РОБОТОТЕХНИКА

УСТРОЙСТВА «ВЕРСАТРАН»

Название «Версатран» охватывает несколько различных устройств, выпускаемых фирмами AMF и «Хаукер Сидлей». Наиболее сложный вариант устройства способен к обширному 176 классу операций. Кисть «Версатрана», закрепленная в запястье, в котором она может поворачиваться вокруг двух взаимно пер­пендикулярных осей, способна нести рабочий груз массой до 45 кг. Кисть закреплена на конце руки таким образом, что ее можно перемещать горизонтально и вертикально на ±40 см от сред­него положения, а также поворачивать вокруг вертикальной оси на угол ±120°. Таким образом, покрываемое рукой прост­ранство представляет собой часть цилиндра радиусом около 80 см и высотой около 80 см внутри угла 240°. Считается, что точность позиционирования составляет около 1,25 мм, хотя для всех осей на максимальном вылете она равна ±3 мм.

Вертикальная колонна устройства приводится в движение двумя гидравлическими цилиндрами, которые поворачивают ко­лонну вокруг ее оси при помощи звездочек, охваченных цепями. Вертикальное движение руки осуществляется гидравлическим цилиндром, вертикально перемещающим зубчатое колесо между двумя зубчатыми рейками, одна из которых прикреплена к вер­шине основного вертикального вала, а другая — своей нижней частью — к корпусу. В корпусе имеется вертикальное отвер­стие, охватывающее основную вертикальную колонну, и он может "перемещаться вертикально гидравлическим цилиндром по схеме рейка—шестерня.

В корпусе имеется также горизонтальное отверстие, в котором перемещается горизонтальная рука. Это горизонтальное движение осуществляется от гидравлического мотора, установленного на верхнем конце основного вертикального вала. Гидромотор вра­щает вертикальный вал прямоугольного сечения, другой конец которого имеет опору в нижней части основной вертикальной колонны. В корпусе, на валу квадратного сечения, установлено зубчатое колесо, причем таким образом, что оно может вращаться валом и в то же время свободно скользить вверх и вниз вместе с корпусом. Это зубчатое колесо сцепляется с горизонтальной зуб­чатой рейкой, закрепленной на горизонтальной руке устройства. Таким образом, когда гидравлический мотор на верхнем конце основного вала приводится в действие, он вращает вертикальный прямоугольный вал и зубчатое колесо, которое входит в зацепле­ние с горизонтальной зубчатой рейкой, заставляя горизонтальную руку двигаться вперед и назад. Запястье и кисть смонтированы на конце этой горизонтальной руки.

Через горизонтальную руку проходят два приводных вала. Один из них вращается зубчатым колесом, приводимым в движе­ние зубчатой рейкой, которая перемещается взад и вперед гидрав­лическим цилиндром, вертикально установленным на корпусе. Другой конец этого вала вращает запястье вокруг оси ’горизон­тальной руки. Второй приводной стержень проходит через за­пястье, и его возвратно-поступательное движение задается дру­гим, на этот раз соосным с рукой, гидравлическим цилиндром, который движет взад-вперед зубчатую рейку, находящуюся с

кистевой стороны запястья. Эта рейка зацепляется зубчатым коле­сом, вызывающим поворот всей кисти вокруг оси, проходящей под углом к руке.

Схваты кисти руки запитываются рабочей жидкостью, посту­пающей по гибким трубкам, расположенным снаружи. Для выпол­нения специальных работ на роботе могут устанавливаться кисти различных видов.

Двигатель мощностью 6 кВт обеспечивает магистральное гид­равлическое энергоснабжение устройства рабочей жидкостью под давлением около 7000 кПа при расходе около 36 л/мин. При от­казе системы гидроснабжения рука не сможет повернуться или упасть, поскольку блокирование клапанов гидравлической си­стемы обеспечивает безопасность в случае аварии. В системе ис­пользуется 55-градусный масляный термостат.

Общая схема, принятая для управления, совпадает с показан­ной на рис. 9.1, за исключением того, что при управлении по непрерывной траектории вместо магнитного барабана использу­ется магнитная лента, а при управлении «от точки к точке»— по­тенциометры.

Устройство имеет длину около 1,2 м, ширину 0,7 мм и общую высоту 1,8 мм при полной массе 600 кг. Скорость движения руки в вертикальном и горизонтальном направлениях 0,9 м/с, скорость поворота вокруг вертикальной оси — 90° в секунду. На полной скорости может переноситься груз массой 18 кг, и максимальный груз 45 кг может переноситься на пониженной скорости.

Предусмотрено воздушное охлаждение устройства при тем­пературе внешнего воздуха от 0 до 45° С. Расчетный срок службы устройства при условии выполнения текущего технического обслу­живания составляет 40 000 ч. Требуется трехфазный источник электропитания частотой 50 Гц, мощностью 6,5 кВ-А. Устрой­ство можно поставить на маленькие колеса. Для увеличения вылета примерно до 1,4 м можно установить более длинную гори­зонтальную руку.

Время простоя, зафиксированное при эксплуатации первых моделей, составляло 20% [8], но уменьшилось до 2,5% и менее в более поздних моделях. Подобных цифр и следует ожидать при* таком новом подходе. Только обратная связь «по опыту» может улучшить устройство.

«Версатран» с управлением «от точки к точке». В одной из модификаций «Версатран» используется как устройство с управ­лением «от точки к точке». В данном случае кисть предназначается для движения с максимально возможной скоростью между лю­быми двумя точками в рабочей зоне. В этом варианте машина пригодна для выполнения таких работ, как загрузка и разгрузка машин, штабелирование и т. д.

Для хранения требуемой последовательности операций исполь­зуется программный барабан, хотя сообщалось также и об исполь­зовании электронных кольцевых счетчиков, построенных на де - 178

сятипозиционных модулях. Заданные по осям положения руки хранятся совокупностью потенциометров, причем для каждого из трех движений используются 30 потенциометров. В одном из вариантов устройства потенциометры монтировались в блоки по шесть потенциометров в каждом, так что для увеличения объема памяти могли добавляться дополнительные модули.

Программное устройство смонтировано в отдельной консоли, отделенной от основного агрегата робоїа. Программа хранится на съемном наборном поле, благодаря чему возможно хранение различных программ. Требующаяся последовательность операций первоначально намечается на бумаге графически, а затем наби­рается на наборном поле. Вслед за этим осуществляется пошаго­вый ручной переход по набранной последовательности, во время которого нужные положения руки и кисти устанавливаются по­тенциометрами раздельно по каждой из осей.

Типичное применение такого устройства —■ автоматическая загрузка и разгрузка тележек у печи для обжига кирпича. Здесь оказалось возможным при помощи четырех устройств «Версатран» выполнять работу 12 мужчин в каждой из двух смен и легко перепрограммировать устройство при изменении размеров кирпича.

Интересно отметить, что стандартные устройства в этом при­менении были, как это ни странно, смонтированы в перевернутом виде. Кирпичи захватывались пневматическими надувными по­душками, наполняемыми газом до давления 35 кПа.

Максимальное число позиций руки в последовательности обычно 30, тогда как максимальное число шагов — 100. От основ­ного устройства может управляться в общей сложности 12 вход­ных и выходных цепей. В другой модели предусмотрено в каче­стве стандарта 20 шагов, но это число может быть увеличено: 18 положений руки добавляются при использовании стандартной группы из трех модулей по шесть потенциометров в каждой. Это число позиций, в свою очередь, можно увеличить подключением дополнительных модулей.

На операции загрузки и разгрузки поковок была достигнута производительность от 120 до 1200 единиц в час. Манипулирование поковками производилось при температуре до 1200° С. Примером применения робота, когда оказалось возможным заменить людей и таким образом производить работу в опасной для человека среде, служит процесс нанесения покрытия детонационным распылением. Человек не может долго находиться внутри рабочей кабины в тя­желых условиях ударных волн и чрезвычайно высокого уровня шума. Тем не менее «Версатран» успешно использовался в этих условиях для загрузки и разгрузки машин и развивал произво­дительность до 600 деталей в час.

Выпускается также упрощенный вариант «Версатрана», име­ющий только два движения. Название этого устройства — «Сим- плтран».

Для облегчения выполнения операций, представляющих собой повторение простейшей операции с незначительными позицион­ными различиями, были введены методы подпрограмм [31 ]. Такой подход может значительно уменьшить число шагов, необ­ходимых для хранения в общей программе. Создание адаптивного управления схватом позволило «Версатрану» производить захват отдельных предметов из большой группы 131, 32]. В ряде случаев устройство устанавливалось на рельсовый путь до 25 м длиной, вдоль которого оно могло перемещаться со скоростью до 45 см/с [31 ].

«Версатран» может устанавливаться на рельсы (как идущие по полу, так и подвесные), обеспечивающие движение от одного рабочего участка к другому [58, 59]. Гидравлические агрегаты и блоки программного управления не обязательно перемещать вдоль пути вместе с рукой. Может использоваться прямой или круговой вариант рельсового пути, по которому возможно дви­жение со скоростью около 45 см/с. Пункты остановок программи­руются или заранее, как и движения руки, или во время остановки, или во время движения в том или ином направлении. Грузоподъем­ность этого устройства около 68 кг при движении руки по гори­зонтальной и вертикальной осям со скоростью около 90 см/с. Рука поворачивается в горизонтальной плоскости на угол 240° со скоростью 90° в секунду; точность позиционирования ±1,5 мм. Зажимы для деталей на конце руки могут вращаться в угле 360° и поворачиваться на угол 280°.

«Версатран» с контурным управлением. В тех случаях, когда требуется, чтобы рука робота двигалась по непрерывно контроли­руемой траектории, а не по кратчайшему пути от точки к точке, для «Версатрана» используется другое устройство управления. Для таких применений робота необходимо, чтобы рука была спо­собна к действительно непрерывно управляемому движению со скоростью и ускорением, управляемыми вдоль всей траектории движения.

В этом случае используется отдельное устройство управления, в состав которого входят два лентопротяжных механизма, пред­назначенных для цифровой памяти. При программировании необ-. ходимая последовательность рабочих движений задается прове­дением руки робота вручную при помощи выносного пульта управления, подсоединенного к руке. Для предотвращения пре­рывания программы поочередно используются сдвоенные программ - ные магнитные ленты, короткие же программы могут быть много­кратно повторены на лентах. Магнитные ленты могут также по­давать сигналы на внешнее оборудование и, в свою очередь, управ­ляться внешним оборудованием. Незначительные изменения про­граммы могут производиться путем изменения части записи на ленте. Применяется стандартная магнитная лента шириной 6 мм приборного типа; обычный рабочий цикл составляет 16 мин на одну ленту. Пока одна лента перематывается, другая управляет 180 машиной. Скорость движения ленты — 19 см/с. Для многократной записи на ленту коротких повторяющихся программ можно ис­пользовать автоматическую переписывающую систему. Устрой­ство имеет 12 гнезд для осуществления внешних функций управления.