Пневматическая схема промышленного робота с цикловой системой управления и цилиндрической системой координат
Рассмотрим данный вопрос на примере промышленного робота модели «Циклон-3Б», который является типовым представителем роботов первого поколения, использует цилиндрическую объемную систему координат. В цикловой системе управления (ЦПУ) имеется матрично-штекерная панель пульта управления роботом (ПУРа).
Общий вид промышленного робота представлен на рис. 2.25. Устройство программного управления производит считывание программы, набранной штекерами, и выдает соответствующие электрические команды (сигналы) на электромагниты пневмораспределителей. Те, в свою очередь, открывают доступ сжатому воздуху в пневмоцилиндры механизмов перемещения исполнительных органов.
При выходе руки в заданную точку пространства она воздействует на соответствующий жесткий упор, ограничивающий величину хода. Гидродемпферы позволяют, за счет снижения скорости руки в конце хода, повысить точность позиционирования, создать плавный безударный характер работы. Одновременно с этим срабатывают конечные выключатели, контролирующие выполнение рабочих перемещений и подающие сигналы в систему управления для выполнения следующего движения.
Движения – поворот захватного устройства, зажим и разжим его, а также установка упоров поворота рук конечными выключателями не контролируются, так как их величина определяется либо конструкцией самих механизмов манипулятора, либо размерами зажимаемой детали. На их выполнение отводится определенный интервал времени (примерно по 0,1 с. на каждое упомянутое движение).
Следует отметить, что данная конструкция манипулятора обеспечивает за счет приводных переставных упоров (см. рис. 2.27) четыре точки
1 – корпус; 2 – пульт управления; 3 – матрично-штекерная панель;
4 – винты опорные регулируемые; 5 – рука робота; 6 – захватное устройство; 7 – упор; 8 – датчик положения руки; 9 – пульт ручного управления
Рис. 2.25. Общий вид промышленного робота, форма и размеры его рабочей зоны
позиционирования по углу поворота вокруг вертикальной оси, а не две, как другие манипуляторы.
Рука 1 (рис. 2.26)– это сборная конструкция, предназначенная для манипулирования заготовками массой до 3 кг. В нее входит привод 2 зажима схвата, который работает от сжатого воздуха, подводимого к штуцеру 3. Через отверстие во втулке 4 и канал 5 вала он поступает в рабочую полость пневмоцилиндра 6. При этом поршень пневмоцилиндра и соединенное с ним водило 7 перемещаются влево, поворачивая шарнирно закрепленные зажимные губки 8 схвата. Происходит зажим детали. После переноса детали роботом для ее разжима давление воздуха сбрасывается, что достигается переключением пневмораспределителя включением соответствующего электромагнита, и губки захватного устройства расходятся под действием пружины 9
Робот имеет механические схваты клещевого типа, у которых для зажима деталей применены сменные губки 8. В случае необходимости на руке можно установить устройство другого типа, например электромагнитного, вакуумного и т.п.
Механизм поворота схвата вокруг продольной оси руки состоит из двух пневмоцилиндров 10, поршни которых жестко связаны между собой зубчатой рейкой 11, находящейся в зацеплении с шестерней 12, сидящей на валу 13, имеющем шлицевую телескопическую конструкцию. Поршни взаимодействуют с упорами 14, благодаря которым обеспечивается поворот на 180°. Меньший угол поворота, например на 90°, обеспечивается установкой шариков в механизме крепления схвата.
При подаче сжатого воздуха в рабочую полость одного из цилиндров 10 поршни вместе с рейкой движутся, вращая шестерню 12 и вал 13 с захватным устройством до упора в регулируемый винт 4.
Направление поворота меняется, если воздух подается во второй пневмоцилиндр.
Рис. 2.26. Устройство манипулятора промышленного робота
Одним из основных механизмов манипулятора является механизм выдвижения руки, максимальное перемещение которой равно 600 мм. Он выполнен в виде пневмоцилиндра 15, внутри которого размещен шток-поршень 16, на переднем конце которого закреплено захватное устройство. На штоке выполнен хомут 17 со штангой 18, несущей жесткие регулируемые упоры, передвигая которые можно регулировать величину хода руки.
Пневмоцилиндры включены в пневмосистему по дифференциальной схеме, когда штоковая полость всегда находится под давлением. Для выдвижения руки воздух подается в бесштоковую полость пневмоцилиндра и шток-поршень вследствие разности площадей поршня, смещается влево вместе со штангой и упорами.
Происходит выдвижение руки по оси OX. При этом упор воздействует на плунжер гидродемпфера (ГД), а в конце хода – на конечный выключатель (ВК1), дающий сигнал о выполнении движения. Упор останавливается, соприкасаясь с корпусом манипулятора.
Работа гидродемпферов основана на вытеснении масла плунжером под действием упора через гидравлическое сопротивление. Скорость торможения руки регулируется дросселем. Чем меньше зазор, через который перетекает масло, тем больше время торможения, тем выше упругость демпфера.
Гидродемпфер должен регулироваться так, чтобы не давать удара жесткого упора о корпус в случае слишком малой упругости и не иметь излишней упругости, так как в том и другом случае наблюдается потеря точности позиционирования руки и повышенный износ механизма.
Отвод (втягивание) руки осуществляется при соединении бесштоковой полости с атмосферой. Тогда сжатый воздух штоковой полости перемещает руку в исходное положение при взаимодействии с конечным выключателем ВК2 в аналогичной последовательности.
Для подъема рук в манипуляторе служит механизм, включающий пневмоцилиндр 19 увеличенного диаметра, вертикальный шток 20 с поршнем, внутри которых выполнены два канала для подвода сжатого воздуха через втулки 21 на его нижнем конце, закрепленном в корпусе манипулятора. На указанном пневмоцилиндре через обойму, которая не вращается, закреплен винт 22, представляющий регулируемый упор, определяющий величину подъема рук робота.
Этот винт взаимодействует в крайнем верхнем положении с гидродемпфером и имеющимся у него выступом с конечным выключателем ВК3, подающим сигнал в систему управления о выполнении команды на данное перемещение. Подвижной частью в этом случае является сама гильза пневмоцилиндра при неподвижном штоке.
Опускание рук производится при переключении золотника в пневмосистеме, когда воздух из верхней полости вытесняется весом подвижных частей механизма. Регулировка скорости опускания достигается с помощью дросселя, а сигнал об исполнении дается конечным выключателем (на схеме не показан).
Устройство поворота вокруг вертикальной оси состоит из двух малых пневмоцилиндров 23 и двух больших пневмоцилиндров 24 (правых и левых). Штоки поршней малых пневмоцилиндров снабжены рейками 25, связанными с шестерней 26, установленной в механизме подъема рук, рассмотренном выше, на вертикальном штоке 20.
Передача вращения производится скалкой 27. Передние концы штоков служат плунжерами гидравлического тормозного устройства (ТУ), служащего для обеспечения плавной работы.
На штоках больших цилиндров закреплены стержни 28, которые, управляясь регулируемыми гайками-упорами 29, ограничивают перемещение штоков малых пневмоцилиндров. Тем самым осуществляется регулировка величины угла поворота вокруг вертикальной оси.
Для осуществления поворота рук сжатый воздух подается в бесштоковую полость одного из цилиндров 23, шток-рейка которого, перемещаясь до упора в шток большого пневмоцилиндра 24, производит поворот подвижной части механизма подъема рук посредством зубчатой передачи рейка 25 шестерня 26.
Фиксация четырех точек в рабочей зоне робота при повороте рук осуществляется путем последовательной подачи сжатого воздуха в полости пневмоцилиндров 23 и 24. Больший диаметр поршня последнего обеспечивает надежную фиксацию по нему штока малого цилиндра и прекращение поворота рук, так как развивает большее усилие при том же давлении воздуха.
Принципиальная пневматическая схема управления роботом (рис. 2.27) содержит блок 1 подготовки воздуха, в котором имеется обратный клапан 2, рессивер 3 для обеспечения постоянного давления воздуха, маслораспылители 4, пневмораспределители 5 (1) – 5 (5) левого исполнительного органа и 5 (6) – 5 (10) – правого, пневмоцилиндры схватов 6 одностороннего действия, выдвижения рук 7, подъема 8, поворота рук 9, пневмоцилиндры упора левого и правого 10 (1), 10 (2) и поворота схватов 11, дроссель с обратным клапаном 12, бачок подпитки 13 в тормозном устройстве.
Порядок работы пневмосистемы ясен из приведенной схемы. При срабатывании гидродемпферов масло перетекает через встроенный в них регулируемый дроссель, величина проходного отверстия которого изменяется при настройке робота, обусловливает упругую характеристику демпфера и характер торможения соответствующего органа (например, руки). Аналогично работает и тормозное устройство (ТУ) поворота рук.
Воздух подается из цеховой магистрали и проходит через блок 1 подготовки, включающий кран, влагоотделитель, редукционный клапан; затем обратный клапан 2, поступая в рессивер 3, выполненный в полой трубчатой раме основания робота. Назначение его в поддержании постоянного давления воздуха заданной величины.
Рис. 2.27. Принципиальная пневматическая схема управления промышленным роботом
Далее он выходит через два трубопровода с маслораспылителями 4 к воздухораспределителям 5 обоих исполнительных органов, откуда поступает в соответствующие пневмоцилиндры.
3. ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА, КАК ОСНОВНОЙ ВИД
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА