Детали и механизмы роботов

Детали и механизмы роботов: Основы расчёта, конструирования и технологии производства

Детали и механизмы роботов: Основы расчёта, конструирования и технологии производства. Учебное пособие

Авторы: Веселков Р. С., Гонтаровская Т. Н., Гонтаровский В. П., Дорошев Д. Д., Дубинец В. И., Запатрин Р. В., Остафьев В. А., Павловский М. А., Савчук С. И., Самотокин Б. Б., Сушицкий В. А., Ямпольский Л. С., Краузе В. , Метцнер Д. , Рёрс Г. , Фридрих Г. , Холфельд А.

Под редакцией: доктор технических наук профессор Самотокина Б. Б.

Киев, Высшая школа, 1990, 343 с.

 

Рассмотрены общие сведения о роботах, вопросы расчета и конструирования их механических систем; схватов, манипуляторов, деталей и звеньев механизмов. Сформулированы требования к информационно-измерительным, приводным и управляющим системам роботов, даны методики расчета и выбора элементов и механизмов этих систем, приведены их типовые структуры и компоновки. Кратко представлена технология изготовления деталей и механизмов роботов.

Для студентов машино- и приборостроительных специальностей вузов.

 

Оглавление

Введение

1. Общие сведения о роботах

    1.1. Структура и составные элементы промышленного робота

    1.2. Классификация ПР

    1.3. Механические системы ПР

    1.4. Приводы ПР

    1.5. Устройства управления ПР

    1.6. Информационно-измерительные устройства роботов

2. Расчёт и конструирование механических систем промышленных роботов

    2.1. Общие вопросы конструирования роботов

        2.1.1. Принципы конструирования роботов

        2.1.2. Машинное проектирование ПР

    2.2. Методы снижения интенсивности механических колебаний ПР

        2.2.1. Виброзащита и виброизоляция

        2.2.2. Динамические гасители колебаний

        2.2.3. Демпфирование колебаний в конструкции роботов

        2.2.4. Введение дополнительных сигналов в законы управления приводами ПР

    2.3. Захватные устройства

        2.3.1. Основные виды захватных устройств

        2.3.2. Кинематика связи захватное устройство — объект

        2.3.3. Конструкции ЗУ

        2.3.4. Универсальные ЗУ

        2.3.5. Расчет поддерживающих ЗУ

        2.3.6. Расчет схватывающих ЗУ

        2.3.7. Расчет удерживающих ЗУ

    2.4. Зубчатые передачи

        2.4.1. Расчет цилиндрических зубчатых передач

        2.4.2. Волновые зубчатые передачи

    2.5. Винтовые механизмы

        2.5.1. Проектирование винтовых передач

    2.6. Кулачковые механизмы

    2.7. Рычажные механизмы

        2.7.1. Плоские рычажные механизмы

        2.7.2. Пространственные рычажные механизмы

        2.7.3. Порядок численного расчета

    2.8. Передачи гибкими звеньями

        2.8.1. Цепные передачи

        2.8.2. Зубчато-ременные передачи

    2.9. Уравновешивающие механизмы

    2.10. Анализ рабочих механизмов на точность

        2.10.1. Источники и виды погрешностей

        2.10.2. Методы определения и расчета погрешностей механизмов

        2.10.3. Методы повышения точности механизмов

3. Детали и звенья рабочих механизмов, их выбор и расчет

    3.1. Валы и оси

        3.1.1. Выбор материала и конструкции

        3.1.2. Проектировочный расчет

        3.1.3. Проверочный расчет

    3.2. Опоры для вращательного и поступательного движения

        3.2.1. Подшипники скольжения

        3.2.2. Подшипники качения

        3.2.3. Направляющие для поступательного движения

    3.3. Пружины

        3.3.1. Основные характеристики пружин

        3.3.2. Расчет пружин

    3.4. Муфты

        3.4.1. Постоянные соединительные муфты

        3.4.2. Сцепные управляемые муфты

        3.4.3. Сцепные самоуправляемые муфты

        3.4.4. Электромагнитные муфты

4. Особенности расчета и применения элементов систем управления промышленных роботов

    4.1. Приводы промышленных роботов

        4.1.1. Пневматические приводы

        4.1.2. Гидравлические приводы

        4.1.3. Электромеханические приводы

        4.1.4. Вибрационные приводы

    4.2. Лентопротяжные механизмы

    4.3. Информационно-измерительные устройства систем управления ПР

        4.3.1. Устройства для измерения положений, угловых и линейных перемещений

        4.3.2. Устройства для измерения сил и моментов

        4.3.3. Устройства для измерения давлений

        4.3.4. Справочные данные некоторых информационно-измерительных устройств

    4.4. Устройства отображения информации

    4.5. Электрические проводящие соединения

    4.6. Особенности конструкций блоков, пультов и соединительных элементов

5. Технология производства деталей и механизмов роботов

    5.1. Технология получения заготовок

    5.2. Технология получения механических деталей

    5.3. Изготовление упругих элементов

    5.4. Технология нанесения защитных и декоративных покрытий

    5.5. Технология изготовления каркасов и корпусов

    5.6. Технологические основы сборки роботов

    5.7. Требования роботизированного производства

Список рекомендуемой и использованной литературы

 

 

 

Предисловие, краткое описание

Характерная черта современного этапа научно-технического прогресса — комплексная автоматизация производства на основе внедрения промышленных роботов (ПР) и гибких производственных систем (ГПС). Благодаря научно-техническому прогрессу в таких областях, как автоматика, радио-электроника, вычислительная техника, информатика, появилась возможность рассматривать проблему комплексной автоматизации производственных процессов по-новому — как создание интегрированных систем, объединяющих в одно целое все производство, от проектирования изделий и технологий до изготовления продукции и ее доставки потребителю.

Эта тенденция ведет к появлению высокоавтоматизированных цехов и заводов-автоматов, главные особенности которых — широкое применение вычислительной техники практически во всех звеньях производства, высокий уровень автоматизации технологического оборудования на базе числового программного управления, устранение ручного труда за счет применения робототехники.

В десятой и одиннадцатой пятилетках в СССР была подготовлена достаточно мощная техническая база для решения проблемы автоматизации: в 1,5 раза увеличился выпуск автоматических станочных линий, в 1,8 раза — станков с ЧПУ, в 2,5 раза — обрабатывающих центров, в 2,4 раза — средств автоматизации и приборов, в 2 раза — вычислительной техники (микропроцессоров — в 3 раза). К концу 1985 р. парк промышленных роботов в стране насчитывал более 40 тыс. шт. [35].

Традиционная «жесткая» автоматизация производственных процессов, характерная для конца 60-х годов, сегодня не удовлетворяет возросшим потребностям общества. Применение специализированного автоматического оборудования обеспечивает длительный, стабильный выпуск продукции строго определенного вида и экономически оправдано только в условиях массового и крупносерийного производства, на долю которого приходится 25 % общего объема выпуска промышленной продукции.

Применение промышленных роботов и технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяет оперативно перестраиваться с одной выполняемой операции на другую, дает уникальную возможное гь комплексной автоматизации мелкосерийного и серийного производства, характеризующегося большим объемом и широкой номенклатурой выпускаемой продукции.

Семейство современных ПР многообразно по своему назначению и внешнему виду. Однако их общим характерным признаком является наличие одного или нескольких манипуляторов — механических устройств, в определенной мере воспроизводящих движения рук человека, хотя и не обязательно имеющих антропоморфную конструкцию.

Слово «робот» придумал известный чешский писатель Карел Чапек и использовал в своей социально-фантастической пьесе «R.U.R.» («Россумские универсальные роботы»), опубликованной в 1920 г. Так были названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Термин образован от чешских слов robota — тяжелый подневольный труд, барщина и rob — раб. С легкой руки К. Чапека это слово вошло в обиход. По страницам романов забродили человекоподобные роботы.

Американский ученый и писатель, мастер научной фантастики А. Азимов, по-видимому, первым изобразил дружелюбного, полезного робота и придумал слово «роботикс» (робототехника). В рассказе «Скиталец», опубликованном в 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», он сформулировал три знаменитых закона робототехники:

1. Робот не должен причинять вред человеку или своим бездействием позволять, чтобы человеку был нанесен ущерб.

2. Робот должен выполнять приказы, отдаваемые человеком, за исключением тех случаев, когда они приводят к нарушению первого закона.

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго закона.

Следует отметить, что еще в XVII…XVIII вв. умельцы создавали «механических людей», способных выполнять простые движения, воспроизводить игру на музыкальных инструментах, писать и рисовать.

К предшественникам современных промышленных роботов относятся различного рода устройства для манипулирования на расстоянии объектами, непосредственный контакт с которыми опасен или невозможен для человека. Такие манипуляторы с дистанционным управлением были созданы в 1940…1950 гг. и использовались в атомных исследованиях, а затем в атомной промышленности.

В 1954 г. Дж. Дивол запатентовал в США конструкцию универсальной вспомогательной машины, которая считается первым промышленньш роботом. В начале 60-х годов фирма «Юнимейшн» приступила к производству ПР «Юнимейт», а фирма «АМФ Версатран» — ПР «Версатран». Тогда же возник термин «промышленный робот».

Другие капиталистические страны приступили к производству ПР, в основном по лицензиям США, несколько позднее: Великобритания — в 1967 г., Япония и Швеция — в 1968, ФРГ — в 1971, Франция — в 1972, Италия — в 1973 г. 149). По данным П. Скотта [41], в 1984 г. парк ПР в развитых капиталистических странах насчитывал: Япония — 16 500 шт., США — 8000, ФРГ — 4800, Швеция — 1900, Италия — 1800, Великобритания — 1753, Франция — 1500 шт.

Первые серьезные результаты по созданию и практическому применению роботов в СССР относятся к 60-м годам [49]. В 1966 г. в институте ЭНИКмаш (г. Воронеж) был разработан автоматический манипулятор с простым цикловым управлением для переноса и укладки металлических листов. Первые промышленные образцы современных ПР с позиционным управлением (УМ-1, «Универсал-50», УПК-1) были созданы в 1971 г.

В 1968 г. Институтом океанологии АН СССР совместно с Ленинградским политехническим институтом и другими вузами был создан телеуправляемый от ЭВМ подводный робот «Манта» с очувствленным захватным устройством, а в 1971 г. — следующий его вариант с техническим зрением и системой целеуказания по телевизионному экрану. В 1971 г. в Ленинградском политехническом институте был создай экспериментальный образец интегрального робота, снабженного развитой системой очувствления и речевым управлением.

Начиная с 1972 г., работы в области робототехники приобрели плановый характер в масштабах страны. В 1972 г. в постановлении Государственного комитета СССР по науке и технике задача создания и применения ПР в машиностроении была определена как государственно важная и намечены основные направления ее решения. В 1973 г. утверждена первая программа работ по этой проблеме, для выполнения которой были привлечены основные отрасли промышленности. Академия наук СССР и высшая школа.

Фундаментальные и поисковые работы в области робототехники были развернуты на основании соответствующих программ Академии наук СССР и высшей школы в тесной связи с комплексной программой Государственного комитета СССР по пауке и технике.

Следующим этапом развития отечественной робототехники явилась организация в десятой пятилетке серийного производства ПР на основании постановления Совета Министров СССР «О мерах по организации производства автоматических манипуляторов с программным управлением для машиностроения» (1974 г.).

Были созданы первые роботизированные участки и линии во многих отраслях промышленности. В 1979 г. за создание на базе минироботов комплексно-автоматизированного цеха сборки механизмов наручных часов на Петродворцовом часовом заводе (г. Петродворец Ленинградской области) присуждена Государственная премия СССР — одна из первых в области робототехники.

В начале одиннадцатой пятилетки отечественная робототехника вступила в новый этап своего развития, подготовленный постановлением ЦК КПСС «О мерах по увеличению производства и широкому применению автоматических манипуляторов в отраслях народного хозяйства в свете указаний XXV съезда КПСС» (1980 г.). Наряду с развитием роботизации в машиностроении была поставлена важная задача внедрения роботов в немашиностроительные отрасли, прежде всего в горную, металлургическую, легкую и пищевую промышленность, строительство, сельское хозяйство, транспорт.

В 1982 г. заключено Генеральное соглашение по промышленной робототехнике между странами — членами СЭВ, на основании которого развивается специализация и кооперация этих стран в области создания, производства и применения средств робототехники. Комплексная программа научно-техническою сотрудничества стран—членов СЭВ до 2000 года, принятая на 41-м (внеочередном) заседании сессии СЭВ (Москва, декабрь 1985 г.), рассматривает комплексную автоматизацию и роботизацию производства в качестве одного из приоритетных направлений.

В ряде вузов страны, начиная с 1975 г., проводится подготовка и переподготовка инженеров по робототехнической специальности. В 1980 г. введена новая специальность «Робототехнические системы», в 1988 г. ее название уточнено: «Робототехнические системы и комплексы».

Динамику производства ПР и ГПМ различного технологического назначения у нас в стране иллюстрируют следующие цифры (СССР в цифрах в 1987 году: Крат. стат. сб./ Госкомстат СССР. — М, Финансы и статистика, 1988, с. 49.):

 

Год ПР, тыс. шт. ГПМ, тыс. шт.
1980 1,4 2,6
1985 13,2 4,9
1986 15,4 4,9
1987 14,1 4,7

 

В зависимости от характера выполняемых операций в производственном процессе ПР могут быть отнесены к основному или вспомогательному оборудованию. Но в любом случае ПР следует рассматривать как средство производства, от степени совершенства которого зависит эффективность самого производства.

Качественные характеристики ПР, как и любого другого оборудования, в основном закладываются на этапе проектирования.

В настоящее время имеется много публикаций по промышленным роботам и их применению. Большинство работ носят описательный характер. Вопросы расчета, конструирования и технологий производства деталей и механизмов роботов практически не освещены. Цель авторов книги состоит в том, чтобы восполнить этот пробел в литературе о промышленных роботах.

Книга является результатом сотрудничества Киевского политехнического института с рядом вузов Германской Демократической Республики и в первую очередь с Дрезденским техническим университетом. При ее написании советские авторы использовали некоторые материалы, накопленные при работе за рубежом (в Великобритании, Швейцарии).

Материал немецких авторов дается в переводе В. В. Гринива.


Скачать книгу:
Детали и механизмы роботов: Основы расчёта, конструирования и технологии производства — Веселков Р. С. Гонтаровская Т. Н. Гонтаровский В. П. Дорошев Д. Д. Дубинец В. И.