Тема: Проектирование роботизированного технологического комплекса для фрезерной обработки

В настоящее время происходит роботизация многих сфер человеческой деятельности. Область применения робототехники чрезвычайно широка. Автоматизация многих технологических процессов сводит участие людей в производстве к принятию важных решений и устранению возникающих неисправностей оборудования, повышая при этом производительность. Роботы используются для исследования космического пространства и труднодоступных мест нашей планеты. При помощи роботов проводят сложнейшие хирургические операции на жизненно важных органах, а также разработаны роботизированные протезы конечностей и некоторых внутренних органов. Военная техника становится всё «умнее» и самостоятельнее - управление движением, контроль обстановки, прицеливание и поражение цели зачастую осуществляются автоматическими системами.
Важнейшей целью робототехники помимо создания самих средств робототехники также является разработка технических комплексов и систем, которые базируются на их использовании. Невзирая на постоянное расширение области использования средств робототехники основным направлением такого применения на сегодняшний день остаётся промышленность, главным образом это приборостроение и машиностроение. Именно тут появились первые подобные устройства и сконцентрировано до 80% [1] от всего мирового парка роботов. Роботы, которые используют в промышленности, принято называть «промышленные роботы» (ПР). ПР разделяют на технологических, которые заняты на основных технологических операциях, и вспомогательных, выполняющих вспомогательные операции, связанные с обслуживанием основного технологического оборудования. Технические комплексы с использованием таких роботов, получившие достаточно обширное распространение, называются роботизированными технологическими комплексами (РТК).
РТК - это совокупность технологических средств производства, которая действует автономно и обеспечивает полностью автоматический рабочий цикл в рамках такого комплекса, а также его связь с входными и выходными потоками всего производства и, как правило, включающая в свой состав единицу или группу единиц полуавтоматического технологического оборудования (например, металлорежущие станки с ЧПУ), взаимодействующего с этим оборудованием ПР, а также различного вспомогательного оборудования.
На основе одних и тех же типов моделей оборудования могут быть созданы РТК различных компоновок, обладающие различными технологическими и техническими возможностями. Целью данной выпускной квалификационной работы магистра является проектирование РТК для фрезерной обработки на базе робота KUKA KR300 R2500 Ultra.
Особенностью рассматриваемого комплекса является то, что обработка выполняется не на станке, а посредством манипулятора с рабочим органом шпинделем. Манипуляционный робот (манипулятор) - это устройство, выполняющее ряд функций, аналогичных движениям руки человека, которые он осуществляет в ходе своей трудовой деятельности. Очевидно, что такое устройство очень трудно отделить от тех или иных автоматов, которые позволяют выполнять подобные функции. Однако в отличие от всех прочих автоматических устройств, манипуляционный робот имеет несколько более широкие возможности при выполнении поставленных задач за счёт гибкости (перенастройки) его управляющей системы и исполнительного устройства.
Манипуляционный робот состоит из звеньев, соединённых промеж себя определённым способом. Одно из них представляет собой основание (базу), относительно которого производят отсчёт перемещения и ориентации звена, являющимся рабочим органом манипулятора. Цепочка звеньев, которые соединяют его с базой, образует кинематическую цепь манипулятора. Два соседних звена образуют кинематическую пару, в которой число степеней свободы определяется количеством независимых движений одного звена относительно другого. Зачастую звенья манипуляторов образуют кинематические пары пятого класса, где относительное движение звеньев определяется одним параметром: перемещением или углом поворота. В первом случае (перемещение) это пара поступательного типа, во втором (угол поворота) - вращательного. Из-за существования различных вариантов конструктивных исполнений ПР (тип звеньев и их количество) важным моментом является построение математической модели для описания его движения. С этой целью решаются прямая и обратная задачи кинематики.
Помимо всего прочего, при проектировании РТК в целом необходимо учитывать опыт подобных разработок и тщательно прорабатывать компоновку комплекса, рассматривая все возможные её варианты и подбирая при этом наиболее подходящее в данных условиях оборудование.
К тому же, на этапе проектирования РТК необходимо рассмотреть некоторые моменты, которые будут относиться к дальнейшей работе с комплексом. В первую очередь нужно обеспечить безопасность для персонала, выполняющего работы на РТК. Это должно выполняться как за счёт конструктивных решений компоновки, так и за счёт профотбора операторов оборудования. Также будет нелишним предусмотреть контроль состояния (износа) режущего инструмента. Этот вопрос в настоящее время является проблемным для всех автоматизированных систем.
При обработке изделий на РТК необходимо составлять управляющие программы для оборудования. Сделать это возможно при помощи специальных программ, где также можно выполнить симуляцию обработки с целью доработки и корректировки траектории, режимов резания и т. д.

Купить

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы достигнута намеченная цель и выполнены поставленные задачи. Проведён обзор особенностей проектирования РТК. Изучены типичные компоновки роботизированных комплексов. Рассмотрены используемые в РТК виды оборудования. Найдено три известных технических решения компоновки фрезерных РТК. Отчётливо определено назначение проектируемого комплекса. Составлена компоновка разрабатываемого РТК с использованием CAD-систем. Проведён подробный обзор методов описания кинематики манипуляционных роботов. Составлена математическая модель описания кинематики рассматриваемого ПР, для этого решены прямая и обратная задача кинематики. Произведена разработка примера управляющей программы для спроектированного РТК с использованием PowerMill, а также выполнена симуляция обработки. Подобраны три возможных метода контроля износа режущего инструмента в рассматриваемой автоматической системе. Рассмотрены меры по обеспечению безопасности при работе с РТК, особое внимание уделено методике отбора операторов технических систем, так как безопасность работы исследовательского РТК во многом зависит от работающего на нём персонала.
Разработанный РТК для фрезеровки изделий сложной формы позволяет проводить исследования в области электроприводов, пневмоприводов и мехатронных систем, систем позиционирования, программирования робототехнических комплексов. Также в дальнейшем планируется проводить экспериментальный подбор оптимальных режимов резания для различных обрабатываемых материалов. В целом, данный комплекс имеет широкий спектр возможностей для научных исследований, так как системы, где механическая обработка ведётся при помощи манипулятора, в настоящее время малоизучены

Купить