Роботизация поста технического обслуживания и ремонта автомобилей

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 04.02.2016 2016-02-04

Статья просмотрена: 151 раз

Библиографическое описание:

Васенин, А. С. Роботизация поста технического обслуживания и ремонта автомобилей / А. С. Васенин, А. Г. Шумков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 3 (107). — С. 85-87. — URL: https://moluch.ru/archive/107/25695/ (дата обращения: 24.03.2021).

На сегодняшний день технологии помогают существенно упростить трудоемкие процессы на производстве. С этой же целью был спроектирован робот-помощник, позволяющий найти необходимую информацию по обслуживаемому автомобилю и сократить некоторое количество второстепенных операций механика при проведении технического обслуживания или ремонта автотранспортного средства.

Ключевые слова: робот-помощник, техническое обслуживание и ремонт, манипулятор.

Количество автомобилей с каждым годом растет, пропорционально этому растет рынок услуг по ремонту и обслуживанию. Ремонт современного автомобиля достаточно сложный и трудоемкий процесс. Несмотря на то, что существует множество приспособлений, упрощающих работу механика, она по-прежнему отнимает много сил и времени. Для сокращения времени работы и трудоемкости был спроектирован робот-помощник, который позволил бы переложить выполнение на него некоторых операций, тем самым упрощая процесс ремонта и обслуживания автомобиля.

Робот-помощник представляет собой колесную платформу со следующим оснащением: манипулятор, емкости для инструмента, микрофон, видеокамера, синтезатор речи, монитор, а также емкость для некоторых запасных частей. Управление роботом осуществляется голосовыми командами, в течение нескольких секунд команда обрабатывается, а затем робот-помощник начинает выполнять поставленные задачи.

Функциональные возможности робота на основе восприятия голосовой команды:

1. Подача необходимого инструмента
2. Получение запасных частей со склада
3. Поиск и выведение на экран монитора, необходимой для механика, информации по ремонту или обслуживанию автомобилей

Действия манипулятора должны быть точно рассчитаны, иначе точность позиционирования будет существенно снижена, и возможность выполнения манипулятором своих задач уменьшится. Количество сегментов манипулятора и степень свободы самого манипулятора, как и схвата, ограничено его подвижностью. Манипулятор будет иметь три сегмента, а схват сможет вращаться вдоль продольной оси и поворачиваться в вертикальной плоскости. Также выходное звено будет иметь дополнительное движение для зажима детали. Кроме того, манипулятор должен поворачиваться вокруг своей оси. В качестве движущей силы манипулятора мы решили использовать серводвигатели по следующим причинам: точность двигателей весьма высока; робот точно «знает», в какое положение необходимо определить каждое звено манипулятора; аккумулятор сможет обеспечить достаточное количество циклов работы серводвигателей; усилия, создаваемого серводвигателями, будет достаточно для решения повседневных задач робота.

Определение абсолютного положения схвата манипулятора в пространстве решается математическим методом.

Рис. 1. Схема манипулятора

Первый поворот в шарнире A на угол вокруг единичного вектора . При этом векторы изменят свое положение и перейдут в векторы . Эти векторы могут быть найдены по формуле Родриго: , где ˗ единичные векторы (орты) декартовой системы координат; s = 2; 3(число осей единичного вектора).

Произведение трех векторов последнего слагаемого выше приведенного уравнения равно 0, так как векторы коллинеарны между собой и ортогональны вектору ; следовательно, получим:

(1)

Второй поворот в шарнире B на угол вокруг вектора :, (2)

где ˗ единичный вектор декартовой системы координат; s = 2; 3. Подставляем в формулу (2) выражение (1), получим:

Третий поворот осуществим в шарнире C на угол вокруг вектора .

Следует иметь в виду, что два поворота на углы и вокруг параллельных осей эквиваленты одному повороту на угол , поэтому:

(4)

После определения векторов, задающих положения векторов и звеньев, легко находятся радиус-векторы точек механизма:

(5)

Найденные векторы полностью определяют абсолютное положение схвата манипулятора в пространстве.

В заключение можно отметить, робот-помощник существенно сократит время ремонта или технического обслуживания за счет того, что возьмет на себя часть несложных работ. Используя этого робота, механик сможет, не отвлекаясь на вспомогательные операции, качественно выполнить ремонт и техническое обслуживание автомобиля.

1. Поезжаева Е. В. Промышленные роботы: учеб.пособие: в 3ч. / Е. В. Поезжаева. — Пермь: Изд-во Перм. гос. тех. ун-та,2009. — Ч.2. — 185 с.
2. Проблемы механики современных машин: Материалы V международной конференции. — Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. — Т. 3. — 276с., ил. — Поезжаева Е. В., «Шагающий робот с контурной системой управления», с.227.
3. Поезжаева Е. В., Васенин А. С., Шумков А. Г. Роботизация фермерских хозяйств по обработке растений // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. 2014. № 3. С. 59–62.

Покрасочные роботы-манипуляторы

Автоматизация покрасочного процесса с помощью роботизации стала той технологией, без которой невозможно представить ни одно массовое крупносерийное производство, в его технологическом процессе предусматривается нанесение лакокрасочных покрытий, грунтования, склеивания и т. д. При сверхкрупных объемах использование ручного труда становится неэффективным, так как требует наличие огромного числа персонала, обладающего обходимой квалификацией. В таких случаях на производствах устанавливаются конвейерные линии из нескольких покрасочных роботов, которые существенно повышают скорость процесса и более эффективны в производстве.

Что такое покрасочный робот: описание и назначение

Промышленные покрасочные роботы уже несколько десятилетий используются на крупных производствах, в частности – в автомобильной промышленности. Первые представители этого класса были гидравлическими. В сравнении с современными электронными установками они имели невысокие характеристики качества и безопасности.

Роботы, применяемые сегодня, предельно точны и способны обеспечить результат с однородным нанесением покрытия и фиксированной толщиной.

Со временем снизилась и стоимость таких машин, что привело к их популяризации среди компаний. Современные покрасочные роботы отличаются многообразием, они различаются по своим характеристикам, размеру и области применения.

Чаще всего, такие машины имеют 5–6 координатных осей, из которых три служат для определения координат основных движений рабочего инструмента, а дополнительные – для ориентации в пространстве аппликатора.

Роботы для покрасочных работ обеспечивают сравнительно более точное управление процессом. С помощью специальных программ оператор установки способен максимально точно задать все параметры для каждого из этапов нанесения лакокрасочных материалов, в том числе – ширину веера, зону, в которой будет распыляться краска, давление в устройстве подачи краски, величину электростатического заряда и др.

При этом робот самостоятельно контролирует все изменения перечисленных параметров и исключает возможность их изменения. Это позволяет окрашивать даже большие поверхности максимально ровно. Также автоматизация процесса снижает расход материала. К тому же экономится не только сама краска, но и растворитель, меньше изнашиваются фильтры, а камера защищается от грязи и пыли.

Стоит также отметить, что использование роботов-маляров приводит к сокращению брака на производстве. Не приходится и дорабатывать детали, прокрашивая их вручную.

Промышленные покрасочные роботы-манипуляторы минимизируют избыточное распыление, а значит, исчезает необходимость постобработки изделий.

С использованием роботов повышается и безопасность работ. Это обусловлено тем, что краски и растворители являются легковоспламеняющимися материалами, а при производстве роботов применяются особые технологии, позволяющие им иметь защиту от взрывов и высоких температур.

Сферы и перспективы использования

Чаще всего покрасочные роботы используются для следующих задач:

1. Покраска и нанесение разнообразных покрытий на колесные диски машин. Робот специальным захватом фиксирует диск, затем, непрерывно вращая, наносит на него несколько слоев краски, а в завершение перемещает его в полимеризационную камеру, где установлена высокая температура.
2. Нанесение покрытий на чаши ванн и душевые поддоны. Чаще всего на таких производствах устанавливается конвейерная линия, где роботы наносят на изделия слой эмали, а затем перемещают их в специальную камеру для просушки.
3. Покраска деталей автомобилей. Это самая распространенная сфера применения роботов-маляров. На таких автоматизированных производствах изделия на конвейере поступают в камеру для покраски.
4. Роботы также применяются для окраски металлических дверей и оконных рам. При окраске дверей они находятся на статичном основании, а при окрашивании рам используется конструкция, где изделия подвешиваются на движущемся конвейере и красятся в процессе движения. Для этих целей используются роботы, имеющие 4 координатные оси. Это позволяет обеспечивать стабильно высокое качество покраски без потеков и избыточного расхода материала.
5. Мебельная промышленность. С помощью покрасочных роботов окрашиваются детали изделий, а также наносится лак на деревянные поверхности.

Роботы для покраски авто: преимущества автоматизированного покрасочного цеха

На производствах, где изготавливаются автомобили, покрасочные цеха являются важной частью завода. Окрашивание машин необходимо не только для того, чтобы они были красивы внешне, но и для защиты от коррозии и прочих повреждений, вероятность которых довольна высока при эксплуатации.

Разработка технологии для покраски автомобилей являлась приоритетной для робототехники. На сегодняшний день практически все операции по окраске автоматизированы. Покрасочных роботов применяют не только крупные автоконцерны, но и небольшие предприятия, принадлежащие частникам.

Помимо нанесения краски, роботы могут быть применены для черновой обработки поверхностей, зачистки, шлифования, промывки, сушки, а также нанесения антикоррозийного покрытия и шлифовки.

Автоматизированный покрасочный цех на автомобильном заводе состоит из нескольких частей, каждая из которых предназначена для пошагового проведения операций по покраске.

Перед тем как приступить к окрашиванию, автомобильные детали тщательно обрабатываются. Они промываются, а также проходят процедуру фосфатирования и грунтования. После этого наносится мастика. Благодаря этому кузов автомобиля получает надежную защиту от коррозии.

Затем кузов грунтуется повторно, с учетом цвета автомобиля – для разных оттенков используются светлые или темные мастики. Далее детали отправляются в специальные камеры, оборудованные сушильными панелями, нагревателями, зеркальными лампами и др. Технология позволяет контролировать процесс сушки, обеспечивая нагревание поверхности от подложки к поверхности, не образовывая корки на поверхности.

Далее корпус будущего автомобиля перемещается в покрасочную камеру. Здесь установлены высокотехнологичные манипуляторы, они оснащены инструментами струйного типа и специальными шлангами, которые обеспечивают вторичную грунтовку и нанесение цветного покрытия. Завершающий этап – нанесение лака, который убережет кузов от царапин и воздействия агрессивной внешней среды.

Внутри каждой рабочей руки робота-маляра находится сложнейшая система трубопроводов, которая предназначена для подачи и регулировки жидкого лакокрасочного материала в рабочую зону.

После того как все слои нанесены – кузов перемещают в специальную печь до полного высыхания.

Покрасочные роботы могут быть настроены для окрашивания комплексных или многоразмерных деталей, выполнения частичной покраски автомобиля, переключения между разными оттенками и материалами и т. д. Программирование установки производится демонстрационным методом. Этот подход позволяет автоматизировать работу с деталями любого размера.

ВАЖНО! Несмотря на то что роботы полностью окрашивают автомобили, уйти полностью от использования ручного труда невозможно. Операторы контролируют процесс и при обнаружении дефектов ликвидируют их с помощью специальных паст и шлифовальных кругов.

К преимуществам автоматизации покрасочных работ в автомобильном производстве относят:

• Безопасность. Использование роботов позволяет избежать длительного контакта человека с агрессивными веществами, которые выделяются лаками и красками, и могут способствовать развитию болезней легких.
• Повышение производительности. Работа цеха может быть автоматизирована и проводится круглосуточно. Влияние также оказывает увеличение скорости передвижения деталей и точность позиционирования.
• Качество работ. Роботы-маляры способны наносить покрытие с заданной толщиной слоя и минимальными отклонениями от траектории.
• Быстрое обучение машин. Чтобы настроить ПО, достаточно 3–4 часов.
• Быструю окупаемость.

Принцип работы покрасочного робота

Принцип работы покрасочных роботов заключается в способности распылять лакокрасочные материалы на заданные поверхности в соответствии с настройками, заданными оператором.

Основной особенностью процесса является нахождение предмета в специальной камере, из которой с помощью специальных фильтров удаляется все летучая пыль. Затем воздух, проходя сквозь вентилятор приточного типа, поступает в теплообменник, где нагревается до 20 градусов, и попадает в чердачное пространство камеры, где повторно проходит повторную, более тонкую очистку.

На этом этапе крайне важно, чтобы воздух не перегревался. В противном случае в камере может образоваться конденсат, который может стать причиной возникновения брака и поломок.

Трубопроводы, предназначенные для подачи красок, могут быть выполнены как из мягких, так и из жестких материалов. Если выбран второй вариант – оператор должен тщательно рассчитывать прочность всех имеющихся изгибов. Именно трубопроводная система является слабым местом покрасочных роботов – она нередко выходит из строя, герметичность нарушается, а это, в свою очередь, приводит к поломке всего механизма.

Компании, использующие покрасочных роботов

Практически все мировые автоконцерны используют роботов в своем производстве. К самым известным относят:

• Toyota Motors. Главным принципом организации покрасочного цеха является соблюдение чистоты и порядка на всех производственных линиях. Покрасочная линия состоит из нескольких роботов, которые без участия человека обрабатывают, красят и сушат детали.
• Заранее подготовленный автомобильный кузов здесь окрашивают сразу несколько роботов. Они сами открывают и закрывают двери, крышки капота и багажника и др. Линия организована таким образом, что каждый новый подаваемый кузов может быть выкрашен в свой цвет, отличный от предыдущего. При этом линия не требует остановки и промывки. В покраске используются разнополярно заряженные частицы, что обеспечивает высокое качество лакокрасочного покрытия. После нанесения краски кузова подается в спинальную печь для полимеризации.
• Самые современные покрасочные линии в мире. Роботы на этом заводе самостоятельно измеряют геометрию кузова, проводят контроль качества, выравнивают, красят, сушат и полируют детали.
• Покрасочная линия завода отличается миллиметровой точностью в нанесении покрытия. Наносится последовательно несколько слоев, толщина каждого при этом не превышает 1/10 мм. В грунтовочной смеси технология предусматривает воду вместо растворителей, что способствует увеличению степени защиты от воздействия окружающей среды.
• Покраска полностью автоматизирована и проводится безвоздушным способом в специально созданных условиях, гарантируя равномерность нанесения краски на кузов. Весь процесс контролируется компьютером. Эмаль при этом разбрызгивается не потоком воздуха, как в других моделях покрасочных роботов, а с помощью форсунок, к которым краска подается под давлением. После покраски кузов перемещается в камеру с высокими температурами для проведения полимеризации.
• Lada Автоваз. Большинство процессов автоматизировано, роботы красят все, кроме внутренних кузовных элементов – их окрашивают рабочие, одетые в защитные костюмы. Краска наносится мелкими распылителями, которые обеспечивают равномерность покрытия.

Современные покрасочные роботы манипуляторы

К самым популярным покрасочным роботам манипуляторам относят устройства компаний Hanwha, KUKA и Fanuc. Опишем их подробнее.

Коллаборативные роботы Hanwha HCR-A

Робот отличается непревзойденной маневренностью, точностью и простотой в управлении. Для управления им не требуется наличие специальных знаний или навыков. К тому же благодаря огромному числу датчиков обратной связи он абсолютно безопасен для человека.

Эта модель кобота отличается сравнительно небольшими размерами и хорошо вписывается в ограниченные пространства.

Роботы этой серии обладают следующими преимуществами:

• Увеличенная длина кабеля (до 10 метров). При необходимости производитель может заменить кабель на более гибкий – U-Bend grade, который может быть установлен при использовании устройства в сочетании с движущимися платформами.
• В сравнении с предыдущими поколениями роботов Hanwha HCR-A обладают повышенными показателями повторяемости (до 0,05 мм). Это существенно повышает качество и точность работы.
• Низкий уровень шума.
• Наличие встроенной шины типа.
• Возможность подключать дополнительное оборудование.
• Можно устанавливать кобот на наклонной (до 30 градусов) поверхности.

Робот KUKA KR 6 R900 SIXX HM-SC(KR AGILUS HYGIENIC MACHINE)

Представляет собой высокоскоростную модель с повышенной точностью, которая была разработана для работы в ограниченных пространствах на протяжении длительного времени. Он подходит для работы с некрупными деталями, обладает высокой точностью и практически не требует обслуживания.

Робот представляет собой шестиосевой прибор, который может быть установлен практически на любой поверхности, в том числе – на потолке и на полу. Собственный вес прибора составляет всего 52 кг.

Робот может быть использован для работы в чистых помещениях, во взрывоопасных зонах и т. д. Это универсальное устройство, подходящее для решения практический любых задач.