Классификация устройств коррекции положения сопрягаемых изделий

В автоматизированных сборочных производствах при использовании манипуляционных механизмов широко применяются корректирующие устройства (КУ).

Разработка КУ и снабжение ими манипуляционного механизма устройством адаптации положения сопрягаемых изделий позволяет скомпенсировать погрешности позиционирования соединяемых изделий.

По степени специализации (рис. 5.1) КУ подразделяют на специальные, специализированные и многоцелевые.

Функциональные возможности специального КУ позволяют ему выполнять определенную технологическую операцию или обслуживать конкретную модель основного технологического оборудования.

Специализированные КУ предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сборка, штабелирование и т.п.) или для обслуживания широкой номенклатуры моделей основного технологического оборудования.

Многоцелевые КУ – для выполнения различных основных или вспомогательных технологических операций.

Рис. 5. 1. Классификация устройств, корректирующих положения сопрягаемых изделий

По принципу построения системы управления КУ подразделяются на активные, пассивные и комбинированные.

Активные адаптивные средства сборки относятся к многоцелевым устройствам, которые осуществляют свои действия с использованием информации об объектах и явлениях внешней среды, полученной в процессе работы. При этом получение, преобразование, обработка, управление энергетическими и информационными потоками осуществляется с помощью датчиков, сенсорного или другого обеспечения очувствления, позволяющие корректировать управляющую программу. Данные КУ отличаются универсальностью области применения в автоматизированных производствах, но сложны по конструкции и системе управления.

Пассивные КУ представляют собой преимущественно специальные устройства с ограниченной зоной коррекции. В них отсутствует получение, преобразование и обработка, управление энергетическими и информационными потоками, датчики, сенсорное или другое обеспечение очувствления, коррекция управляющей программы. Требуемое направление и величина перемещения рабочего органа не определяется, а при сопряжении изделий используется их конфигурация. Для повышения эффективности процессов коррекции, например, по быстродействию, применяют вероятностные методы оптимизации. Функционирование данных КУ осуществляется путем применения специальных приемов и физических процессов, например, вибрации, ультразвука, нагрева, силового динамического воздействия струи воздуха и т.п. Пассивные КУ отличаются конструктивной простотой, но ограниченной областью применения.

Комбинированные КУ,в сравнении с пассивными, имеют расширенную область применения, в том числе и за счет расширения величины возможной зоны коррекции. В них выполняется определение направления, величины требуемой коррекции, причем получение, преобразование, обработка, управление энергетическими и информационными потоками осуществляется как с помощью датчиков, сенсорного или другого обеспечения очувствления, коррекции управляющей программы, так и организацией причинных взаимосвязей между требуемыми процессами сопряжения изделий. В этом случае система управления в КУ представлена в неявном виде. Наиболее перспективные КУ разработаны с использованием метода нахождения технических решения, получившего название «метод исследования функционально-физических связей» МИФФС.

По виду перемещения рабочего органа (РО) КУ подразделяют на устройства с глобальными, региональными, локальными и комбинированными перемещениями в соответствии с движениями, воспроизводимыми манипуляционным механизмом.

Глобальные движения выполняются перемещениями рабочего органа на расстояния, превышающие размеры манипуляционного механизма. Региональные движения совершаются механической рукой в пределах ее рабочей зоны. Локальные движения – это перемещения рабочего органа в малой зоне, они соответствуют движениям кисти руки. Основное назначение этих движений – ориентирование объекта манипулирования в данной точке рабочего пространства, поэтому их еще называют ориентирующими. Локальными движениями выполняется коррекция взаимного положения сопрягаемых изделий КУ с пассивной и комбинированной адаптацией.

По принципу построения корректирующие устройства подразделяют на универсальные, модульные и агрегатно-модульные.

Применение специализированного, модульного и агрегатно-модульного принципов построения систем приводов связано с попытками разрешения объективного противоречия между универсальностью и специализированностью проектируемых механизмов.

Первое из указанных направлений предполагает разработку ряда механизмов, обладающих широкими возможностями, что позволит использовать их в различных областях производства. Однако достижение широкой области их применения приводит к увеличению их стоимости и сложности. При этом во многих случаях возможности данных механизмов недоиспользуются потребителем.

Одним из путей разрешения противоречий между универсальностью и специализированностью является построение механизмов на модульной и агрегатно-модульной основе.

К модульному типу, например в робототехнике, относятся механизмы, в которых каждая степень подвижности промышленного робота (ПР) представляет собой отдельный узел (модуль), обладающий функциональной полнотой и конструктивной завершенностью.

Одним из недостатков данного направления является необходимость организации в каждом модуле стыковочных узлов, что усложняет конструктивное исполнение системы в целом.

При агрегатно-модульном принципе построения механизмы собираются также из модулей, но модуль может выполнять несколько взаимосвязанных функций и представляет собой, например, систему двух приводов ПР – привода захвата и его перемещения.

Агрегатно-модульный принцип построения предполагает создание конструкций механизмов на базе ограниченной группы нормализованных узлов и получения специализированных механизмов, отвечающих требованиям решения конкретной технологической задачи, не обладающих избыточностью функций, но более дешевых по сравнению с универсальными.

По виду приводов КУ подразделяются на электро-, гидро- и пневмомеханические, электромагнитные, вакуумные и прочие.

Многоцелевые манипуляционные механизмы с активным адаптивным типом управления и коррекцией сигнала управления, выполненные с электро-, гидро- и пневмомеханическими типами приводов, являются сами по себе корректирующими устройствами. Хотя данные устройства относятся по степени специализации к многоцелевым, они не всегда способны обеспечить требуемое функционирование. Для сопряжения собираемых изделий приводы манипуляционных механизмов должны обеспечить перемещение рабочего органа в соответствии с корректирующим сигналом управления. Длина кинематических цепей, величина инерционности подвижных масс, наличие зазоров в соединениях отрицательно сказывается на точностной характеристике манипуляционного механизма. Поэтому низкие точностные характеристики механической части манипуляционного механизма могут не позволить выполнить рабочему органу высокоточные сигналы управления.

В 70-х годах ХХ века были разработаны КУ, при построении которых использовался принциппостроения ПР, позволяющий повысить их точностные характеристики путем установки на конечное кинематическое звено автономно действующего высокоточного корректирующего устройства. Данное корректирующее устройство выполняет локальные точные корректирующие перемещения после ввода его механической рукой рабочего органа в требуемую зону действия.

Наиболее распространенная сборочная операция – это сборка деталей типа вал–втулка. Возможны ситуации, когда корректирующие движения осуществляют перемещением вала относительно втулки, втулки относительно вала, а также взаимным перемещением вала и втулки.

Литература

1. Сысоев С.Н. Принципы и методы нахождения технических решений. Метод исследования функционально-физических связей / С.Н. Сысоев. – Владимир: Изд-во Владим. гос.ун-та, 2007. – 214 с. ISBN 5-89368-775-2.

2. Сысоев С.Н. Устройства коррекции положения сопрягаемых изделий // Прогрессивные технологии в машиностроении: сб. науч.тр. –Ковров.: ФГБОУ «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2013.–С. 71-80.