Структурно-гибкая производственная система

 

Использование: машиностроение, в частности устройства для автоматической наладки агрегатных линий механообработки и сборки. Сущность изобретения: исполнительные устройства с позиционным управлением выполнены в виде двух частей - исполнительного ведомого механизма 1 и мобильного приводного блока 2; общего для всей системы. Приводной блок содержит целиком привод, включая двигатель, редуктор. передачу винт-гайка качения и систему непосредственного измерения выходного ведущего звена приводного блока относительно основания исполнительных устройств. Исполнительный ведомый механизм состоит из исполнительного звена, составляющего с основанием кинематическую пару. Предложены устройства фиксации ведомых механизмов и стыковки их с приводным блоком. Предусмотрено измерение фактического положения исполнительных звеньев измерительной системы приводного блока перед операцией регулировки. Приводной блок 2 в нерабочем положении находится в ячейке хранения накопителя 3, для осуществления операции наладки переносится автоматическим транспортным средством или человекомгоператором, поочередно стыкуется с исполнительными механизмами 1 и выводит их исполнительные звенья в требуемое положение. 6 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 0 41/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

О

О (21) 4860539/08 (22) 20.08.90 (46) 07.04.93. Бюл. М 13 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) А.Н;Тимофеев и Е.А.Новиков (73) А.Н.Тимофеев (56) Заявка Японии М 62-54617, кл. В 23 Q 39/04, 5/40, 1987. (54) СТРУКТУРНО-ГИБКАЯ ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СИСТЕМА (57) Использование: машиностроение, в частности устройства для автоматической наладки агрегатных линий механообработки и сборки. Сущность изобретения: исполнительные устройства с позиционным управлением выполнены в виде двух частей— исполнительного ведомого механизма 1 и мобильного приводного блока 2; общего для всей системы. Приводной блок содержит целиком привод, включая двигатель, редуктор, „„5U 1807928 А3 передачу "винт-гайка качения" и систему непосредственного измерения выходного ведущего звена приводного блока относительно основания исполнительных устройств.

Исполнительный ведомый механизм состоит из исполнительного звена, составляющего с основанием кинематическую пару. Предложены устройства фиксации ведомых механизмов и стыковки их с приводным блоком.

Предусмотрено измерение фактического положения исполнительных звеньев измерительной системы приводного блока перед операцией регулировки. Приводной блок 2 в нерабочем положении находится в ячейке хранения накопителя 3, для осуществления операции наладки переносится автоматиче-, ским транспортным средством или человеком-.оператором, поочередно стыкуется с исполнительными механизмами 1 и выводит их исполнительные звенья в требуемое положение. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1807928 изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании гибких производственных систем механообработки, сборки и других технологических операций различных отраслей промышленности.

Цель изобретения — повышение надежности системы за счет измерения фактического положения исполнительных звеньев, На фиг. 1 показана структурно-гибкая производственная система (СГПС), построенная на основе роторной автоматической линии; на фиг. 2 — одна из рабочих позиций

СГПС; на фиг. 3 — мобильный приводной блок, оснащенный лазерным датчиком системы измерения положения выходного ведущего звена приводного блока: на фиг, 4— мобильный приводной блок; оснащенный инкрементальным датчиком индуктивного или оптического типа системы измерения положения выходного ведущего звена; на фиг. 5 — мобильный приводной блок, фиксирующийся на фрикционном элементе, вид сбоку; на фиг. 6 — приводной мобильный блок, фиксирующийся на направляющих, вид сбоку.

В состав структурно-гибкой производСтвенной системы входят система управления, исполнительные, ведомые механизмы 1 (фиг. 1), один или несколько приводных мобильных блоков 2, выполненных с возможностью перемещения между исполнительными ведомыми механизмами 1 и ячейками хранения накопителя 3 транспортным средством 4 или вручную человеком-оператором.

Исполнительный ведомый механизм 1 (фиг. 2) состоит из основания 5, в котором в кинематической паре — направляющей 6 смонтировано исполнительное звено 7 и тормозной механизм, На исполнительном ведомом звене 7 (фиг. 3) размещены стыконочные элементы в виде торцевой базовой плоскости 8 и захватываемого элемента 9, выполненного в виде отверстия.

Тормозной механизм состоит из рабочего элемента 10, расположенного в направляющих в исполнительном звене 7, клиновой передачи 11, фиксирующей пружины 12 и ведомого звена 13, в котором выполнен захватываемый элемент 9 стыковочного устройства исполнительного звена

7, Такая конструкция тормозного механизма обеспечивает выполнение операции фиксирования приводного мобильного блока 2 на исполнительном звене 7 и операции растормаживания исполнительного звена 7 одним приводом, В корпусе 14 приводного блока 2 размещены привод, состоящий из двигателя 15 и передач 16, выходное ведущее звено 17, зажимное устройство, состоящее иэ двигателя

18, передач 19 и рабочего звена 20, и фиксатор 21, имеющий ответную часть на корпусе

5 14, Корпус оснащен также посадочной поверхностью 22, выполненной с возможностью скольжения по направляющим 6 или по специальным поверхностям, Выходное ведущее звено оснащено

"0 стыковочным узлом, имеющим торцевую ведущую базу 23 и устройство затяжки, датчиком касания 24 и лазерным датчиком 25 системы непосредственно измерения положения ведущего звена 17 относительно основания 5 исполнительного механизма 1, Устройство затяжки состоит из цанги

26, распорного конуса 27, привода, включающего двигатель 28 и передачи 29 и пружины 30.

На основании 5 исполнительного ведомого механизма 1 установлен отражатель

31. Если лазерный датчик 25 предполагается для работы в режиме измерения приращений, т,е, измеряет относительную величину смещения (датчик инкрементального типа), то на основании 5 дополнительно устанавливается упор 32 (фиг, 4), а на выходном ведущем звене 17 приводного блока 2 — датчик касания 33 или упор 34 (фиг. 5).

Вместо лазерного инкрементального датчика могут использоваться инкрементальные датчики оптического или индуктивного типа (фиг. 4), Линейка 35 инкрементального датчика устанавливается на основании 5, а считывающее устройство 36 — на выходном ведущем звене 17 приводного блока 2.

Рабочее звено 20 зажимного устройства корпуса 14 приводного мобильного блока 2

40 выполнено с воэможностью взаимодействия и фиксации на направляющих 6 (фиг. 6) или на фрикционном элементе 37 (фиг. 5).

Если в качестве транспортного средства предполагается использовать промышлен45 ный робот или другое техническое устройство, то для крепления мобильного блока 2 к этому транспортному устройству мобильный блок 2 оснащен плавающей подвеской. которая состоит из фиксаторов 38, подпру50 жиненных пружинами 39 и 40, и выполненный с возможностью жестко удерживать приводной мобильный блок 2 при транспортировке. Для захватывания приводного блока 2 транспортным средством 4 на

55 плавающей подвеске предусмотрен фланец модуля автоматической смены рабочих органов 41, На фиг, 1 и 2 также отмечены обрабатывающая головка 42, ротор автоматической линии 43, обрабатываемая заготовк 44, 1807928

10 либо человек-оператор по команде системы 15 управления выбирает необходимый приводной блок 2 из ячеек хранения накопи30

35 мещается транспортным средством 4 по направлению к упору 32 до поджатия к 40

Структурно-гибкая производственная система работает следующим образом. В процессе обработки заготовок или сборки изделия все исполнительные звенья исполнительных механизмов зафиксированы в своих кинематических парах на основании с помощью тормозных устройств и имеют положения, заданные им при предыдущей регулировке. Приводные мобильные блоки хранятся в ячейках хранения накопителя 3.

При переходе СГПС на обработку или сборку изделия нового типа производится настройка СГПС, Транспортное средство 4 теля 3 по критериям исправности и соответствия специфике настраиваемого исполнительного механизма, в том числе по точности, скорости, нагрузке, типоразмерам стыковочных элементов ведомых звеньев. В случае использования транспортного средства 4 выбранный приводной блок 2 захватывается транспортным средством 4 за фланец модуля автоматической смены рабочих органов 41, фиксируется на транс, портном средстве 4 и далее переносится им к требуемому исполнительному механизму

1. В конце фазы перемещения приводной блок 2 своей посадочной поверхностью 22, выполненной на корпусе 14, направляющих

6 основания 5 исполнительного ведомого механизма 1, Под действием усилия со стороны транспортного средства 4 сжимаются пружины 39 и 40, и фиксаторы 38 освобождаются из своих гнезд. Скользя по направляющим 6, приводной блок 2 перенему выходным ведущим звеном 17. При этом срабатывает датчик касания 39, сигнал которого сообщает системе управления о достижении начала отсчета. По этому сигналу система управления приводит счетчик инкрементальной измерительной системы в нулевое положение.

Далее приводной блок 2, скользя в направляющих 6, перемещается транспортным средством 4 к исполнительному звену

7. При этом считывающее устройство инкрементального датчика 36 системы измерения положения ведущего звена 17, скользя вдоль линейки 35, закрепленной на основании 5, генерирует электрические импульсы, количество которы:с пропорционально пройденному расстоянию, Счетчик системы измерения суммирует количество импульсов и определяет абсолютную вели20

55 чину перемещения ведущего звена 17 относительно начала отсчета.

Аналогичным образом происходит определение величины перемещения ведущего звена 17 инкрементальной измерительной системой, использующей лазерный датчик

25 с отражателем 31.

Движение продолжается до упора стыковочного узла выходного ведущего звена

17 в стыковочные элементы исполнительного звена 7 и срабатывания датчика касания

24, сигнал с которого служит измерительной системе для определения конца фазы измерения исходного положения выходного ведущего звена 17, Вместо датчиков касания 24 и ЗЗ могут использоваться механические упоры 32 и

34, в этом случае сигналами достижения начала и конца отсчета для измерительной системы будут служить сигналы перегрузки в момент остановки от датчиков тока или момента системы управления приводами транспортного средства, или сигнал отсутствия приращения перемещения по времени от детектора скорости приращения измерительной системы.

Далее происходит затяжка стыковочного узла ведущего звена 17 приводного блока

2 в захватываемом элементе 9 исполнительного звена 7, Двигатель 28 через передачи

29 перемещает распорный конус 27, который при этом расклинивает цангу 26 в захватываемом элементе 9, и сжимая пружину

30, притягивает торцевую ведущую базу 23 ведущего звена 17 к торцевой базовой плоскости 8 исполнительного звена 7 исполнительного ведомого механизма

Дальнейшее перемещение цанги 26, расклиненной в захватываемом элементе 9, вызовет перемещение ведомого звена 13, которое, преодолевая сопротивление фиксирующей пружины 12, растормаживает клиновую передачу 11 и освобождает рабочий элемент 10 тормозного механизма, и таким образом, дает исполнительному звену 7 возможность свободно перемещаться в направляющих 6. После этого срабатывает зажимное устройство, которое двигателем 18 через передачи 19 приводит в движение рабочее звено 20 и производит фиксацию корпуса 14 приводного блока 2 в, направляющих 6 или на фрикционном элементе 37.

Устройство готово к выполнению настроечной операции.

В соответствии с программой и показаниями измерительной системы, система управления приводит в действие двигатель 15 приводного блока 2, который через передачи 16 переводит выходное ведущее звено

1807928

20

35

50

17, а вместе с ним и исполнительное звено

7 исполнительного механизма 1 в заданное положение, Затем производится расфиксация зажимного устройства двигателем 18 и раскрепление устройства затяжки двигателем

28. При этом под действием фиксирующей пружины 12 через клиновую передачу 11 происходит фиксация рабочего элемента 10 и тем самым срабатывание тормозного механизма, Двигателем 15 через. передачи 16 ведущее звено 17 переводится в транспортное положение, при котором фиксатор 21 входит в ответную часть на корпусе 14.

В случае когда рабочего хода ведущего звена не хватает для выполнения операции настройки, применяется перемещение приводного блока 2 с перехватом, Это происходит в такой последовательности. После того, как в результате настроечной операции ведущее звено 17 приводного блока 2 достигает своего крайнего положения, производится расфиксация зажимного устройства корпуса 14 приводного блока 2. Ведущее звено 17 переводится в другое крайнее положение, зажимное устройство фиксирует корпус 14 на основании 5, и приводной блок 2 ведущим звеном 17 проиэводит настроечную операцию. Если рабочего хода ведущего звена 17 вновь не хватит, вышеописанная последовательность повторяется до тех пор, пока не будет достигнуто заданное положение исполнительного звена 7 исполнительного механизма.

На этом регулировка положения исполнительного звена данного исполнительного механизмазавершена. Транспортное средство 4 или человек-оператор с приводным блоком 2 переходит к следующему исполнительному механизму, либо переносит приводной блок 2 в ячейку хранения накопителя 3.

Измерительная система, использующая лазерный дальномер, не нуждается в процедуре контактного определения начала отсчета, поэтому приводной блок 2, оснащенный такой системой, перед началом операции настройки сразу подводится к исполнительному звену 7, стыкуется с ним и фиксируется на направляющих 6 или фрикционном элементе 37 способом, описанным выше. Далее лазерным дальномером определяется фактическое расстояние от отражателя 31, играющего роль начала отсчета, до выходного ведущего звена 17 приводного блока 2, Все остальные операции происходят аналогично, как и для приводного блока с инкрементальной измерительной системой.

После того, как проведены операции настройки scex исполнительных механизмов

СГПС, то есть выставлены все обрабатывающие головки 42, СГПС запускается в работу и обработка заготовки 44 производится обычным образом.

В отличие от СГПС-прототипа предлагаемая структурно-гибкая производственная система обладает более высокой точностью позиционирования. Это качество достигается за счет того, что стыковочный узел выходного ведущего звена приводного блока оснащен устройством затяжки, Устройство затяжки обеспечивает выборку зазоров между базовыми плоскостями выходного ведущего звена приводного блока и исполнительного звена исполнительного механизма, что позволяет исключить случайные ошибки позиционирования.

В СГПС-прототипе измерение положения исполнительного звена исполнительного механизма осуществляется косвенным путем, то есть путем вычисления в управляющем устройстве нового положения исполнительного звена на основе данных о предыдущем положении и информации об отработанном перемещении от датчика положения приводного блока. Таким образом, перед началом регулирования исполнительного механизма,система управления имеет информацию о положении его исполнительного звена только внутреннюю, то есть информацию, зафиксированную в запоминающем устройстве после последней регулировки. Если в результате нештатной работы произошло изменение положения исполнительного звена, то это может послужить причиной сбоя, так как в системе управления нет информации об истинном положении исполнительного звена, Предлагаемая структурно-гибкая производственная система лишена этого недостатка, так как в ней перед каждой регулировкой каждого исполнительного механизма осуществляется измерение фактического положения исполнительного звена этого механизма. Такое решение повышает надежность функционирования СГПС.

Кроме того, в предлагаемой СГПС упрощена KoHcTpóêöèë по сравнению с прототипом. Это достигается за счет того, что весь передаточный механизм размещен на приводном блоке, а в исполнительных механизмах оставлены только исполнительные звенья, перемещающиеся в кинематических парах на основании.

Формула изобретения

1, Структурно-гибкая производственная система, содержащая исполнительные механизмы, ведомые исполнительные звенья которых установлены на осн >вании

1807928

10 в кинематических парах с соответствующими тормозными механизмами, транспортное средство и систему управления, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности за счет измерения фактического положения исполнительных звеньев, она снабжена по меньшей мере одним приводным блоком, выполненным с возможностью взаимодействия с основанием и ведомыми звеньями исполнительных механизмов, и системой непосредственного измерения положения ведущего выходного звена исполнительного механизма относительно основания, выполненной в виде измерительного устройства и базы начала отсчета, причем измерительное устройство закреплено на приводном блоке. а база — на основании исполнительного механизма.

2. Системапоп.1, отличающаяс я тем, что измерительное устройство выполнено лазерным, а база — в виде отражателя..

3. Система по п, 1, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что измерительное устройство выполнено в виде считывающего инкрементального датчика, а база — в виде линей5 ки.

4, Система по пп. 1 и 3, отл и ч а ю щ ая с я тем, что инкрементальный датчик выполнен в виде датчика оптического типа.

5. Система по пп. 1 и 3, отл и ч а ю10 щ а я с я тем, что инкрементальный датчик выполнен в виде датчика индуктивного типа, 6. Система по пп. 1-5, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что измерительное устройство

15 снабжено упором, установленным с воэможностью взаимодействия с базой начала отсчета.

7. Система по пп. 1-5, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что измерительное устройство

20 снабжено датчиком касания, установленным с возможностью взаимодействия с базой начала отсчета.

180?928

1807928!

Фиг,l

Составитель А. Тимофеев

Техред М.Моргентал

Корректор М, Куль

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5