из выбранных по кинематической схеме агрегатных модулейкомпонуется промышленный робот.Записывается формула компоновкиНО – ПК – РВ – КП – ЗУ1СП – КВ – РВ –КП- ЗУ1Проводятся необходимые расчёты (выбор и расчёт приводов, расчётисполнительных механизмов, расчёт на прочность, расчёт нажёсткость, динамические и др.

расчёты).4 Расчет захватного устройства промышленного роботаВ зависимости от соотношения длин звеньев меняется коэффициентпередачи силы К y .Ку = Fз/Fпргде Fз – сила зажима ЗУ;Fпр – сила привода.Для рычажных и зубчато-реечных механизмов имеем следующиесоотношения:12Ку l (d  c)2всРисунок 6. Кинематические схемы ЗУ.Коэффициенты передачи силы находятся из равенства моментов:Fпр ∙а = Fз ∙ bоткудаКу авПри установке заготовки ПР в патрон токарного станка сила зажимазаготовки должна быть больше силы от веса заготовки Fзг, силы инерцииFин, осевой силы сопротивления F О , возникающей при касании с кулачками.Сила зажима удерживает заготовку в ЗУ силой трения . Впризматическом ЗУ сила W, возникающая на губках призм с углом  , будетсвязана с силой Fз соотношениемFз = 2Wсоs Так как заготовка касается призматических губок по четырем образующимто тогда4Wf = k ( Fзг + Fин + Fо) тогда W=k ( FЗГ  Fии  Fо)4fгде k- коэффициент запаса (принимают 1,5…2,5);f – коэффициент трения заготовки и губок (для незакаленных f =0,12…0,15; для закаленных с насечками f = 0,3…0,35).Сила инерции Fин = m з •a,где а - ускорение при разгоне и торможении (см.