Применение роботов в сварочной технологии

Применение роботов в сварочной технологии

Роботы предъявляют специфические требования к технологии изготовления изделия: необходима высокая точность всех заготовок узла, стабильность положения сварного соединения в пространстве и высокое качество сварочных материалов. Возможность использования роботов определяется размерами и формой их рабочего пространства, точностью позиционирования, скоростью перемещения, числом степеней подвижности инструмента, особенностями управления.

Для перемещения не ориентированных в пространстве предметов достаточно трех степеней подвижности, а для полной пространственной ориентации - шести. Для выполнения сварных швов в общем случае необходимо иметь пять степеней подвижности. Обычно три степени подвижности обеспечивает базовый механизм робота, а еще две степени добавляет механическое устройство - кисть робота, на которой крепится рабочий инструмент (сварочная головка, клещи для контактной сварки или газовый резак). Базовый механизм робота может быть выполнен в прямоугольной (декартовой), цилиндрической, сферической и ангулярной (антропоморфной) системах координат (рис. 166). Система координат базового механизма определяет конфигурацию и габариты рабочего пространства робота, в пределах которого возможно управляемое перемещение его исполнительного органа. Робот с прямоугольной системой координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 167, а), размеры которого меньше габаритов самого робота. Промышленные роботы с цилиндрической (рис. 167, б) и сферической (рис. 167, в) системами координат обслуживают более объемное пространство при сравнительно малой площади основания манипулятора. Более компактными являются роботы, выполненные в антропоморфной системе координат, образующие рабочее пространство, близкое к сфере (рис. 167, г).



Рис. 166. Основные схемы базовых механизмов роботов



Рис. 167. Рабочее пространство роботов с прямоугольной (а), цилиндрической (б), сферической (в) и с антропоморфной (г) системами координат

Все типы роботов могут быть установлены неподвижно или с возможностью передвижения по напольным или подвесным направляющим. В основе компоновки базовых механизмов роботов принят модульный принцип. Каждый модуль имеет однокоорди-натное движение. Агрегатная система робототехники позволяет из стандартных блоков, имеющих прямоугольные и вращательные движения (рис. 168), собирать оптимальный промышленный робот, имеющий только требуемое число степеней свободы. Путем использования простых модульных элементов, которые легко могут быть применены для других целей, увеличивается многовариантность и гибкость системы.

В роботах применяют гидравлические, пневматические и электромеханические приводы. Пневмопривод конструктивно прост, однако при его использовании требуемое перемещение инструмента (углы поворота, длина хода) задают только перестановкой упоров, т.е. по каждой степени подвижности имеются только два положения. Гидравлический привод компактен и позволяет управлять инструментом с большой точностью. Электропривод требует использования сложных безлюфтовых редукторов, но зато он проще в обслуживании и обеспечивает высокие быстродействие и точность. Этот тип привода используют, как правило, в сварочных роботах. Пневмопривод применяют в промышленных роботах для сборки деталей, при погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работах.

Кроме линейных и вращающихся модулей на европейских промышленных предприятиях для сварочных и газорезательных работ используют роботы с шестью степенями свободы при различном их конструктивном оформлении (рис. 169). Для сварки в среде защитных газов крупных металлоконструкций применяют роботы портального типа, выполненные в декартовой системе координат с точностью позиционирования инструмента ± 0,35мм. Робот "Горизонтальный-80" (Франция) имеет гидравлический привод, координаты цилиндрические, точность ± 0,3 мм. Робот "Жолли-80" (Италия) оснащен электрическим приводом, координаты цилиндрические, точность ± 0,5 мм. Робот рычажный 6СН (США) имеет гидравлическую систему управления, выполнен в антропоморфной системе координат, точность позиционирования ± 1,27 мм. Гидравлическим приводом оснащен робот "Полярный-6000" (Италия), работающий в системе сферических координат с точностью ± 1 мм.

Системы управления движением инструмента робота подразделяются на цикловые, позиционные и контурные.

Цикловая система наиболее проста, так как программируют обычно две позиции: начало и конец перемещения инструмента. В роботах с цикловым управлением широко используют пневмопривод.

Позиционная система управления задает не только последовательность команд, но и положение всех звеньев робота, ее используют для обеспечения сложных манипуляций с большим числом точек позиционирования. При этом траектория инструмента между отдельными точками не контролируется и может отклоняться от прямой, соединяющей эти точки. Однако завершение перемещения в каждой точке обеспечивается с заданной точностью. Систему называют однопози-ционной, если она предусматривает остановку инструмента в конце каждого отдельного перемещения (в каждой точке). Такая система пригодна для контактной точечной сварки, для сборочных и транспортных операций.