Основные понятия и определения робототехники и технологии автоматизированного процесса сборки.

 

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РОБОТИЗАЦИИ СБОРОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ.

 

          1.1 Основные понятия и определения робототехники и технологии автоматизированного процесса сборки.

Терминология и классификация  в робототехнике регламентируются по ГОСТ 25686—85 и ГОСТ 25685—83. Приведенные  ниже определения основных элементов  сборочных роботизированных технологических  систем базируются на общепринятых понятиях. Определения же стадий сборочного процесса, элементов автоматизированного  процесса сборки, гибкого сборочного производства и некоторые сопутствующие  понятия приведены в наиболее часто встречающихся в литературе формулировках.

Сборочный промышленный робот (СПР) — автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и  перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих  функций, заменяющих аналогичные функции  человека при перемещении сборочных  компонентов, инструментов и технологической  оснастки.

Универсальный ПР — промышленный робот для выполнения технологических  операций различных видов и вспомогательных  переходов при функционировании с различными группами моделей технологического оборудования. Роботы такого класса могут  выполнять практически любые  технологические операции, в том  числе и сборочные. Современные  универсальные ПР обладают возможностью автоматической смены программы  и захватных устройств или  инструмента.

Специализированный СПР  — промышленный робот для выполнения сборочных технологических операций одного вида или только вспомогательных  переходов при функционировании с определенной группой моделей  сборочного технологического оборудования (например, винтозавертывающие устройства, прессовые установки, сварочные  машины и т. п.). Примерами сборочных  технологических операций одного вида являются свинчивание, контактная сварка, опрессовка и т. п.

Специальный СПР — промышленный робот для выполнения определенных сборочных технологических операций или вспомогательных переходов  при функционировании с конкретной моделью технологического сборочного оборудования.

Исполнительное устройство (ИУ) промышленного робота — устройство СПР, выполняющее все его двигательные функции. В состав ИУ сборочного промышленного робота входят манипулятор и, в общем случае, устройство передвижения.

Устройство управления (УУ) промышленного робота — устройство СПР для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному  устройству в соответствии с управляющей  программой.

Рабочий орган (РО) промышленного  робота — составная часть манипулятора СПР для непосредственного выполнения сборочных технологических операций или вспомогательных переходов (например, комплектация, распознавание, ориентирование, кассетирование, транспортирование, контроль положения или качества сборочных  компонент). Примерами рабочего органа служат захватное устройство (ЗУ), сборочный  инструмент (винтоверт, гайковерт), клещи  для контактной сварки, устройство для дуговой сварки, устройство для  пайки радиоэлементов и т. п.

Управляющая программа (УП) сборочным промышленным роботом  — совокупность команд, определяющая заданное функционирование промышленного  робота и, в общем случае, его взаимодействие с обслуживаемым сборочным технологическим  оборудованием.

Программное управление (ПУ) сборочным промышленным роботом  — автоматическое управление исполнительным устройством СПР по заранее введенной  управляющей программе.

Адаптивное управление (АУ) сборочным промышленным роботом  — управление исполнительным устройством  ПР в функции от контролируемых параметров состояния внешней среды и  робота с автоматическим изменением управляющей программы.

Контурное управление сборочным  промышленным роботом — управление исполнительным устройством СПР, при  котором движение его рабочего органа происходит по заданной траектории с  установленным распределением во времени  значений скорости.

Позиционное управление —  управление исполнительным устройством  СПР, при котором движение его  рабочего органа происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними.

Программирование — процесс  составления, ввода и отладки  управляющей программы СПР.

Аналитическое программирование — программирование, при котором  управляющая программа составляется на основе расчета и затем заносится  в устройство управления СПР.

Обучение СПР — программирование промышленного робота, при котором  составление и ввод управляющей  программы осуществляется человеком-оператором при помощи предварительного движения рабочего органа с занесением в устройство управления значений параметров этого движения в виде управляющей программы.

Номинальная грузоподъемность СПР — наибольшее значение суммарной  массы объекта роботизации, сменного захватного устройства, технологической  оснастки или сборочного инструмента, при которой гарантируется их захватывание, удержание и обеспечение  установленных значений эксплуатационных характеристик промышленного робота (скорость, точность позиционирования и др.).

Рабочее пространство —  пространство, в котором может  находиться исполнительное устройство СПР при его функционировании.

Рабочая зона — пространство, в котором может находиться рабочий  орган СПР при его функционировании.

Зона обслуживания СПР  — пространство, в котором рабочий  орган выполняет свои функции  в соответствии с назначением  робота и установленными значениями его характеристик.

Погрешность позиционирования рабочего органа СПР — отклонения (угловые и линейные) рабочего органа робота от положения, заданного управляющей  программой.

Погрешность отработки траектории рабочего органа ПР — отклонение траектории рабочего органа робота от заданной управляющей

программой.

Сборочные роботы, как и  все остальные, подразделяют на следующие  группы:

сверхлегкие — роботы номинальной  грузоподъемности до 1 кг;

легкие — роботы номинальной  грузоподъемности от 1 до 10 кг;

средние — роботы номинальной  грузоподъемности от 10 до 200 кг.

По возможности передвижения СПР подразделяют на стационарные и  подвижные (т. е. снабженные устройством  передвижения корпуса манипулятора).

По способу установки  в составе сборочных роботизированных линий роботы подразделяют на напольные, подвесные и встроенные.

 

1.2 Стадии и элементы роботизированной сборки.

Использование роботов на сборочных операциях основано на принципиальных отличиях процессов  автоматической сборки от автоматической обработки деталей. При автоматической обработке положение деталей  относительно баз строго фиксировано, а в процессе автоматической, в  том числе роботизированной, сборки жесткое фиксирование собираемых деталей  не только не обязательно, но зачастую и вредно. Из-за специфики автоматизированных процессов сборки нельзя механически переносить известные технические решения из области роботизации загрузки оборудования — это часто резко снижает надежность сборочных роботизированных комплексов.

Сборочный процесс любого изделия включает стадии, проиллюстрированные, которые характерны для ручной и  ручной механизированной сборки, для  сборки посредством полуавтомата или  автомата, для сборки с использованием гибких технологических модулей, для  сборки посредством промышленных роботов. Эти характерные стадии могут  отличаться лишь средствами их реализации и тем, каким образом и в  какой степени управление ими  передается человеком-оператором техническим  средствам.

Элементы и стадии автоматической сборки даны на примере установки  пистонов контактных в плате из неметаллического материала. Собираемые детали доставляются к месту их сопряжения в специальной  таре навалом (неупорядоченном положении) или упорядоченно в виде стопы, кассеты  и т. п. Из навала детали захватываются  различными средствами и способами, ориентируются в пространстве и  времени поштучно или партиями. Затем  происходит контроль наличия и положения  деталей перед сопряжением (целесообразен  и одновременный контроль качества), а потом подача и координирование  пистона. Наиболее сложный и трудно поддающийся роботизации процесс  — относительное ориентирование сопрягаемых деталей перед совмещением  их поверхностей. При координировании  совмещаются проекции осей сопрягаемых  деталей, а при относительном  ориентировании путем вращения, в  общем случае, вокруг трех взаимно  перпендикулярных осей — полное совпадение в пространстве осей симметрии этих деталей. Затем вдоль оси сборки происходит сопряжение поверхностей пистона  и отверстия в плате. Базовая  деталь (плата) после контроля подается из стопы захватным или другим устройством на сборочную позицию. После установки очередного пистона  в плату происходят процессы фиксации и послеоперационного контроля качества. Удалением собранных узлов, складированием их и упорядоченной передачей  по технологической цепочке сборочный  процесс завершается.

Кажущаяся простота сборки даже несложных узлов естественна  лишь для ручной или механизированной сборки, когда наиболее сложные операции легко и относительно быстро выполняет  человек. Эти операции — выборка  деталей из навала, их ориентирование и координирование, а также контроль до и после сборки сложно автоматизировать при соизмеримых с ручной сборкой  затратах. В массовом производстве автоматизация обеспечивается, как правило, высокопроизводительными сборочными автоматами. Однако при необходимости быстрой перестройки производства на другие виды изделий автоматы с жесткой программой практически неприменимы .

Выбор конкретных средств  зависит от многих факторов, причем одним из основных является программа  выпуска изделия.

Следует отметить, что резервы  повышения производительности одноцелевых  машин так же, как ручной и механизированной сборки, практически исчерпаны, в  то время как возможности повышения  быстродействия сборочных роботов  за счет совершенствования их приводов, кинематики и методов управления еще немалые. Это означает, что  граница целесообразного применения сборочных роботов может быть сдвинута вправо, а снижение стоимости  робототехнических сборочных комплексов (РТСК) позволит сделать эффективным  их применение и при меньших программах.

 

1.3 Анализ объектов сборки.

Эффективность автоматизации  процессов сборки во многом зависит  от характеристик объектов сборки. Анализ узлов изделий показывает, что их технико-экономические характеристики являются основными исходными данными  для определения технологического процесса сборки, структуры и состава  оборудования средств автоматизации. Одна из основных задач при разработке технологического процесса роботизированной сборки — анализ характеристик объекта  сборки. К экономическим характеристикам  собираемого узла относят программу  выпуска, сроки освоения, сменяемость  изделия. Эти характеристики определяют тип производства (массовое, крупносерийное, мелкосерийное и единичное), а  следовательно, и выбор направления  автоматизации (ручная сборка, сборка на полуавтоматах и автоматах, сборка с применением роботизированных комплексов).

К техническим характеристикам  объекта сборки можно отнести  конструктивно-технологические признаки узла и его отдельных элементов. Структура и характеристики собираемого  узла, взаимосвязь между его элементами определяются видом поверхности  сопряжения, характером посадки сопряжения, видом соединения и типом закрепления  деталей, видом расположения элементов, количеством деталей в узле.

Требования к конструкции  изделия определяются прежде всего  его назначением. Однако наряду с  этим к изделию, предназначенному для  автоматической роботизированной сборки, предъявляется целый ряд дополнительных требований, которые определяют технологичность  собираемого узла. Эти требования можно определить как общие, предъявляемые к изделию, собираемым узлам и деталям с точки зрения загрузки, ориентирования, захвата их манипулятором и условий сборки.

К общим требованиям можно  отнести следующие:

изделие должно состоять из отдельных сборочных единиц, каждая из которых содержит не менее четырех  и не более 15—20 деталей (оптимальное  число деталей в сборочной  единице 4—7 ;

конструкция изделий должна обеспечивать возможность последовательного  соединения всех входящих в нее деталей;

допуски на размеры деталей  должны обеспечивать возможность осуществления  сборки методом полной или частичной  взаимозаменяемости;

при разработке изделий и  узлов следует избегать таких  соединений, автоматизация которых  трудно осуществима (скручивание проволокой, поджим пружинными кольцами, заливка  эпоксидными и другими компаундами).

Автоматизация загрузки деталей  предполагает: