Захватные устройства ПР

В соответствии с назначением робота в технологическом про­цессе конечные звенья манипуляторов снабжаются различного рода рабочими органами – захватными устройствами, обеспечи­вающими взятие и удержание объектов манипулирования; техно­логическими инструментами, с помощью которых выполняются основные технологические операции.

Захватное устройство (захват) промышленного робота предназначено для захватывания предмета обработки и удержания его в процессе перемещения. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами захватываемого предмета обработки, а также специфическими требованиями технологического процесса.

Принципы действия и конструкции захватных устройств весьма разнообразны в связи с многообразием объектов манипулирования, включая их размеры, форму и физико-химические свойства.

Захватные устройства можно классифицировать по следующим признакам:

а) по способу захвата и удержания объектов;

б) по наличию устройств очувствления.

В зависимости от принципа действия захваты делят:

· на механические (работают по принципу зажима с удержанием детали с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов, а также по принципу использования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для детали),

· вакуумные (работают в результате сил, возникающих при разности давлений),

· магнитные (работают с помощью сил магнитного притяжения).

По числу рабочих позиций захваты всех типов разделяют:

· на однопозиционные (имеют одну рабочую позицию);

· многопозиционные (имеют несколько рабочих позиций).

Захватные устройства изготовляют несменными и сменными (требуют малого времени для смены, могут заменяться автоматически).

Для загрузки металлообрабатывающих станков, как правило, используют механические зажимные устройства. Кроме закрепления заготовки, эти устройства выполняют функции ориентации, центрирования предмета обработки.

Механические захватные устройства, или схваты, включают в себя приводное устройство, механизм зажима и захватывающие элементы – губки схвата. По виду используемого привода меха­нические схваты подразделяются на электромеханические, пнев­матические и гидравлические, а по виду движения губок – на схваты с поступательным и поворотным движениями губок, осу­ществляемыми соответствующими механизмами зажима.

Узкодиапазонные захватные устройства при переналадке обеспечивают возможность закрепления детали за поверхность с размерами, включающими соседние меньшие значения ряда: 1; 4; 12; 32; 63; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500 мм. Эти захваты обычно выпол­няют на базе клиновых и рычажных механиз­мов.

Широкодиапазонные захваты обладают возможностью закрепления без переналадки деталей с размерами, включающими соседние меньшие значения указанного выше ряда. Эти захваты выполняют обычно с использованием реечных и зубчатых передаточных механиз­мов. Они имеют более широкие технологиче­ские возможности, чем узкозахватные. Меха­нические захваты используются для загрузки станков деталями типа тел вращения или ко­робчатой формы.

Широкое применение находят многопозиционные (многоместные) захватные устройства. При наличии на руке робота двух захватов цикл загрузки-разгрузки оборудования сокращается. Во время обработки детали робот захватывает заготовку для обработки и смещается на максимально близкое расстоя­ние к рабочей зоне. После окончания обработки ПР свободным захватным устройством захватывает обработанную деталь и после поворота устанавливает заготовку в приспособле­ние станка. Во время обработки новой заго­товки робот укладывает обработанную деталь в тару или на тактовый стол. В результате со­вмещения вспомогательных переходов с рабо­той станка время загрузки может сократиться в 2 – 3 раза. Современные захватные устрой­ства, помимо захватов для удержания загото­вок, имеют захваты для смены инструмен­тальных головок или блоков.

Схваты различаются также формой и материалом губок, что вызвано разнообразием переносимых объектов. В целях исполь­зования одних и тех же конструкций схватов для манипулирова­ния с различными по форме и габаритными размерами их губки выполняются отъемными и легкосменными.

В отдельных технологических процессах, например в меха­нообработке, объект, проходя стадии от заготовки до готового изделия, значительно меняет свою форму и габаритные размеры. Для обслуживания таких процессов робот снабжается сменными схватами или сменными губками, причем их смена часто произ­водится автоматически с помощью самого робота.

На рис. 2.11 изображен схват с электромеханическим приво­дом. Плоскопараллельное движение губок схвата 1 и 2 осуще­ствляется с помощью двигателя М,зубчатой передачи 4 и передачи винт-гайка 3. На рис. 2.12 изображен схват, применяемый в отечественных манипуляторах типа МЭМ. Плоскопараллельное движение губок 1 и 2 осуществляется с помощью параллелограммных механизмов 3,которые приводятся в движение от приводного вала 5 с помощью конической передачи 4.

Промышленные роботы обычно комплектуют набором типовых захватных устройств. Часто при переходе на обработку другой детали меняют не сам захват, а его сменные рабочие элементы (призмы, губки и т. д.).

К захватным устройствам предъявляют следующие требования: надеж­ность захватывания и удержания объекта во время разгона и торможения подвижных элементов ПР, точность базирования заготовки в захвате, недопустимость повреждения или разрушения предмета обработки, прочность при малых габаритных размерах и массе. Особое внимание должно быть обращено на проверку допу­стимых для данного захватного устройства сил, моментов, нагрузок на места крепления. При частой смене заготовок или при обс­луживании одним ПР нескольких станков за­хватные устройства должны обеспечивать возможность работы с заготовками с размерами, формой и массой в широком диапазоне. В этом случае наиболее приемлемыми явля­ются широкодиапазонные захватные устрой­ства. В некоторых случаях возникает необхо­димость применения захватных устройств с их автоматической сменой. Требование бы­строй смены захватного устройства и его эле­ментов часто является важным, так как во­сполняет недостаток подвижности самого ПР и позволяет более полно использовать робот в роботизированном процессе.

Расчет механических захватных устройств включает проверку на прочность деталей за­хвата. Кроме того, необходимо определить силу привода захватного устройства, силу в местах контакта заготовки и губок; проверить отсутствие повреждений поверхности заготовки или детали при захватывании, возможность удержания захватом заготовки (детали) при манипулировании, особенно в моменты резких остановок.

Соотношение между силой Р привода, силами F на губках или моментом М на губках захватного устройства определяют из условий статического равновесия. Так, для захвата с рычажным механизмом, показанным на рис. 2.13, из условия F = 0 в точке С имеем

, откуда .

Из условия относительно точки А следует

,

где η – КПД механизма.

При известном моменте М сила привода

,

где M_j – момент сил на губке; b – плечо ры­чага; n – число губок (обычно n=2).

Данный захват обладает эффектом самоблокировки, так как рычаг проходит через «мертвое» центральное положение.

Захватное устройство с клиновым механизмом показано на рис. 2.14.

Для обеспечения легкосъемности (необходимое для сменных схватов) схват может быть связан с последними звеном 6 манипулятора с помощью байонетного замка 7. Соеди­нение фиксируется двумя рычажками 8, проходящими через пазы втулки 9 схвата и входящими своими концами наподобие шпонок в канавки звена 6. Рычажки подпружинены пружинами 10,и, чтобы расфиксировать замок, нужно нажать на их концы, на­ходящиеся по бокам схвата.

На рис. 2.15 представлен схват, губки 1 и 2 которого через систему рычагов 3 и 4 приводятся в движение с помощью пневмоцилиндра 5, закрепленного на последнем звене манипулятора, и пружины 6.

На рис. 2.16 показан схват с пневмоцилиндром двойного действия. Приводное устройство губок 1 и 2 представляет собой сдвоенную реечную пару 3, связанную с параллелограммными механизмами 4, обеспечивающими плоскопараллельное переме­щение губок.

Часто для взятия хрупких предметов применяются губки в виде надувных подушек (рис. 2.17).

4

3

5

Разновидностью схватов с надувными губками являются схваты с надувными пальцами. На рис. 2.18, а показан внешний вид пятипальцевого схвата, используемого также для взятия хрупких предметов. Пальцы (рис. 2.18, б)выполнены из резины цельными с постепенным переходом тонкостенных частей 1 в гофрированные части 2 и толстостенную часть 3. Воздух подводится через клапан 4. При подаче сжатого воздуха в полость пальца происходит деформация всех его частей. Удлинение тонкостенной части пальца превышает удлинения гофрированной и утолщен­ной частей. Поэтому происходит деформация паль­цев по линии 5,что обеспечивает взятие предмета.

На рис. 2.19 изображен схват для взятия плоских деталей, выполненный в виде вакуум-присоса. Разрежение между деталью и резиновой прокладкой 1, приклеенной к чашке 2, создается отсосом воздуха через штуцер 4. Для ком­пенсации погрешности позиционирования при опускании манипулятора чашка может перемещаться в вертикальном направлении в корпусе 3. Возврат в исходное положение осуществляется пружиной 5.

Электромагнитные захватные устройства, основной частью которых являются электромагниты, используются в большинстве случаев для манипулирования с ферромагнитными предметами. Эти устройства часто выполняются сменными. Например, таким сменным захватным устройством комплектуются роботы «Сеньор» и АСЕА.

На рис. 2.20 показан электромагнитный схват. Три электро­магнита 1 закреплены на крестообразном основании 2,которое крепится к конечному звену 3. В основании видны пазы, исполь­зуемые для установки электромагнитов на заданный размер детали.

Вакуумные захватные устройства в промышленных роботах представлены главным образом вакуум-присосами, удерживаю­щими предмет за счет разрежения воздуха, создаваемого его отсосом между поверхностью предмета и вакуум-присосом.

Даже самый универсальный схват может брать ограниченное число предметов. Поэтому в технологических процессах совместно с схватами применяются приспособления, которые, будучи присоединены к схвату, расширяют возможности манипулятора. На рис. 2.21 схемати­чески изображены губки схвата 3 и приспособление 2.

На схватах промышлен­ных роботов, если это необхо­димо по условиям технологи­ческо­го процесса, устанавли­ва­ются чувстви­тельные эле­менты, дающие информацию об объекте и внешней среде, в которой функционирует робот.