Помощь студентам в учебе
Автоматизация процесса сварки кронштейнов рыхлителя бульдозера ТМ10 ГСТ10 на роботе FANUC
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ РАЗРАБОТКИ 11
1.1 Производственная структура предприятия «ДСТ-Урал» 11
1.2 Навесное оборудование ТМ10. Рыхлитель 16
1.3 Конструкция сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L», системой автоматизации робота «FANUC» и его программным обеспечением, с технологией выполнения сварки 20
2 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ 31
2.1 Разработка программной траектории движения манипулятора
согласно чертежу детали 31
2.2 Разработка и реализация в среде ROBOGUIDE алгоритма совместного управления позиционером и движением сварочного робота
манипулятора 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ РАЗРАБОТКИ 11
1.1 Производственная структура предприятия «ДСТ-Урал» 11
1.2 Навесное оборудование ТМ10. Рыхлитель 16
1.3 Конструкция сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L», системой автоматизации робота «FANUC» и его программным обеспечением, с технологией выполнения сварки 20
2 РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ СВАРОЧНЫХ РАБОТ 31
2.1 Разработка программной траектории движения манипулятора
согласно чертежу детали 31
2.2 Разработка и реализация в среде ROBOGUIDE алгоритма совместного управления позиционером и движением сварочного робота
манипулятора 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 65
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 77
В настоящее время, благодаря автоматизации технологических процессов любое предприятие может выйти на абсолютно новый, более высокий уровень развития бизнеса и конкурентоспособности. Однако, промышленная автоматизация требует привлечения значительных финансовых средств для изменений в технологических процессах, но позволяет существенно повысить производительность труда, снижает вероятность брака, что крайне положительно сказывается на репутации предприятия-производителя. Также автоматизация производственного процесса приводит к серьезной экономии материальных активов, фонда заработной платы, к снижению объема налоговых платежей и социальных выплат. В итоге бизнес становится более эффективным, рентабельным и прибыльным.
Автоматизация в приборостроительной и машиностроительной отраслях идет по пути разработки и внедрения промышленных роботов, выполненных, в частности, в виде роботизированных модулей и робототехнических комплексов, решающих задачи механообработки различных материалов, пайки, сварки, окраски, сортировки, измерения, сборки и транспортировки. В робототехнических комплексах роботы могут работать автономно, совместно друг с другом и во взаимодействии с человеком в рабочем пространстве. Взаимодействие между оператором и роботом обеспечивается программно-аппаратными устройствами, представляющими из себя устройства ввода-вывода информации (кнопками, джойстиками, мнемосхемами на рабочем столе персонального компьютера оператора-технолога).
По функционально-структурным возможностям и целевому назначению различают промышленные роботы автоматические, биотехнические и интерактивные манипуляционные. Автоматические роботы характеризуются тем, что процесс управления их действиями происходит без непосредственного участия человека, роль которого ограничивается наладкой, пуском и контролем работы системы. Различают программные, адаптивные и интеллектуальные автоматические роботы. Программные роботы воспроизводят в автоматическом цикле заданную управляющую программу любое число раз. Наличие программ, вводимых в устройство памяти и обеспечивающих жесткую последовательность действий робота, облегчает переналадку робота в конкретных производственных условиях.
Именно автоматические программные роботы FANUC успешно используются для автоматизации сварочных работ на предприятии «ДСТ-Урал». На данном предприятии производятся специальные машины на базе гусеничного трактора ТМ.10 (гусеничные трактора, бульдозеры, трубоукладчики и ка- белеукладчики). Эти машины являются основным мобильным энергетическим средством в сельскохозяйственном производстве, лесозаготовительной, строительной и других отраслях промышленности. Также ведутся поставки машин «ДСТ-Урал» в инженерные войска Вооруженных Сил Российской Федерации.
Выполнение операций дуговой сварки элементов рамной конструкции и рамной конструкции в целом, навесного оборудования (например, рыхлителя и, в частности, такой его детали, как ТМ.10.506.010 СБ «Кронштейн») сварочным роботом «FANUC» серии «М - 101A/8L» позволит обеспечить высокое качество сварного соединения. Отличительной чертой каждого из сварочных роботов «FANUC» серии «М - 101A/8L», которыми оснащен цех сварки на предприятии «ДСТ-Урал», является наличие удлинённой руки, что упрощает подход к свариваемым частям детали, а также наличие полого запястья, которое обеспечивает высокий угол поворота по осям.
Система управления данного робота включает исполнительную, информационно-измерительную, управляющую подсистемы и подсистему связи робота и оператора. Исполнительная подсистема представляет собой совокупность шести электрических приводов, предназначенных для движения и поворота руки манипулятора по 6-ти координатам (X, Y, Z (мм), W, P, R (град.)).
Информационно-измерительная подсистема предназначена для измерения 6- ти координат положения сочленений манипулятора: 3-х линейных (X, Y, Z) и 3-х угловых координат (W, P, R). Данная подсистема представляет из себя датчики «Force Sensor» контроля положения руки манипулятора на каждую координату. С помощью датчиков FANUC «Force Sensor» роботы могут определять прикладываемые к рабочему органу усилие и вращающий момент для шести степеней свободы. Подсистема связи робота и оператора, представляющая собой пульт управления серии «iPendant», предназначенный для контроля оператором выполнения программной траектории движения руки манипулятора, а также отслеживания мест возникновения ошибок, в ходе выполнения программы, а также нештатных ситуаций. Управляющая подсистема предназначена для формирования командных сигналов на элементы исполнительной подсистемы, имеющей 6 степеней подвижности. Управляющие программы, обеспечивающие жесткую последовательность движений исполнительных органов манипулятора, загружаются в память контроллера серии конструкция используемого в реализации комплекса программ сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L». Также контроллер по результатам обработки данных от информационно-измерительной подсистемы своевременно выдает команду на останов движения манипулятора при достижении ею критического положения и выдает через подсистему связи оператору сигналы об ошибках или о возникновении нештатных ситуаций.
На данный момент автоматизация сварочных операций, в частности операций сварки малогабаритных деталей тормозится отсутствием программного обеспечения для контроллера серии «iPendant», а попытка «обучения контроллера в ручном режиме» (через функцию запоминания последовательности отдельных манипуляций, выполняемых оператором вручную), занимает значительное время и не позволяет обеспечить требуемое качество сварного шва. При этом в комплекте с оборудованием компания FANUC поставляет ПО, с использованием графического пользовательского интерфейса в среде ROBOGUIDE, руководствуясь данными, указанными в технологической карте детали, можно разрабатывать и реализовывать управляющие программы для робота. Исходя из этого, целесообразность выполнения проектов по созданию программного обеспечения средствами САПР робота «FANUC» «M-101A/8L», непосредственно на предприятии «ДСТ-Урал», является актуальной задачей выпускной квалификационной работы.
В связи с чем, цель выпускной квалификационной работы - разработка и отладка комплекса управляющих программ для сварочного робота «FANUC» серии «M-101A/8L», посредством которого выполняются сварочные прихватки и сварочные швы на ряде смежных деталей, используемых в конструкции ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с предметной областью разработки:
- с производственной структурой предприятия «ДСТ-Урал»;
- с конструкцией гусеничной машины ТМ.10 и её навесным оборудованием ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель», технологической картой оборудования ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель»;
- с конструкцией сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L», с системой автоматизации робота «FANUC» и его программным обеспечением.
2. Разработать управляющие программы для автоматизации сварочных работ с деталями ТМ.10.506.010 СБ «Кронштейн», ТМ.10.506.040 СБ «Кронштейн», ТМ.10.506.060 СБ «Кронштейн»:
- разработать программную траекторию движения робота-манипулятора согласно чертежу детали;
- разработать и реализовать в среде ROBOGUIDE алгоритм совместного управления позиционером и движением сварочного робота-манипулятора.
Автоматизация в приборостроительной и машиностроительной отраслях идет по пути разработки и внедрения промышленных роботов, выполненных, в частности, в виде роботизированных модулей и робототехнических комплексов, решающих задачи механообработки различных материалов, пайки, сварки, окраски, сортировки, измерения, сборки и транспортировки. В робототехнических комплексах роботы могут работать автономно, совместно друг с другом и во взаимодействии с человеком в рабочем пространстве. Взаимодействие между оператором и роботом обеспечивается программно-аппаратными устройствами, представляющими из себя устройства ввода-вывода информации (кнопками, джойстиками, мнемосхемами на рабочем столе персонального компьютера оператора-технолога).
По функционально-структурным возможностям и целевому назначению различают промышленные роботы автоматические, биотехнические и интерактивные манипуляционные. Автоматические роботы характеризуются тем, что процесс управления их действиями происходит без непосредственного участия человека, роль которого ограничивается наладкой, пуском и контролем работы системы. Различают программные, адаптивные и интеллектуальные автоматические роботы. Программные роботы воспроизводят в автоматическом цикле заданную управляющую программу любое число раз. Наличие программ, вводимых в устройство памяти и обеспечивающих жесткую последовательность действий робота, облегчает переналадку робота в конкретных производственных условиях.
Именно автоматические программные роботы FANUC успешно используются для автоматизации сварочных работ на предприятии «ДСТ-Урал». На данном предприятии производятся специальные машины на базе гусеничного трактора ТМ.10 (гусеничные трактора, бульдозеры, трубоукладчики и ка- белеукладчики). Эти машины являются основным мобильным энергетическим средством в сельскохозяйственном производстве, лесозаготовительной, строительной и других отраслях промышленности. Также ведутся поставки машин «ДСТ-Урал» в инженерные войска Вооруженных Сил Российской Федерации.
Выполнение операций дуговой сварки элементов рамной конструкции и рамной конструкции в целом, навесного оборудования (например, рыхлителя и, в частности, такой его детали, как ТМ.10.506.010 СБ «Кронштейн») сварочным роботом «FANUC» серии «М - 101A/8L» позволит обеспечить высокое качество сварного соединения. Отличительной чертой каждого из сварочных роботов «FANUC» серии «М - 101A/8L», которыми оснащен цех сварки на предприятии «ДСТ-Урал», является наличие удлинённой руки, что упрощает подход к свариваемым частям детали, а также наличие полого запястья, которое обеспечивает высокий угол поворота по осям.
Система управления данного робота включает исполнительную, информационно-измерительную, управляющую подсистемы и подсистему связи робота и оператора. Исполнительная подсистема представляет собой совокупность шести электрических приводов, предназначенных для движения и поворота руки манипулятора по 6-ти координатам (X, Y, Z (мм), W, P, R (град.)).
Информационно-измерительная подсистема предназначена для измерения 6- ти координат положения сочленений манипулятора: 3-х линейных (X, Y, Z) и 3-х угловых координат (W, P, R). Данная подсистема представляет из себя датчики «Force Sensor» контроля положения руки манипулятора на каждую координату. С помощью датчиков FANUC «Force Sensor» роботы могут определять прикладываемые к рабочему органу усилие и вращающий момент для шести степеней свободы. Подсистема связи робота и оператора, представляющая собой пульт управления серии «iPendant», предназначенный для контроля оператором выполнения программной траектории движения руки манипулятора, а также отслеживания мест возникновения ошибок, в ходе выполнения программы, а также нештатных ситуаций. Управляющая подсистема предназначена для формирования командных сигналов на элементы исполнительной подсистемы, имеющей 6 степеней подвижности. Управляющие программы, обеспечивающие жесткую последовательность движений исполнительных органов манипулятора, загружаются в память контроллера серии конструкция используемого в реализации комплекса программ сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L». Также контроллер по результатам обработки данных от информационно-измерительной подсистемы своевременно выдает команду на останов движения манипулятора при достижении ею критического положения и выдает через подсистему связи оператору сигналы об ошибках или о возникновении нештатных ситуаций.
На данный момент автоматизация сварочных операций, в частности операций сварки малогабаритных деталей тормозится отсутствием программного обеспечения для контроллера серии «iPendant», а попытка «обучения контроллера в ручном режиме» (через функцию запоминания последовательности отдельных манипуляций, выполняемых оператором вручную), занимает значительное время и не позволяет обеспечить требуемое качество сварного шва. При этом в комплекте с оборудованием компания FANUC поставляет ПО, с использованием графического пользовательского интерфейса в среде ROBOGUIDE, руководствуясь данными, указанными в технологической карте детали, можно разрабатывать и реализовывать управляющие программы для робота. Исходя из этого, целесообразность выполнения проектов по созданию программного обеспечения средствами САПР робота «FANUC» «M-101A/8L», непосредственно на предприятии «ДСТ-Урал», является актуальной задачей выпускной квалификационной работы.
В связи с чем, цель выпускной квалификационной работы - разработка и отладка комплекса управляющих программ для сварочного робота «FANUC» серии «M-101A/8L», посредством которого выполняются сварочные прихватки и сварочные швы на ряде смежных деталей, используемых в конструкции ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель».
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с предметной областью разработки:
- с производственной структурой предприятия «ДСТ-Урал»;
- с конструкцией гусеничной машины ТМ.10 и её навесным оборудованием ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель», технологической картой оборудования ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель»;
- с конструкцией сварочного робота «FANUC» серии «M-10iA/8L», с системой автоматизации робота «FANUC» и его программным обеспечением.
2. Разработать управляющие программы для автоматизации сварочных работ с деталями ТМ.10.506.010 СБ «Кронштейн», ТМ.10.506.040 СБ «Кронштейн», ТМ.10.506.060 СБ «Кронштейн»:
- разработать программную траекторию движения робота-манипулятора согласно чертежу детали;
- разработать и реализовать в среде ROBOGUIDE алгоритм совместного управления позиционером и движением сварочного робота-манипулятора.
Автоматизация сварочного процесса ресурсоёмкий процесс, требующий наличия необходимого оборудования и программного обеспечения. Автоматические программные роботы FANUC Роботы серии «М - 101A/8L», выполняют автоматизацию сварочного процесса (сварочных прихваток и сварочных швов), к примеру, кронштейнов рыхлителя бульдозера ТМ10 ГСТ10.
В состав роботизированного комплекса FANUC M-101A/8L входят: - высокоскоростной робот с повышенными инерционными показателями, шкаф автоматики, пультом управления и программирующим устройством; позиционер; сварочная оснастка, состоящая из источника сварочного тока, механизма подачи проволоки и водоохлаждаемой горелки для сварки в защитном газе.
Система автоматизации робота-манипулятора FANUC включает в себя ряд систем, например, систему управления усилием, систему контроля на отсутствие столкновений, систему управления скоростью и траекторией движения насадки сварочного сопла.
В систему управления траекторией движения насадки сварочного сопла кроме контроллера входят приводы, приводящие в движение звенья манипулятора относительно 6-ти степеней свободы, а также датчики линейного и углового перемещений «Force Sensor».
Центральным звеном системы управления движением сварочного сопла ОТС-31 является контроллер R-30iB с встроенным программируемым контроллером станка «iPendant».
Данный роботизированный комплекс в состоянии выполнять стыковой шов, торцевой, нахлёсточный, тавровый и угловой, используя программную траекторию последовательных движений робота манипулятора. Однако дальнейшее программирование совместного управления сварочного робота и позиционера начинается с выбора система координат пользователя, исходя из
карты привязки свариваемой детали, а также задания инструментальной системы координат, задания определённого вида нагрузки и процентной мощности выполнения процедуры сваривания.
Исходя из описанного, в ВКР было составлено программное обеспечение по свариванию деталей оборудования ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель». Однако, на практике, программа требует ряд корректировок, отладок и доработок на реальном роботе с реальными деталями, в виду несовершенства габаритов представляемых частей детали, или отсутствия опыта оператора, по установке и качественного закрепления частей деталей на кондукторе или позиционере.
В состав роботизированного комплекса FANUC M-101A/8L входят: - высокоскоростной робот с повышенными инерционными показателями, шкаф автоматики, пультом управления и программирующим устройством; позиционер; сварочная оснастка, состоящая из источника сварочного тока, механизма подачи проволоки и водоохлаждаемой горелки для сварки в защитном газе.
Система автоматизации робота-манипулятора FANUC включает в себя ряд систем, например, систему управления усилием, систему контроля на отсутствие столкновений, систему управления скоростью и траекторией движения насадки сварочного сопла.
В систему управления траекторией движения насадки сварочного сопла кроме контроллера входят приводы, приводящие в движение звенья манипулятора относительно 6-ти степеней свободы, а также датчики линейного и углового перемещений «Force Sensor».
Центральным звеном системы управления движением сварочного сопла ОТС-31 является контроллер R-30iB с встроенным программируемым контроллером станка «iPendant».
Данный роботизированный комплекс в состоянии выполнять стыковой шов, торцевой, нахлёсточный, тавровый и угловой, используя программную траекторию последовательных движений робота манипулятора. Однако дальнейшее программирование совместного управления сварочного робота и позиционера начинается с выбора система координат пользователя, исходя из
карты привязки свариваемой детали, а также задания инструментальной системы координат, задания определённого вида нагрузки и процентной мощности выполнения процедуры сваривания.
Исходя из описанного, в ВКР было составлено программное обеспечение по свариванию деталей оборудования ТМ.10.506.000 СБ «Рыхлитель». Однако, на практике, программа требует ряд корректировок, отладок и доработок на реальном роботе с реальными деталями, в виду несовершенства габаритов представляемых частей детали, или отсутствия опыта оператора, по установке и качественного закрепления частей деталей на кондукторе или позиционере.
