Применение робототехники в текстильной и легкой промышленности

Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА»

Кафедра машиноведения

Контрольная работа по дисциплине

Основы робототехники

Студента (ки) специальности

Технологические машины и оборудование

Проверил: (подпись, дата)

Санкт-Петербург

2014

1. Устройство и принцип работы сбалансированных манипуляторов с ручным управлением

Сравнительно простые и надежные робототехнические системы на базе сбалансированных манипуляторов с ручным управлением получили широкое распространение для механизации тяжелых работ в различных отраслях машиностроения, в частности, для загрузки и выгрузки тяжелых заготовок и изделий (с массой в десятки и сотни килограммов) при их обработке на станках и иных установках, а также для механизации операций сборки и др.

Рис.1. Конструкция стационарного сбалансированного манипулятора НВ-75: а - внешний вид; б - узел управления с лицевой стороны; в - узел ручного управления с обратной стороны; 1 - опорная плита; 2 - крюк для подвески груза; 3 - пульт управления; 4 - узел поворота крюка; 5 - «предплечье руки»; 6 - верхнее звено параллелограммного механизма («плечо»); 7 - пружина уравновешивающего механизма; 8 - нижнее звено параллелограммного механизма; 9 - узел привода; 10 - шкаф системы управления; 11 - узел разворота корпуса; 12 - стойка; 13 - установочная опора; 14 - кнопка управления подъемом груза; 15 - выключатель источника питания; 16 - кнопка управления опусканием груза; 17, 19 - кнопки управления системой балансирования; 18 - индикаторная лампа балансирования.

Общей конструктивной особенностью (см. рис. 2 [7]) сбалансированных манипуляторов является уравновешивание масс рычагов руки с помощью специальных пружинных устройств и наличие одного приводного двигателя. Такие манипуляторы управляются рукояткой, расположенной на его конечном звене, которое приспособлено также для быстрой смены присоединяемых к нему специализированных захватных устройств.

При повороте управляющей рукоятки в одну сторону груз поднимается, при повороте в другую - опускается. Чем больше угол поворота управляющей рукоятки, тем выше скорость подъема или опускания груза. При освобождении рукоятки она возвращается в нейтральное положение, манипулятор в этот момент автоматически останавливается, поднятый груз остается неподвижным. Усилием оператора весь манипулятор легко поворачивается вокруг вертикальной оси, благодаря чему достигается возможность позиционировать груз в любой точке рабочего пространства.

В конструкции предусмотрены устройства, предохраняющие систему от перегрузки, опрокидывания и падения груза при отключении электросети или отказах. Источником энергии служит двигатель, автоматически включающийся при наличии вертикальной составляющей усилия, которое оператор прикладывает к управляющей рукоятке. Простота и удобство управления подобными "усилителями" мышечной силы оператора обусловливают их широкое распространение в различных отраслях.

Универсальность манипуляторов оценивается числом степеней подвижности, определяющих их двигательные возможности, поэтому в конструкциях манипуляторов предусматривается их возможность сгибаться в «плече», «локте» и «кисти», вращаться вокруг разных осей, двигать «фалангами пальцев». Этим обеспечивается маневренность манипуляторов, их более простая приспосабливаемость к различным работам.

Для передачи движения используются такие распространеннее детали, как зубчатые колеса, шкивы, рейки и т. п., которые соединяются в звенья и кинематические пары. Манипуляторы, звенья которых образуют вращательные пары, могут быть шарнирно-рычажными, поступательно-телескопическими. Сочетания этих элементов и последовательность их соединения определяют, каким образом осуществляется перемещение заготовки или рабочего инструмента, находящегося в захвате манипулятора, в любую точку рабочего пространства.

Кинематическая схема каждого манипулятора характеризуется типом, числом степеней подвижности, размерами, способом соединения звеньев. Лучшим для конкретных условий считается манипулятор, обеспечивающий выполнение данной операции при наименьшем числе движений. В новых конструкциях манипуляторов перемещение груза или рабочего инструмента в нужную точку пространства может производиться не только с помощью крюков, но и с помощью специальных захватных устройств, прикрепляемых к последнему звену манипулятора. При этом конструкция захватного устройства и захватывающие движения определяются характеристиками удерживаемых объектов.

В качестве примеров на рисунке 2-а,б представлены конструкции современных балансируемых манипуляторов, оснащенных захватывающими устройствами.

а б

Рис.2- Разновидности конструкции современных балансируемых манипуляторов, оснащенных захватывающими устройствами

2. Примеры универсальных балансируемых роботов-манипуляторов для применения в текстильной и легкой промышленности

Внедрение промышленных роботов призвано в первую очередь способствовать разрешению следующих проблем:

1. Ликвидация нехватки рабочей силы.

2. Сокращение расходов на рабочую силу.

3. Улучшение условий труда.

4. Выполнение работ в среде, труднодоступной или опасной для человека (например, в агрессивной среде).

5. Повышение производительности труда.

Решают указанные выше задачи либо с помощью специализированных, либо с помощью универсальных роботизированных систем общего применения, к которым чаще всего относятся и балансируемые роботы-манипуляторы.

Ниже дана характеристика нескольких вариантов подобных роботов-манипуляторов.

2.1 Перегрузочный робот фирмы Kawasaki Heavy (Япония)

Указанный робот-манипулятор относится к первому поколению подобных устройств и был установлен в 80-х годах прошлого века на линии изготовления бумажной массы на завершающем этапе производственного процесса. Он переносил на выносной конвейер готовую упакованную продукцию, подаваемую на тележке с линии упаковки, как показано на рис. 3.

Робот имеет три степени свободы - поворот (90°), вертикальное перемещение (35 мм), движение схвата (100 мм); грузоподъемность его - 250 кг; все приводы - гидравлические, система управления - цикловая, время одного цикла - 27 с.

Рис. 3. План размещения перегрузочного робота

Технология перегрузки включала в себя следующую последовательность операций:

1. «Рука», несущая два схвата с дисковыми накладками, направляется к линии упаковки и ждет с широко раскрытыми схватами.

2. Когда подходит тележка с ящиком, схваты автоматически закрываются и захватывают ящик.

3. Робот поднимает ящик над тележкой приблизительно на 30 мм, как показано на рис. 4.

Рис. 4. Поднятие ящика роботом-манипулятором

В этом положении «рука» поворачивается на 90° вокруг вертикальной оси (см. рис. 5).

Рис. 5. Поворот «руки» робота вместе с ящиком

5. Затем один из двух схватов раскрывается, и ящик опрокидывается (рис. 6).

Рис. 6. Опрокидывание ящика перед установкой на конвейер

6. Открывается второй схват, и ящик опускается на конвейер (рис. 7).

Рис. 7. Окончание цикла установки ящика

7. Робот возвращается в первоначальное положение и ждет.

2.2 Робот-манипулятор РМ-20 для работы с волокнистыми плитами

Робот-манипулятор РМ-20 предназначен для захвата волокнистых плит из пачки или с технологической поверхности, перемещения, поворота и укладывания на технологическую поверхность или в штабель на поддон. Может быть использован в условиях повышенной запыленности и при низких температурах. Имеются модификации для работы с листовыми, в т.ч. длинномерными, материалами, для работы с мешками, ящиками, коробками и др. грузами массой до 100 кг.

Конструкция и габаритные размеры робота-манипулятора РМ-20 представлена на рис. 8.

машиностроение манипулятор роботизированный

Рис.8. Конструкция и габаритные размеры робота-манипулятора РМ-20

Внешний вид робота-манипулятора РМ-20 во время выполнения технологических операций представлен на рис. .9, а и б

а б)

Рис. .9. Внешний вид робота-манипулятора РМ-20 во время выполнения технологических операций

3. Расчет силы в местах контакта объекта манипулирования с губками схвата

Условие: Объект манипулирования массой m = 5,0 кг удерживается в призматических губках схвата (рис. 10). Коэффициент трения в месте соприкосновения губок схвата с объектом манипулирования m = 0,14.

Рассчитать силы N1, N2, действующие в местах контакта объекта манипулирования с губками схвата при j = 60⁰.

Рис. 10. Схема схвата

Решение: Так как в соответствии с заданием (см. рис.10) объект удерживается в схвате с помощью запорного действия губок при ограниченном действии силы трения, то для расчета значения усилий N1, N2 используем расчетные формулы, приведенные ниже [1], [5], [6].

N₁ = Q^. (sin j - m?cosj)/ (cosj + 2msinj)

N₂ = Q^./ (cosj + 2msinj)

где Q = gm = 9,8^. 5 = 49 Н - сила тяжести (вес) удерживаемого объекта.

Следовательно:

N₁ = 49^. (sin60⁰ - 0,14?cos60⁰)/ (cos60⁰ + 2^.0,14sin60⁰) = 49^. (0,87 - 0,07)/(0,5+0,24) = 49^. 0,8/0,74 = 53,0 Н.

N₂ = 49 / (0,5 + 0,24) = 66,2 Н

Список рекомендуемой литературы

1. Юревич, Е. И. Основы робототехники: 3-е издание [Текст] : учеб. пособие для вузов / Е. И. Юревич. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Изд-во: БХВ-Петербург, 2010.

2. Борисенко, Л. А. Теория механизмов, машин и манипуляторов: учеб. пособие / Л. А. Борисенко. - Минск: Новое знание; М.: ИНФРА-М, 2011. -

285 с.

3. Козырев, Ю. Г. Промышленные роботы [Текст] : справочник /Ю. Г. Козырев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 392 с.

4. Робототехнические системы в текстильной и легкой промышленности

[Текст] / В. А. Климов, В. Н. Гончаренко, А. А. Ганулич и др. - М.: Легпромбытиздат, 1991. - 312 с.

5. Козырев. Ю. Г. Захватные устройства и инструменты промышленных роботов [Текст] : учеб. пособие / Ю. Г. Козырев. - М.: КНОРУС, 2011. - 312 с.

6. Егоров, О. Д. Конструирование механизмов роботов [Текст] : учебник / О. Д. Егоров. - М.: Абрис, 2012. - 444 с.

Размещено на Allbest.ru