Роботы для сборки машин

И сборку машин ведут роботы

Без прикосновения рук человека целая система агрегатных станков, объединенных в автоматические линии, выполняет десятки самых разнообразных, самых сложных операций. Станки обтачивают заготовки, сверлят в них отверстия, растачивают их, шлифуют, нарезают резьбы.

Так ведется, например, механическая обработка картера, головки цилиндра, маховика и других сложных деталей дизеля на многих советских машиностроительных заводах — на всем длинном пути к деталям в процессе их обработки практически не прикасается рука человека. Безраздельное царство автоматики! Но, к сожалению, как только поток деталей вливается в сборочный цех, нередко картина резко меняется: машины на сборочном конвейере часто собирают с помощью гаечного ключа и различных сборочных приспособлений.

Подсчеты показывают, что сборочные работы в машиностроительном производстве по трудоемкости занимают сегодня второе место (после механической обработки деталей). Доля же сборочных работ в отдельных отраслях промышленности составляет: в автомобилестроении — 20 процентов; в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении — 22 процента; в тяжелом машиностроении — 30 процентов и в электромашиностроении — 40 процентов.

Если систематически не повышать уровень автоматизации сборочных работ, то это явится серьезным тормозом в деле комплексной автоматизации производства, особенно в машиностроении.

При таком положении нарушается основной принцип комплексной автоматизации: все операции технологического процесса производства машин автоматизированы, а завершающие операции — сборка и упаковка изделий — ведутся ручным способом.

В сложной системе современного автоматизированного производства необходимо иметь сегодня и такие «умные» машины, которые бы выполняли роль сборщиков.

Вот уже несколько лет на сборке трансформаторов применяются роботы-сборщики, которые подключены к автоматической линии ЛАСТ-1. «Руки» двух обслуживающих линию пневматических роботов-манипуляторов выполняют сборочные операции с большой точностью и аккуратностью, т. е. обладают теми качествами, которые необходимы рабочему, стоящему у сборочного конвейера.

Подчиняясь общей программе, конвейер подает катушки трансформаторов на рабочую позицию. Здесь первый робот-манипулятор, не теряя времени, надевает на катушку скобы нижней опоры сердечников. А второй, взяв такие же скобы верхней пары из питателя, сначала опускает их торцы на подушечку с клеем. И лишь потом надевает их на катушку.

Операция сборки на этом заканчивается. Но конвейер несет трансформатор по кольцу сушильной камеры, где клей окончательно затвердевает. На выходе готовое изделие уже «ждут» датчики-контроллеры. Автоматически подключившись к трансформатору, они измеряют его электрические характеристики. А электронный пульт управления «делает» заключение — годен трансформатор или нет. Если все параметры в пределах нормы, робот-манипулятор пропускает изделие дальше, нет — он вынимает бракованный трансформатор из ячейки конвейера.

Роботы собирают сегодня и многие изделия точного машиностроения и приборостроения. Они осуществляют, в частности, сборку пишущих машинок. Робот выполняет не только сборочные операции — укладку, загрузку, установку деталей, завинчивание, монтаж,- но и контрольные. Например, он переносит детали к измерительному устройству, которое сообщает результаты замеров микропроцессору, а тот дает команду, в какой из накопителей робот должен доставить данное изделие.

Роботы ведут и сборку часов. Специальные автоматические станки, оснащенные роботами-манипуляторами, собирают колесную систему малогабаритных будильников, механизмы боя, перевода стрелок и т. д. Соединенные транспортными устройствами — миниатюрными вибрационными конвейерами — отдельные автоматы образуют единую автоматическую линию, на которой и собирается сложный часовой механизм.

Особенно много интересных по конструкции сборочных роботов на автоматизированных заводах, выпускающих электро- и радиоаппаратуру.

Кто бывал на радиозаводах, тот не мог не остановиться перед впечатляющей картиной сборки сложной радиоаппаратуры.

На Рижском радиозаводе имени А. С. Попова успешно применяются роботы для сборки малогабаритных трансформаторов транзисторных радиоприемников, магнитопроводов, трансформаторов. Роботы производят здесь и подготовку выводов сопротивлений, конденсаторов и других радиодеталей к монтажу на печатных платах. На них же выполняется и зачистка выводов, гибка; лужение, обрезка.

Очень эффективны роботы для клепочного соединения различных узлов радиоаппаратуры, расклепывания пакетов роторных и статорных пластин переменных конденсаторов, для сборки патронов ламп напряжением до 6 вольт.

Сборочные роботы появились и на предприятиях, изготовляющих тракторные и автомобильные двигатели. Они и там дают большой эффект. Одна из таких сборочных роботизированных линий создана работниками Научно-исследовательского института технологии тракторного и сельскохозяйственного машиностроения. Установлена она на Харьковском моторостроительном заводе «Серп и молот» и производит автоматическую сборку головки блока цилиндров тракторного и комбайнового двигателя.

Роботизированная линия представляет собой единый агрегат со сложной системой контроля и управления. Все механизмы линии смонтированы на общей станине, которая состоит из нескольких секций. Разделение на секции дает возможность использовать линии в случае изменения конструкции головки.

Для перемещения головок с позиции на позицию в процессе их сборки на линии имеется специальный пульсирующий робот с гидроприводом. В автоматической линии имеется и специальный робот, который перемещает головки в удобное для сборки положение. При сборке головок блока цилиндров двигателей на автоматической линии применяются и другие роботы. Принцип работы большинства из них основан на воспроизведении движений рук сборщика.

Роботизированная линия для сборки головок блока цилиндров работает в определенном ритме (цикле). На головку блока, перемещающегося на конвейере, последовательно устанавливают выхлопные и всасывающие клапаны, пружины и т. д. Головка блока собирается из 80 деталей. Производительность линии — 120 головок в час. Обслуживается она тремя операторами.

На машиностроительных предприятиях появились роботизированные линии для сборки шатунов и целых автомобильных двигателей.

В цехах машиностроительных предприятий все большее применение находит метод вибрационной сборки и комплектования несложных узлов. Осуществляется такая сборка в вибробункерах, вращающихся барабанах, встряхивающих и прочих устройствах, выполняющих роль роботов-манипуляторов.

Анализируя технологические признаки сборочных операций, нельзя не прийти к выводу, что каждый объект сборки состоит из базовых, комплектующих и соединительных элементов. Поэтому в состав любой автоматической или полуавтоматической сборочной установки входят роботы, которые подают и ориентируют детали, следят за сопряжением и закреплением их, контролируют наличие деталей и качество выполнения операции, осуществляют съем готовых изделий.

Наиболее эффективным направлением при разработке сборочного оборудования является сегодня создание агрегатного сборочного оборудования из типовых и унифицированных узлов — модулей. Такие автоматы в случае смены в производстве изделия легко переналаживать: достаточно снять с него одни механизмы, переставить другие и дополнить третьи. Иначе говоря, можно по выбранной конструктором или технологом схеме компоновать любой сборочный станок или сборочную линию. Первые сборочные автоматы, скомпонованные из унифицированных узлов, успешно работают на многих приборостроительных предприятиях.

Применение типовых узлов и деталей в универсальных сборочных автоматах резко сокращает и сроки их создания. Например, на разработку проекта сборочного автомата средней сложности, предназначенного для сборки лишь одного какого-либо вида изделия, уходит девять месяцев. А проектирование подобного автомата на базе унифицированных узлов длится не более двух месяцев и стоимость работ при этом в 3-4 раза меньше.

Универсальным сборочным автоматам принадлежит большое будущее.

Работая над усовершенствованием уже имеющихся сборочных автоматов и созданием новых, советские инженеры используют в их конструкциях все новейшие средства робототехники.

Сборочные роботизированные линии все больше оснащаются системами программного управления. Значительно расширяет возможности автоматизации сборочных процессов применение пневматических устройств управления — пневмоники.

Роботизированные сборочные линии весьма эффективны. Они в 6-10 раз повышают производительность труда, значительно снижают себестоимость продукции и повышают качество сборки изделий. Автоматизация сборки втулочно-роликовых цепей на Красноярском машиностроительном заводе имени В. И. Ленина позволила в 6,5 раз снизить трудоемкость изделий, в 2 раза уменьшить их себестоимость.

Особенно большой эффект дает полная роботизация отдельных операций сборки с подачей деталей из бункеров и автоматическим удалением собранного изделия.

Опыт машиностроительных предприятий показывает также, что роботизированную сборку целесообразнее всего применять в массовом производстве при выпуске однотипной продукции.

Большие надежды ученые и инженеры возлагают на роботы второго и последующих поколений, которые во многом облегчат решение проблем автоматизации сборки.

Специалисты японской компании «Тосиба» создали прототип будущих поколений «интеллектуальных» сборочных роботов, способных без вмешательства человека перестраиваться в процессе изменения производственных задач, возникающих при сборке. Они же составят и программу ее решения.

Конструктивно новый тип сборочного робота напоминает верхнюю часть человеческого тела: он имеет «туловище», две «руки» и «шею», на которой укреплены две видеокамеры. С их помощью робот получает стереоизображение модели будущего изделия. Обладая искусственным интеллектом, робот оценивает трехмерную конструкцию предлагаемой модели готового изделия, разрабатывает технологическую карточку операций по ее сборке и выполняет эту программу.

Робот на Ардуино и машинка на Bluetooth своими руками

Робот – машинка на Ардуино становятся одним из самым популярных инженерных проектов в школьной робототехнике. Именно с таких устройств, автономных или управляемых со смартфона и bluetooth, начинается путь в робототехнику “после Lego”. К счастью, сегодня можно без труда купить все необходимые компоненты и достаточно быстро создать своего первого робота для езды по линии или объезда препятствий. В этой статье вы найдете подробную видео инструкцию как сделать продвинутый автомобиль Arduino Car своими руками, с питанием, датчиками линии, расстояния и управлении через bluetooth.

Робот на ардуино своими руками

В отличие от других проектов, создание робота – автомобиля (Arduino Car) требует понимания и навыков работы сразу с несколькими важными компонентами, поэтому не стоит приступать к созданию машинок без получения базовых навыков работы с платформой Arduino. В любом случае, вам нужно будет но только подключить готовые модули, но и собрать конструкцию, шасси с двигателями, обеспечить правильное питание и управление. Все это потребует определенного терпения.

Робот машина на Ардуино

Вот список ключевых компонентов, которые обязательно встретятся в проекте.

Контроллер Ардуино

Куда уж без него, если мы говорим о проектах на этой платформе. Как правило, роботы машины делают на базе плат Arduino Uno и Nano. Mega будут слишком большие, Pro Mini сложнее подключать к компьютеру и соединять с остальными компонентами, а Leonardo требуют дополнительных навыков в программировании, они дороже и их основное преимущество (тесная интеграция с компьютером в качестве периферийного устройства) в данном случае не слишком востребована.

Есть еще вариант использования плат ESP8266 или ESP32, тогда в проекте появляется возможность управления машиной через WiFi. Но и сами платы и их программирование требует определенных навыков, в этой статье мы будем говорить преимущественно об Uno или Nano.

Конструкция, шасси и двигатели робота на Ардуино

Для того, чтобы что-то поехало или стало перемещаться, надо снабдить “это” колесами, гусеницами или манипуляторами-ногами. Вот тут выбор совершенно не ограничен, можно использовать совершенно любые комбинации и сочетания платформ. Как правило, в качестве начального варианта берутся уже готовые наборы платформ с Алиэкспресс.

Двигатель, шасси и колеса машинки на ардуино

Если работать со стандартными наборами вам не интересно, можно создать платформу своими руками. Например, разобрать игрушечные радиоуправляемые машинки или любые двигатели на 5-12 вольт, с редукторами или без. Колеса можно создать и самим, что тоже является интересной задачей.

Драйвер двигателей

Ардуино – достаточно ранимое устройство, не терпящее больших нагрузок по току. Соединяя его с “брутальными” мощными двигателями, не избежать беды. Поэтому для нормальной совместной работы нам нужно будет включить в схему робота компонент, отвечающий за управление двигателями – подающий и отключающий ток на их обмотки. Речь идет о микросхеме или готовом модуле, которые называют драйвером двигателя. На нашем сайте есть статьи, посвященные драйверам, построенным на схеме H-моста. Если вы покупаете готовые шасси, то обязательно предусмотрите возможность размещения на них подходящего драйвера.

Красивый корпус

Как правило, вся конструкция автомобиля строится вокруг его шасси. Если посмотреть примеры готовых проектов, то они часто выглядят как “провода на колесиках” – внешний вид их изобилует пучками соединительных проводов, ведущих от восседающего на троне контроллера Ардуино к драйверам, моторам и датчикам. Между тем, красивый и функциональный корпус не только вызывает правильные эстетические чувства и помогает выделить вашу модель от остальных. Хороший корпус может превратить игрушку в реальное устройство, помогает привить навыки конструирования и промышленного дизайна, что важно для инженеров любого возраста.

Питание робота

Обеспечение правильной схемы питания – это то, что очень часто оказывается на последнем месте в списке приоритетов начинающих ардуинщиков. Между тем, именно ошибки в схеме электропитания становятся основными причинами проблем, возникающих в процессе работы умных устройств на Ардуино. Создавая ардуино-машинку нужно предусмотреть питание контроллера, двигателей, драйвера и датчиков. У всех них есть свои ограничения и особенности работы, требуется создать оптимальное по весу и сложности решение, позволяющее учесть все эти ограничения.

Питание робота на Ардуино

Создавая по-настоящему автономное устройство робота, нужно побеспокоиться и о времени его работы, и о возможности быстрой подзарядки или смены батареек. Как правило, выбираются решения из следующих вариантов:

• Обычные батарейки AA. Тут нужно понимать, что платы Arduino Uno, Nano и большинство двигателей, используемых в Ардуино-робототехнике, требуют напряжения в диапазоне 6-9 вольт. Поэтому придется собрать вместе последовательно не менее 4 батареек на 1,5 В, причем сами батарейки должны быть хорошего качества и обеспечивать работу с достаточно большим током. Например, большинство солевых батареек этим критериям не удовлетворяют. Батарейки AAA при создании ардуино-машинок практически не используются из-за своей пониженной емкости (хотя могут использоваться в миниатюрных моделях, где размер имеет первостепенное значение).
• Аккумулятор AA. Здесь возникает еще большее ограничение по напряжению и току. Большинство аккумуляторов выдают напряжение 1,2 вольт, поэтому их требуется больше для “собирания” нужных нам 6-9 вольт. Несомненным плюсом является возможность перезарядки.
• Литиевые аккумуляторы 18650. Это уже “серьезная артиллерия”, позволяющая получить большое время автономной работы, возможность подзарядки и приемлемые характеристики по току и напряжению. Рабочее напряжение для таких элементов питания – 3,7 В, что позволяет собирать готовую схему питания всего из двух элементов.
• Другие источники питания. Сюда можно включить как более мощные и габаритные никель-металлгидридные, кадмиевые аккумуляторы, так и многочисленные литий-ионные “плоские” варианты, используемые в дронах, смартфонах или другой портативной цифровой технике.

Каким бы ни был источник питания, нужно обеспечить его надежное крепление, удобное расположение, защиту от воздействия недружелюбной окружающей среды. Если вы подключаете к одному источнику и контролер, и двигатели, и датчики, то нужно позаботиться о правильной схеме, включающей, например, надежную связь “по земле” всех устройств.

Где купить платформу и запчасти

Все, о чем говорится в этой статье, можно без проблем купить на всем известном сайте. К сожалению, подавляющее большинство предложений основываются на стандартной платформе 4WD автомобиля с двумя несущими планками, не очень надежными двигателями и колесами, любящими ездить в “развалочку”. Но эти варианты относительно не дороги и вполне подойдут для начала работы.