Устройство промышленного робота М20П.40.01

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

Промышленный робот (ПР) с числовым программным управлением модели М20П.40.01 предназначен для автоматизации загрузки, выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с автоматическим циклом обработки деталей.

Робот может обслуживать один или два станка и образовывать вместе с накопительными и транспортными устройствами гибкий производственный обрабатывающий комплекс, который может являться базой для создания ГП - модулей, предназначенных для продолжительной работы без участия оператора. Управление роботом осуществляется системой ЧПУ «Контур 1-01».

1. Технические характеристики

Технические характеристики робота М20П.40.01

2.2. Технические характеристики устройства программного управления

промышленного робота (УПУ ПР) «Контур 1-01»

2.3. Технические характеристики электрооборудования

2.4. Технические характеристики пневмооборудования

Блок поворота Б

Блок поворота Г

В зависимости от требований заказчика и типа производства, робот может оснащаться различными поворотными блоками ротации захватных устройств и различными захватными устройствами.

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Промышленный робот модели М20П.40.01(рис. 1), работает в цилиндрической системе координат. Кинематическая схема робота представлена на рис. 2. В состав промышленного робота входят следующие узлы: механизм поворота руки, механизм её подъема и опускания, блок подготовки воздуха, балансир, механизм выдвижения руки, блок поворота Б(Г), захваты. Устройство программного управления (УПУ) ПР «Контур 1-01» обеспечивает позиционное движение руки.

3.1. Механизм поворота руки

Механизм поворота промышленного робота М20П.40.01 показан на рис. 3. Он выполнен в виде автономного узла и обеспечивает перемещение руки по координате Θ.

На основании 1 робота крепится червячный редуктор 2, соединенный через зубчатую муфту 3 с высокомоментным электродвигателем 4 с встроенным датчиком положения (резольвером) и тахогенератором. На выходном валу червячного редуктора установлена зубчатая шестерня 5. Она входит в зацепление с цилиндрическим зубчатым колесом 6, которое соединено с валом 7. Таким образом, вращение ротора электродвигателя постоянного тока через червячный редуктор и пару цилиндрических прямозубых шестерен передается валу 7, служащему опорой для механизма подъема и опускания руки. Контроль угла поворота для управления скоростью при подходе в конечное положение осуществляется при помощи путевых переключателей 8.

3.1. Механизм выдвижения руки

Механизм выдвижения руки базового исполнения робота М20П.40.01 показан на рис. 4. Он обеспечивает перемещение руки по координате R.

К задней стенке корпуса 1 прикреплен кронштейн 2, на котором установлен электродвигатель 3 постоянного тока. Вращение электродвигателя через зубчатый ремень 4 передается винту 5 шариковой винтовой пары. В последующих модификациях ременная передача была исключена. В этом случае момент от двигателя винту напрямую передается через зубчатую муфту. Гайка 6 шариковой винтовой пары соединена с кронштейном 7. К верхнему концу этого кронштейна прикре-

плена скалка 8, перемещающаяся вперед или назад во втулке 9. Нижний конец кронштейна 7 с роликами движется по направляющей 10, которая исключает поворот скалки 8.

Внутри пустотелой скалки проходит трубка 11 для подачи сжатого воздуха во внутреннюю полость, а оттуда к механизму поворота кисти и к схвату. Амортизаторы 12 смягчают удар в конце хода руки - скалки 8. Контроль положения руки для управления скоростью перемещения при подходе её в конечное положение осуществляется при помощи путевых переключателей 13.

Длина хода скалки 8 зависит от исполнения механизма выдвижения руки.

Механизм подъема и опускания руки промышленного робота М20П.40.01, выполненный в виде отдельного узла, показан на рис 5.Он обеспечивает перемещение руки по координате Z.

Привод вертикального перемещения включает: электродвигатель постоянного тока М3 со встроенным датчиком обратной связи, шариковую передачу винт-гайка качения 14 (рис. 2). Электродвигатель и винт соединены между собой зубчатой муфтой 15. Для исключения самопроизвольного опускания механизма выдвижения руки при отключении двигателя подъема на верхнем конце винта установлен нормально замкнутый электромагнитный тормоз.

Корпус 1 (рис. 5), включающий в себя механизм выдвижения руки, перемещается вверх и вниз по двум направляющим 2, которые закреплены в верхней и нижней опорных плитах 3 и 4. На верхней опорной плите 3 установлено подмоторное основание 5, внутри которого находится электромагнитный тормоз 6. Электродвигатель 7 постоянного тока, установленный на подмоторном основании 5, через зубчатую муфту 8 соединен с шариковым винтом 9. Гайка 10 шариковой винтовой пары закреплена в корпусе 1 узла выдвижения руки. Таким образом, вращение электродвигателя 7 преобразуется в поступательное движение руки вверх или вниз.

Для защиты винта от пыли и грязи используется гофрированная оболочка 11. Резиновые амортизаторы 12 позволяют смягчить удар в конце хода руки в верхнем и нижнем положении. Для управления скоростью перемещения в этих положениях используются путевые переключатели, наезжающие на упоры 13 и 14.

3.4. Блок поворота захвата

Блок поворота (кисть руки) может быть выполнен в разных ис­полнениях: 1 (Б) (рис.6) или 2 (Г) (рис.7).

Конструкция блока поворота — кисти руки (исполнение 1) пока­зана на рис. 6.

Поворотный блок смонтирован в корпусе 1 и состоит из механизма вращения кисти относительно продольной оси с двухпозиционным уп­равлением при движении от упора до упора и механизма поворота (ка­чания) относительно поперечной оси.

Вращение кисти руки происходит от неполноповоротного пневмодвигателя 2, на переднем торце которого крепится стакан 3. На на­ружной поверхности стакана установлены распределительные пневмоустройства 4 привода поворота кисти, а внутри на подшипниках - втулка 5 с фланцем для крепления сменного схвата. Втулка 5 связана с валом пневмодвигателя 2 при помощи шпонки. На противоположном конце поворотного блока находится стопорный механизм 6, который жестко соединен с валом пневмодвигателя 2. В зависимости от уста­новленного сменного двухплечего рычага стопорного механизма можно ограничивать угловое положение кисти в диапазоне от 0 до ±90° (ва­риант 1) или от 0 до 180° (вариант 2). Внутри корпуса 1 смонтирова­ны амортизатор 7, уменьшающий удар при подходе стопора 6 к пере­ставным упорам 8, а также микропереключатели 12 конечных поло­жений.

В поворотном блоке имеется также механизм ручной установки угла качания кисти относительно ее поперечной оси 9 (в пределах ±3,5°). Угол качания регулируется винтами 10, установленными в не­подвижном фланце 11. В последующих модификациях ось 9 заменена на два шарика, установленных между подвижным фланцем поворотного блока и неподвижным фланцем руки.

Таким образом, приводом перемещений по оси a служит неполноповоротный пневмодвигатель с двух позиционным управлением вкл/выкл. Стопор обеспечивает фиксацию поворота на 90° и 180°. Для уменьшения ударных нагрузок в корпусе поворотного блока установлен амортизатор. Поворот по оси b в пределах ±3,5° производится с помощью винтов, осуществляющих крепление поворотного блока к фланцу скалки.

Работа блока поворота (исполне­ние 1) происходит следующим образом. При отключенных электромаг­нитах YA1 и YA2 (рис. 7)воздух по магистралям 1, 2и3 поступает в обе по­лости пневмодвигателя М2. При включенном электромагните YAI пневмораспределителя Р4 и отключенном электромагните YA2 происходит поворот кисти руки против часовой стрелки относительно продольной оси. При этом воздух из полости пневмодвигателя М2 вытесняется по магистрали 2 через пневмораспределитель Р4 в атмосферу. При вклю­ченном электромагните YA2 пневмораспределителя Р5 и отключенном электромагните YA1 аналогично происходит поворот кисти руки по ча­совой стрелке.

Вращение вала пневмодвигателя 1 через приводной плоскозубчатый ремень 2 передается на вал 3. На этом же валу установлен электро­магнитный тормоз 4, обеспечивающий быстрый останов вращения кисти руки.

Вращение вала 3 при включенном электромагните, растормажи­вающем вал, передается генератору 5 зубчатого волнового ре­дуктора, который позволяет увеличить выходной крутящий момент привода.

Для контроля углового положения блока поворота используются два бесконтактных датчика 6, 7 крайних и промежуточных положений, импульсы от которых поступают в устройство управления ПР. Разре­шающая способность датчиков равна 0,1°, что обеспечивает стабиль­ность установки угла поворота кисти в пределах ±0,3° во всем диапа­зоне от —90 до +180°.

Поворот (качание) кисти относительно поперечной оси в пределах ±3,5° осуществляется от пневмоцилиндра 8, шток которого связан с кулачком 9, имеющим наклонный паз. С помощью кулачка шток воз­действует на палец 10 в кронштейне 11 корпуса блока поворота. Угловое положение контролируется путевыми микропереключателями 12 и регулируется упорами 13.

В блоке поворота (исполнение 2) привод перемещений по оси a включает: реверсивный пневмодвигатель М, волновой редуктор с передаточным отношением 1:159. Передача вращения от пневмодвигателя к волновому редуктору происходит через плоскозубчатый ремень 2 с передаточным отношением 0,68. Для контроля положения захвата в бло
ке используются бесконтактные датчики, импульсы от которых поступают в устройство управления. Конечные выключатели служат для ограничения перемещений по оси a в диапазоне от -90 до 180°.

Поворот кисти руки (относительно ее продольной оси) по часовой стрелке осуществляется при включенном электромагните YA3 (рис.9). При этом воздух в пневмодвигатель Ml поступает через распределитель Р4 по магистрали 5. При включенном электромагните YA5 происходит ускоренный поворот кисти: воздух из пневмодвигателя Ml вытесняется в атмосферу через распределители Р5, Р3, дроссель ДР и глушитель Г2 по магистралям 6, 4, 7. При отключенном электромагните YA5 происходит замедленный поворот блока: воздух из пневмодвигателя Д1 вытесняется в атмосферу только через распределитель Р5 и дроссель ДР по магистралям 6, 4.

Поворот кисти руки относительно ее поперечной оси вправо осуществляется при включенном электромагните YA1. При этом воздух в пневмоцилиндр Ц поступает по магистрали 2 и вытесняется из пневмоцилиндра Ц по магистрали 3 через распределитель Р2.

Поворот кисти руки влево осуществляется при включенном электромагните YA2. При этом воздух в пневмоцилиндр Ц поступает по магистрали 3 и вытесняется из пневмоцилиндра по магистрали 2 через распределитель P1.

Механизм схвата манипулятора (исполнение С1) унифицированной конструкции показан на рис. 10. Конструкция захватного устройства этого исполнения применяется для деталей фланцевого типа.

3.5. Схват

Схват оснащен тремя плоскими губками 1, закрепленными на ры­чагах 2 под углом 120° относительно друг друга. Привод губок за­хватного устройства - пневматический. Воздух из заводской пневмосети подается в коробку пневмозолотников 3 и через пневмоклапан 4 быстрого выхлопа в одну из полостей пневмоцилиндра 5: правую — при зажиме, а левую - при разжиме детали. Поступательное переме­щение штока 6 пневмоцилиндра преобразуется при помощи рычага 7 и шарнирных параллелограммов 8 в радиальное (по отношению к за­жимаемой детали) движение рычагов 2 левой и верхней губок. Привод правой нижней губки 2 осуществляется при помощи пары зубчатых колес 9, 10 и шарнирного параллелограмма 11. Введение в кинема­тические цепи шарнирных параллелограммов обеспечивает сохранение углового положения рычагов 2 зажимных губок, центрирующих деталь при ее зажиме.

Оси поворотных рычагов закреплены в верхней 12 и нижней 13 па­раллельных плитах, которые связаны между собой планками 14, образующими жесткий каркас. Каркас с зажимными рубками крепится к основанию 15 при помощи трех стержней 16 и пружин 17, компенси­рующих погрешности позиционирования схвата с заготовкой при уста­новке ее, например, в патрон станка.

Крепление схвата к механизму кисти руки осуществляется при по­мощи кронштейна 18. При недопустимой деформации кронштейна (на­пример, при упоре схвата в какое-либо препятствие) подпружиненный упор 19 нажимает на конечный микровыключатель 20, который подает аварийный сигнал в устройство управления ПР. Электрокабель под­ключается через разъем 21.

Контроль состояния зажима или разжима деталей губками схвата осуществляется соответственно датчиками 22 и 23. Датчики представ­ляют собой конечные микровыключатели, на которые воздействуют плоские пружины, упирающиеся в рычаг шарнирного параллелограм­ма 11.

Зажимной механизм захватного устройства представляет собой центроискательный механизм. Деталь удерживается в схвате за счет сил трения, возникающих при контакте её с тремя губками-держателями. Механизм приводится в движение двухпоршневым пневматическим цилиндром через шестеренчаторычажную систему. Крайние положения рычагов контролируются конечными выключателями. Губки связаны между собой рычагами шестеренчато-рычажной системы. Они синхронно расходятся при выдвижении штока цилиндра и сходятся при тянущем его движении. При полностью открытом и полностью закрытом положении губок срабатывают микровыключатели, подающие сигнал в систему управления о положении рычагов.

3.6. Работа балансира

Балансир 2 (рис. 2) предназначен для уравновешивания сил тяжести руки с корпусом и представляет собой пневмоцилиндр, установленный неподвижно на подмоторной плите механизма подъема с присоединенным штоком к корпусу 1 механизма выдвижения руки (рис. 4). При его работе значительно снижаются осевые нагрузки на шариковинтовую пару этого механизма, что значительно улучшает динамику работы несущей механической системы робота и его надежность.

При перемещении руки робота вниз сжатый воздух из штоковой полости пневмоцилиндра Ц вытесняется в атмосферу через клапан и глушитель пневмоклапана предельного давления ПКГ. При этом бесштоковая полость цилиндра Ц заполняется воздухом, вытесненным из штоковой полости пневмоцилиндра под давлением, которое устанавливается сопротивлением глушителя пневмоклапана предельного давления ПКГ.

Редукционный клапан КР регулируется на давление 0,35…0,6…0,63 МПа. Пневмоклапан предельного давления ПКГ регулируется таким образом, что установленное в системе им давление превышает давление, определяемое настройкой редукционного клапана КР на 0,2…0,4 МПа.

3.7. Общие сведения об электрооборудовании

Электрооборудование включает: устройство программного управления промышленным роботом «Контур1» со встроенным электроприводом, электродвигатели со встроенными датчиками положения, путевые контактные и бесконтактные выключатели, электромагнитные катушки пневмораспределителей и электромагнитные тормоза. Питание УПУ ПР осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380В ± (10-15)% и частотой 50 Гц. Для питания электрооборудования, установленного на роботе, используется источник питания УПУ постоянного тока напряжением 24 В. Перемещение по осям осуществляется двигателями постоянного тока со встроенными датчиками скорости и положения (ось Z-М1, q-М2, R-М3).

Электродвигатели работают поочередно от одного преобразователя. Для подключения двигателей к преобразователю служит коммутатор, встроенный в УПУ ПР.

При движении робота по оси Z всегда включается тормоз, который растормаживает механизм подъема руки для обеспечения возможности перемещения от электродвигателя. В случае аварийного отключения или исчезновения питающего напряжения тормоз предохраняет от падения механизм выдвижения руки.

Перемещение по осям в режиме «Обучения» осуществляется посредством клавиатуры на пульте оператора.

На роботе установлено реле давления, контролирующее давление в пневмосети. При падении давления ниже допустимого происходит останов робота.

Алгоритмы работы поворотного блока Г заложены в УПУ ПР. Перемещение по оси a осуществляется от пневмодвигателя включением электромагнита YА3 (по часовой стрелке) (рис. 10) и YА4 (против часовой стрелки). Электромагнит YА5 служит для замедления вращения при подходе к точке позиционирования, а электромагнитный тормоз – для точного останова. Нулевая точка оси a определяется бесконтактным выключателем. Сигналы от выключателей В2 и В3 сдвинуты по фазе и используются в качестве информации о положении. Перемещения по оси a ограничивают конечные выключатели.

В устройстве программного управления предусмотрена нулевая защита, защита от коротких замыканий и перегрузок.

На пульте оператора в пульте обучения УПУ ПР установлены светодиоды, сигнализирующие о выключении УПУ, о работе в автоматическом режиме и об аварийном состоянии.

В работе предусмотрены следующие блокировки: ограничение перемещений по координатам; останов робота при поломке предохранительного кронштейна захвата; останов робота при падении давления в пневмосети.

4. ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

5.4.Изучить устройство механизмов поступательного и вращательного движений.

5.5.Начертить кинематические схемы механизмов: поворота руки, горизонтального и вертикального перемещений, поворота схвата с использованием обозначений ГОСТ 2.770-72.

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

6.7.Как устроены механизмы горизонтального и вертикального перемещений руки?

6.8.Как устроен механизм поворота?

6.9.Как устроен и работает механизм поворота схвата (исполнение 1)?

6.10.Как устроен и работает механизм поворота схвата (исполнение 2)?

6.11.Как устроен и работает механизм схвата (исполнение С01)?

6.12.Назначение и устройство балансира?

6.13.Как изменить угол ротации схвата (исполнение 1)?

6.14.Как отрегулировать угол b?