К электрооборудованию транспортных устройств автоматических линий предъявляется ряд требований, связанных с тем, что движение транспортных средств должно блокироваться по положению смежных механизмов; транспортеры, на которых не происходит обработка деталей, должны получать команду на движение от наличия детали в начале обработки и на остановку при снятии ее с транспортера в конце движения; они должны иметь независимые ввод питания электроэнергией и собственный привод; для исключения возможного заклинивания деталей в механизмах транспортных устройств должен обеспечиваться реверс их привода.
Транспортные устройства
Транспортные устройства приводятся в действие от индивидуальных гидравлических или электрических приводов. С помощью гидравлического привода достигается высокая плавность движения и точность остановки детали в конце пути. Электрический привод хотя и не обладает такой плавностью, но он более дешевый и простой в эксплуатации и поэтому находит весьма широкое применение. Особенностями электроприводов транспортных механизмов автоматических линий являются продолжительная работа, относительно редкие пуски, редкое изменение направления вращения, связь между отдельными приводами и их взаимная блокировка. В качестве двигателей в этих приводах используют в основном асинхронные двигатели с фазным или короткозамкнутым ротором.
В автоматических линиях с гибкими связями, где станки или участки станков работают самостоятельно, в качестве транспортных средств применяют подъемники, наклонные лотки, цепные и вибротранспортеры. В цепных транспортерах перемещение осуществляется движением цепи с укрепленными на ней «собачками». Такие транспортеры оснащаются электрическим приводом с асинхронным двигателем.
Изделия в зону обработки и от станка к станку часто подаются вибролотками и вибротранспортерами. Их привод представляет собой электромагнитный вибратор, состоящий из магнита и якоря, величина зазора между которыми определяет скорость транспортирования. Работа этих транспортных средств не зависит от положения соседних агрегатов. Пуск и останов в данном случае осуществляются только от наличия деталей на загрузочной позиции. Автономное управление транспортеров в автоматических линиях с гибкими связями значительно упрощает их обслуживание, улучшает технику безопасности, уменьшает количество блокировок.
Для подачи изделий типа колец, фланцев и так далее. В ориентированном положении применяют элеваторные бункера. В них совмещены функции загрузки и транспортирования по вертикали, что позволяет обходиться без дополнительных подъемников. Привод транспортера в данном случае электрический, управляемый командами от системы управления автоматической линии.
Для изменения положения деталей в пространстве с целью дальнейшей обработки их плоскостей служат поворотные механизмы: поворотные столы для перемещения деталей по вертикальной оси и поворотные барабаны (кантователи) для поворота деталей по горизонтальной оси. Привод этих механизмов осуществляется чаще всего от гидроцилиндров, управляемых электромагнитами, включаемыми и отключаемыми по командам от систем управления автоматической линии. Механические средства поворота и ориентирования деталей не всегда производительны, особенно для деталей сложной формы. В этом случае находит применение бесконтактное ориентирование магнитным или электрическим полем. Под воздействием этих полей металлические детали, уложенные в таре, разворачиваются вдоль силовых линий поля.
Некоторый межоперационный задел между участками и станками создается в наклонных склизах. При остановке станка склиз может заполниться до отказа, что приведет к его поломке. В этом случае необходимо автоматически остановить предыдущий станок. Для этого используют низковольтные контакты, замыкаемые изделиями.
Для осуществления технологического процесса в гибких производственных системах в автоматическом и автоматизированном режиме также применяют транспорт, функционально связанный с основным оборудованием. Он служит для перемещения заготовок, обработанных изделий, инструмента, сменных агрегатов, узлов и др. В состав транспортной системы ГПС могут входить и устройства для подачи охлаждающих жидкостей, сбора и удаления стружки. В качестве транспорта при этом широко применяют перечисленные выше устройства.
Особенностью транспортной системы ГПС являются электрические самоходные тележки, предназначенные для перемещения грузов от складов к станкам и обратно, а также между станками согласно технологическому процессу обработки. Достоинством таких управляемых тележек является простота трасс, повышающая гибкость производства, и освобождение производственных площадей от стационарных транспортных средств, что значительно облегчает доступ к оборудованию. В состав самоходной электрифицированной тележки (рис. 1) входит платформа с приводами постоянного тока, направляющие устройства, система слежения за движением по заданному маршруту, устройство путевого контроля, пульт управления, системы связи с ЭВМ и сигнализации, аккумуляторные батареи. Иногда тележки комплектуются промышленными роботами, служащими для захвата и укладки деталей. Такие тележки называют электроробокарами. Электропитание тележек, в том числе и питание приводов постоянного тока, осуществляется от аккумуляторных батарей, которые рассчитаны на 10—15 ч непрерывной работы и при необходимости могут автоматически подзаряжаться. Маршрут перемещения тележек задается системой наведения — индукционной или оптической.
В индукционной системе маршрут определяется замкнутым проводником, заложенным в пазах пола. По проводнику пропускают ток низкой частоты, в результате вокруг него создается магнитное поле, пронизывающее катушки индуктивности, расположенные на дне тележки. Электронное устройство рулевого управления сравнивает напряженность магнитного поля двух симметричных катушек. При наличии сигнала рассогласования (отклонения от маршрута) вырабатывается командный сигнал, управляющий электроприводом ручного управления, и направление тележки изменяется.
В оптической системе наведения маршрут прокладывается с помощью светоотражающих полос фольги, наклеенных на поверхность пола. Снизу тележки устанавливается осветитель, освещающий фольгу, и два фотоприемника, на которые попадает отраженный от фольги свет. Сигнал с фотоприемников служит для управления приводного двигателя. В настоящее время ведутся работы по созданию тележек без укладки проводников и наклейки фольги на пол. В этом случае тележка будет управляться с помощью радиоволн или лазерного луча.
где: 1 — место расположения приводного электродвигателя , 2 — аппаратура управления и сигнализации, 3 — пульт, 4 — шкаф аккумуляторных батарей.
Для остановки тележки и регулирования ее движения в местах разветвления или при появлении неожиданных препятствий устанавливают фотоэлектрические датчики и электрические блокировки.
Связь тележек с центральной системой управления осуществляется либо по радио, либо также с помощью фотоэлектрических устройств. Тележка может работать в автономном режиме, если оператор набирает на пульте программу перемещения и остановок тележки.
Погрузочно-разгрузочные устройства
Загрузка и разгрузка технологического оборудования среди вспомогательных операций занимают важное место, поскольку автоматизация этих операций во многом определяет возможность полной автоматизации всего процесса обработки деталей на автоматические линии. Загрузочно-разгрузочные устройства ориентируют и перемещают заготовки, устанавливают их для обработки и выгружают после окончания операции, освобождая рабочего от утомительного, монотонного и непроизводительного труда.
Загрузочно-разгрузочные устройства, применяемые в автоматических линиях, бывают как встроенного, так и автономного исполнения. Загрузочно-разгрузочные устройства встроенного исполнения
обладают хорошей повторяемостью действий. Кроме того, они не занимают площадь у станка. Загрузочно-разгрузочные механизмы общего назначения не имеют ограниченной связи с каким-либо определенным станком. Каждое из устройств может быть пристроено к любому станку и выполнять функции не только загрузки и разгрузки, но и транспортирования. Автономные устройства снабжаются индивидуальным, чаще всего электрическим приводом. Для удобства переналадки станков загрузочно-разгрузочные устройства делают отодвижными, откидным или поворотными. Автоматизации поддаются следующие операции загрузки и разгрузки: захватывание детали и транспортирование в зону обработки, установка ее в механизм и закрепление, открепление изделия, его снятие и транспортирование из зоны обработки.
По способу сосредоточения запаса деталей в емкости загрузочно-разгрузочные устройства делятся на магазинные, штабельные и бункерные. При использовании магазинных и штабельных устройств изделия сосредотачиваются в ориентированном, а бункерных — в неориентированном виде, навалом. Загрузочное устройство обычно содержит емкость, захват, накопитель, отсекатель, питатель, сбрасыватель и привод (чаще всего электрический).
более сложными загрузочно-разгрузочными устройствами являются автооператоры, либо встраиваемые в станки, либо выполненные в виде автономных механизмов.
Автооператоры предназначены для штучных заготовок; они осуществляют подачу ориентированных заготовок из накопителя на загрузочную позицию и их фиксацию. В отличие от бункеров и . магазинов автооператоры не только загружают станок заготовками, но и удаляют их после обработки.
Наибольший экономический эффект принадлежит различным промышленным манипуляторам и роботам, позволяющим значительно уменьшить время на операции загрузки-разгрузки и тем самым увеличить объем выпуска продукции.
Большее количество степеней свободы имеют манипуляторы, которые оснащаются различными системами программного управления. По признаку несущего грузоподъемного органа манипуляторы делятся на мостовые — портальные, консольные и стреловые. Траектория движения захватов и их режим меняются в соответствии с заданной программой. Конструкция захватов, в свою очередь, определяется формой захватываемых изделий.
Промышленные роботы
Применение промышленных роботов позволяет решить вопрос развития комплексной автоматизации производства и быстрой его переналадки. Промышленные роботы — автоматические машины, представляющие собой совокупность манипулятора и программируемого устройства управления. В составе гибких производственных модулей и систем промышленные роботы осуществляют различные погрузочно-разгрузочные, транспортно-складские работы, контрольно-измерительные операции. Двигательные функции робота выполняет исполнительное устройство, в которое входит манипулятор и устройство передвижения. Манипулятор содержит приводы,
исполнительные и передаточные механизмы, причем каждая степень подвижности имеет свой приводной двигатель.
Промышленные роботы оснащаются электрическими, пневматическими и гидравлическими приводами. Чаще это приводы постоянного тока или шаговые электроприводы. Электроприводы промышленных роботов должны обеспечивать постоянную частоту вращения двигателя при изменении нагрузки, поддерживать постоянный момент на его валу, способствовать снижению времени регулирования и получению высоких точностей отработки. Обычно промышленные
роботы оснащаются комплектными электроприводами с электромагнитными тормозами для фиксации положения их валов при случайных перерывах в электроснабжении. Общий вид промышленного робота с электрическим приводом приведен на рис. 2.Роботы, обслуживающие группу станков, оснащены широкодиапазонными захватными устройствами.
где: 1 — губки хвата, 2 — передача винт — гайка. 3 — зубчатая передача.
Наиболее распространены механические захватные устройства с пневмо- и гидроприводами. Значительно реже применяют захватные устройства с электромеханическим приводом (рис. 3), содержащим электродвигатель, зубчатую передачу и передачу винт — гайка, а также магнитные захватные устройства с постоянными магнитами или элекромагнитами. Они обладают высоким быстродействием и точностью позиционирования, однако пригодны только для намагничивающихся деталей (рис. 4).
Для формирования и выдачи управляющих команд исполнительному устройству робота в соответствии с заданной программой служит устройство управления. В его состав входят пульт управления, запоминающее устройство, вычислительное устройство и блок управления приводами.
Промышленные роботы имеют программное (цикловое или числовое) или адаптивное (самонастраивающиеся роботы) управление.
Сбор и передача в устройство управления данных о состоянии окружающей среды и функционировании механизмов проводится информационной системой, состоящей из датчиков обратной связи
различного назначения. Рука манипулятора снабжена датчиками положения, перемещения, ориентации захвата, усилия, скорости и ускорения отдельных звеньев.
Для сбора информации о положении и перемещении звеньев робота применяют различные первичные преобразователи: механические, реостатные, тензорезисторные, индукционные, пьезоэлектрические, оптические, ультразвуковые и др. Конечное положение подвижных звеньев, не требующих наличия обратной связи на привод, может фиксироваться с помощью механических стопоров или путевых выключателей.
В процессе сбора информации о положении руки промышленного робота и объекта заметную роль играет «осязание». Чувствительный осязательный элемент представляет собой матрицу графитовых ячеек, расположенных на эластичной подложке, так как графит обладает свойствами изменять свое сопротивление от величины приложенного давления. Ячейки объединяются сетью проводников таким образом, что давление каждой отдельной ячейки может быть измерено.
Для расширения зоны осязательного восприятия робот может быть снабжен раздвижными зондами с вертикальной, горизонтальной и осевой чувствительностью. Определение положения предмета на «руке» робота проводится с помощью датчиков напряжений и массы. На внутренней стороне «руки» размещается до 30, на внешней — 10—12 групп датчиков. Датчики массы устанавливаются на запястье «руки» робота.
Отклонение захвата от вертикали во взаимно перпендикулярных направлениях может фиксироваться с помощью пьезо- и тензодатчиков, однако эти чувствительные элементы обладают рядом недостатков: слишком большой жесткостью, недостаточной чувствительностью и значительной постоянной времени. С целью устранения указанных недостатков при измерении сил и приводимых к силе параметров может быть использован способ преобразования, заключающийся в том, что на чувствительные места механизма робота наносится силоизмерительный датчик, который представляет собой
слой пластмассы определенной толщины. Сопротивление этого слоя, измеряемое двумя заделанными в толщину материала контактами, изменяется в зависимости от приложенной к датчику силы, причем это изменение считывается электронным опросным устройством и преобразуется в цифровую форму.
Важным достоинством датчиков осязания является возможность определения твердости предметов, что необходимо при захвате хрупких объектов. Для контроля проскальзывания на «пальцах» размещаются выключатель, полупроводниковый датчик давления и датчик обнаружения скольжения. Выходное напряжение датчика разбивается на несколько ступеней, при этом в начале «пальцы» робота сдавливают предмет с силой, соответствующей низшей ступени, затем при появлении сигнала проскальзывания сдавливающая сила увеличивается на следующую ступень, и так далее до прекращения сигнала проскальзывания.
«Пальцы» робота, оборудованные датчиками осязания, могут хорошо удерживать предмет. При загрузке предмет удерживается после того, как будет определена сдавливающая сила, т. е. важным условием является плотное соприкосновение датчика давления с предметами.
Управление поиском деталей может осуществляться методом непрерывного обнаружения с помощью пневмо-, светолокационных и ультразвуковых датчиков близости. При этом удается повысить точность поиска и сократить его время.
Светолокационные датчики предназначаются для сигнализации приближения захвата к предмету на расстояние 2—3 см. Кроме того, для получения информации о наличии предмета внутри захвата на внутренней поверхности «пальцев» размещаются фотодатчики, просвечивающие межпальцевые пространства.
Ультразвуковые датчики наряду с простыми функциями сигнализации о приближении к предмету дают возможность следить за перемещающимся объектом. Принцип работы ультразвуковых датчиков также заключается в локации пространства вблизи захвата. Датчик контролирует время между посылкой и приемом ультразвукового импульса. Их диапазон измерения расстояний довольно велик — от 10 до 300 мм.
Промышленные роботы могут управляться от автономных, комплексных и многоуровневых систем управления. Автономные системы применяют только для управления самого робота. В составе гибкого производственного модуля робот управляется от комплексной системы управления. В случае использования роботов в гибких производственных системах, управляемых от центральной ЭВМ, применяют многоуровневые системы управления.