4.1. Требования к захватным устройствам

Захватные устройства (ЗУ) манипуляторов служат для захватывания и удержания в определенном положении объектов манипулирования (ОМ). ЗУ относятся к числу сменных узлов манипуляторов. Манипуляторы обычно оснащаются комплектом ЗУ, которые можно менять в зависимости от параметров ОМ, в некоторых случаях типовой захват снабжается комплектом сменных рабочих элементов (губок, присосок и т. п.). Для некоторых операций приходится разрабатывать специальные ЗУ. От точности и надежности работы захватных устройств в значительной мере зависит точность и надежность работы всего робота.

К ЗУ предъявляются общие и специальные требования. К общим требованиям относятся надежность захватывания и удержания ОМ, приспособляемость к изменениям формы и размеров ОМ, компенсация погрешностей взаимного расположения ОМ, ЗУ и обслуживаемого оборудования, быстродействие, долговечность, компактность, надежность, легкость и др. Особое внимание нужно уделять надежности крепления ЗУ к выходному звену манипулятора.

При обслуживании одним манипулятором нескольких единиц различного оборудования требуются или широкодиапазонные или сменяемые ЗУ. Поэтому к ЗУ манипуляторов, работающих в условиях серийного производства, предъявляются дополнительные требования: широкодиапазонность (способность захватывать и базировать ОМ, масса и габаритные размеры которых изменяются в широком диапазоне), возможность захватывания близкорасположенных ОМ, легкость и быстрота замены ЗУ, а иногда и автоматическая смена ЗУ без останова робота.

В некоторых случаях необходимо автоматическое изменение сил, удерживающих ОМ, в зависимости от его массы. Для этого необходимо иметь датчик для измерения ускорения схвата и сил инерции, действующих на ОМ.

2. Классификация зу.

Захватные устройства различают по принципу действия на схватывающие, поддерживающие и удерживающие.

Схватывающее ЗУ удерживает ОМ за счет воздействия рабочих элементов (губок, пальцев, клещей и т.п.) с помощью запирающих сил, сил трения или их комбинаций. Все схватывающие ЗУ относятся к активному типу и делятся на две группы: механические (клещи, тиски, шарнирные пальцы) и с эластичными рабочими камерами, деформирующимися под действием давления находящегося внутри воздуха или жидкости.

Поддерживающие ЗУ удерживают ОМ за нижнюю поверхность, выступающие части ОМ, отверстия, имеющиеся в ОМ и т. п. К таким ЗУ относятся крюки, петли, вилки, лопатки.

Удерживающие ЗУ обеспечивают силовое воздействие на ОМ, порождаемое различными физическими явлениями. Наиболее распространены вакуумные и магнитные ЗУ. Встречаются ЗУ с электростатическим притяжением, липкими накладками, использующие адгезионный и другие эффекты.

По характеру базирования ОМ ЗУ делятся на пять групп.

Способные к перебазированию ОМ ЗУ изменяют положение ОМ за счет действия управляемых рабочих элементов. Такие свойства имеют антропоморфные ЗУ с управляемыми шарнирными пальцами, по конструкции подобные пальцам человеческой руки. Подобные ЗУ сами по себе являются сложными механизмами.

Центрирующие ЗУ определяют положения оси или плоскости симметрии ОМ. Такими ЗУ являются механические ЗУ, имеющие кинематически связанные рабочие элементы, губки в виде призм, эластичные камеры.

Базирующие ЗУ определяют положение базовой поверхности, которой обычно является поверхность, удобная для крепления ОМ при его обработке. Базирование характерно для поддерживающих, а иногда и для схватывающих ЗУ.

Фиксирующие ЗУ сохраняют положение, имевшееся у ОМ до захватывания. Подобные ЗУ необходимы при работе с ОМ, содержащими жидкости, радиоактивные вещества или крышки, удерживаемые в рабочем положении собственной силой тяжести.

Не фиксирующие и не базирующие ЗУ почти не используются.

Для проведения некоторых работ, например сборки, манипуляторы могут оснащаться дополнительными приспособлениями для выполнения ориентирующих перемещений, а также приспособлениями, например гайковертом, ножницами, сварочными клещами и т. п., для выполнения некоторых технологических операций.

По типу крепления ЗУ к звену манипулятора различают четыре группы ЗУ.

Несменяемые ЗУ – устройства, являющиеся неотъемлемой частью конструкции манипулятора, замена которых не предусмотрена при проектировании ММ. такие ЗУ используются только узкоспециализированными роботами.

Сменные ЗУ – устройства, являющиеся отдельными узлами, имеющими базовые поверхности для крепления к манипулятору. Эти ЗУ не рассчитаны на быструю смену, поскольку они крепятся резьбовыми или другими разъемными соединениями.

Быстросменные ЗУ – сменные ЗУ, имеющие базовые поверхности и способ крепления, допускающие быструю, но не автоматическую замену.

Автоматически сменяемые ЗУ имеют базовые поверхности и способ крепления, допускающие автоматическое крепление ЗУ на звене манипулятора и смену их самим ММ.

По виду управления ЗУ делятся на четыре группы.

Неуправляемые ЗУ – устройства с постоянными магнитами или вакуумными присосками без принудительного разряжения. Для снятия ОМ с такого ЗУ требуются силы, превышающие силу, необходимую для удержания ОМ. Эти силы создаются дополнительными устройствами.

Командные ЗУ управляются только командами на захват или освобождение ОМ. К таким ЗУ относятся ЗУ с пружинным приводом и стопорным устройством, зажимающим и разжимающим губки с помощью механизмов, сходным с механизмами некоторых шариковых авторучек (см. рис. 4): при первом нажатии на ОМ или элемент технологического оборудования происходит зажим, при втором – освобождение.

Программируемые ЗУ управляются системой программного управления (СПУ) робота, определяющей величину перемещения губок, взаимное расположение рабочих элементов, усилие зажима и другие параметры функционирования схвата, как механизма.

Адаптивные ЗУ – программируемые устройства, имеющие различные датчики для сбора информации о форме, массе, силах инерции, размерах, шероховатости поверхности ОМ, усилии зажима и т. п.

Функционально независимые друг от друга части ЗУ называются рабочими позициями ЗУ.

По числу рабочих позиций ЗУ делятся на одно и многопозиционные.

По характеру работы многопозиционные ЗУ делятся на три группы: последовательного, параллельного и комбинированного действия. ЗУ последовательного действия являются двухпозиционными устройствами имеющими загрузочную и разгрузочную позиции. Рабочие элементы каждой позиции действуют независимо друг от друга.

Многопозиционные ЗУ параллельного действия имеют несколько позиций для одновременного захвата или освобождения нескольких деталей. ЗУ комбинированного действия имеют группы параллельно работающих позиций, имеющие независимые приводы.