Структура и управление манипуляционных систем технологических роботов при лазерной резке объемных объектов

• Автор: Ифанов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 227 с. : ил.

1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ РОБОТИЗИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
л ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
1.1. Структура роботизированных технологических комплексов лазерной обработки
1.2. Основы физических процессов газолазерной резки металлов
1.3. Общие вопросы управления технологических комплексов
лазерной резки
Выводы
2. СТРУКТУРЫ МАНИПУЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛАЗЕР-РОБОТОВ
2.1. Принципы построения манипуляционных систем лазер-роботов
2.2. Структура системы транспортировки излучения
2.3. Упругие деформации и рабочее пространство
Ф манипуляционной системы лазер-робота
2.4. Математические модели манипуляционной системы лазер-робота.... 82 . 2.5. Система приводов манипуляционной системы лазер-робота
Выводы
3. СТРУКТУРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МАНИПУЛЯЦИОННОЙ СИСТЕМОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЛАЗЕР-РОБОТА
3.1. Кинематическое и динамическое управление движением оптической головки при обработке объектов с недетерминироваными геометрическими параметрами
3.2. Алгоритмы управления при обработке объектов с недетерминироваными геометрическими параметрами
3.3. Координатно-параметрическое управление с учетом неопределенности технологических параметров процесса обработки
3.3. Управление приводами технологических роботов при выполнении операции подготовки поверхности
3.5. Дистанционно-автоматическое управление
и обучение лазер-робота
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Описание лабораторной установки
4.2. Экспериментальное исследование возможности применения серийного промышленного робота в качестве манипулятора оптической головки
Выводы
_ Заключение
. Литература
ПРИЛОЖЕНИЯ

Современная экономическая ситуация требует правильного выбора приоритетов развития отечественной науки и техники. Одним из таких приоритетных научно-технических направлений является гибкая автоматизация, включая роботизацию производственных процессов. Гибкость производства основана на применении новых высокоэффективных технологий, автоматизированного, с элементами искусственного интеллекта, технологического оборудования, в т.ч. технологических роботов, и открытой архитектуры компьютерных систем проектирования, управления и контроля. Это одна из главных особенностей технического и технологического перевооружения существующих производств, создания новых производств, приспособленных к функционированию в условиях рыночной экономики. Уровень роботизации является одним из показателей научно-технического, промышленного и военно-стратегического потенциала каждой страны.
Развитие робототехнических систем, как средств гибких автоматизированных производств, определяет второй этап развития робототехники, связанный с созданием технологических (производственных) роботов, непосредственно выполняющих операции контактной механобработки, характеризующихся сложной пространственной обрабатываемой поверхностью при невысоких требованиях к размерной точности, бесконтактной (лазерной, гидроабразивной) обработки режущим инструментом; обработки поверхностей путем их окраски или напыления антикоррозионных жидкостей; испытания, контроля; монтажно-сборочных и сварочных операций. Одной из главных особенностей развития робототехники является тенденция создания унифицированных комплектующих узлов, устройств и универсальных технологических роботов с расширенными функциональными возможностями и технологической гибкостью.
Современное развитие производства связано с внедрением новых технологий, применением нетрадиционных материалов и способов обработки. Одно из наиболее перспективных направлений развития и внедрения высокотехнологических способов обработки на сегодня связано с применением лазера [12].
Основными особенностями лазерной обработки, обеспечивающими эффективность применения по сравнению с традиционными технологиями, являются значительное повышение точности и качества, локальность воздействия, определяющая отсутствие деформации изделия, гибкость, возможность практически полной автоматизации и быстрой перестройки процесса. Немаловажную роль играет экологическая чистота лазерных технологий.

Лазерные технологии дают возможность не только увеличить скорость обработки, но и получить принципиально новые результаты во всех областях применения.
Современная ситуация в индустриальной лазерной технике характеризуется постоянными новыми разработками и усовершенствованиями в области повышения качества лазерного излучения, увеличения мощности лазерных установок, снижения стоимости лазерного оборудования. Однако широкое внедрение лазерных технологий в промышленную практику сдерживается значительными капитальными и эксплуатационными затратами.
Сравнительный стоимостной анализ удельных (на единицу длины обработки) затрат на резку для различных методов (лазерной резки, газовой резки, резки плазмой, и водяной струей) и материалов без учета технологических аспектов показывает достаточно высокий уровень этих затрат. [14]. Однако решающими для промышленного применения являются не только экономические причины, но и технологические преимущества лазерных технологий перед аналогами.
Особенно эффективно применение лазерных технологий в тех случаях, когда невозможно использовать другие технологии (например, при обработке хрупких и очень твердых материалов) или когда лазерная обработка позволяет получить уникальные результаты, не достижимые для других видов обработки (например, при нанесении синтетического алмазного покрытия на поверхность деталей без использования вакуумного оборудования). Наиболее рационально использовать лазерное оборудование в мелкосерийном производстве, когда более дорогое и производительное оборудование не окупается, а также при обработке особо сложных деталей, когда лазерная обработка не оказывает существенного влияния на окончательную стоимость детали.
Анализ состояния мирового рынка лазерной промышленности, комплексов и установок лазерной обработки, показывает значительный рост объемов приобретения лазерных технологических установок [13, 93, 142]. Объем рынка удваивается каждые три - четыре года. По виду применения более половины мирового рынка занимают лазерные установки и комплексы, предназначенные для обработки материалов.
В настоящее время созданы, серийно выпускаются и широко применяются для разных назначений: газовые лазеры, включая Не-Не-лазеры, Не-Сб-лазеры, ионные лазеры, лазеры на парах металлов, непрерывные С02-лазеры, импульсивно-периодические ССЬ-лазеры, СО-лазеры, экси-мерные лазеры; твердотельные лазеры, включая Кб-УАО-непрерывные и импульсно-периодические лазеры, лазеры на других кристаллах; лазеры на красителях (растворах); полупроводниковые лазеры (непрерывные инжекОдной из проблем, возникающей в случае реализации полностью совмещенного варианта, является значительная величина упругих деформаций звеньев ввиду значительного увеличения масс шарниров, что не позволяет считать их абсолютно жесткими. В этом случае необходимо произвести расчет значения сил, моментов и деформации наиболее нагруженных элементов конструкции.
Так, в конструкции робота, рассмотренного в работе [111], точность позиционирования конечной точки звена обеспечивается компенсацией статического прогиба звенев системой тросовых растяжек. Регулирование натяжения тросовых растяжек осуществляется вручную или автоматически, путем применения специальных электромеханических систем.
Решением проблемы разгрузки шарниров совмещенной системы «манипулятор ОГ - СТИ» может служить использование в степенях подвижности безредукторных моментных электродвигателей или использование компоновочных схем построения манипуляционной системы с приводами М/, вынесенными на общее неподвижное основание (рис. 2.3 а, б) [74, 85]. Однако недостатком таких схем является наличие силовой и кинематической взаимосвязи движений, люфта в зацеплении кинематических элементов.