Поточные методы обеспечивают высокую производительность и проще поддаются автоматизации. Однако поточные методы применимы к серийному производству, доля которого при изготовлении сварных изделий невелика. Кроме того, оснащение автоматических линий требует создания специаль­ного оборудования, проектирование и изготовление которого занимают много времени и трудно под­даются модернизации при изменении выпускаемого изделия.

Развитие работотехники обещает более универсальный путь автоматизации, включая и мелкосерий­ное производство, потому что при смене изготавливаемой детали можно использовать тот же робот, из­менив программу его работы. Применение роботов позволит повысить качество изделий, освободить человека от однородной, утомительной работы, перейти на трехсменную работу. Хотя создание роботов и их серийное производство также требуют больших усилий, однако здесь нет такого разнообразия, как при создании специальных агрегатов автоматических линий. Робототехника, по-видимому, станет ос­новным направлением развития автоматизации сварочного производства и экономии живого труда.

Наиболее просто роботизации поддаются сборка и сварка узлов с нахлесточными соединениями, свариваемыми контактной сваркой, сложнее — с тавровыми и угловыми соединениями, выполняемыми дуговой сваркой, и еще сложнее — со стыковыми соединениями, выполняемыми дуговой сваркой. Ис­пользование роботов при сварке предъявляет специфические требования к технологии изготовления, порядку сборки и сварки, а также требует создания оснастки, обеспечивающей стабильность положения линии сопряжения свариваемых элементов. Возможности использования промышленных роботов в тех­нологических процессах определяются размерами и формой рабочего пространства, точностью пози­ционирования, скоростью перемещения, числом степеней подвижности, особенностями управления и др. На рис. 1 (лист 59) даны условные обозначения характерных элементов кинематических схем про­мышленных роботов. Число степеней подвижности характеризует возможности позиционирования ра­бочего органа. Для перемещения неориентированных в пространстве предметов достаточно трех степе­ней подвижности, а для полной пространственной ориентации — шести. Для выполнения сварных швов дуговой сваркой в общем случае (рис. 2 и 3) необходимо иметь пять степеней подвижности сварочного инструмента. Обычно три степени подвижности обеспечивает базовый механизм робота (лист 60, рис. 4), а еще две степени добавляет механическое устройство: кисть работа, на которой крепится сварочная головка; клещи для контактной сварки или захват.

Базовый механизм робота может быть выполнен в прямоугольной, цилиндрической, сферической и ангулярной (антропоморфной) системах координат (рис. 4). Система координат базового механизма оп­ределяет конфигурацию и габариты рабочего пространства робота (лист 61, рис. 5), в пределах которого возможно управляемое перемещение исполнительного органа робота. Робот с прямоугольной системой координат имеет рабочее пространство в виде прямоугольного параллелепипеда (рис. 5, а), размеры ко­торого меньше габаритов самого робота. Промышленные роботы с цилиндрической (рис. 5, б) и сфери­ческой (рис. 5, в) системами координат обладают большим объемом рабочего пространства при относи­тельно малой площади основания манипулятора. Еще более компактный робот получается в ангулярной системе координат (рис. 5, г). Рабочее пространство его определяется размерами рычагов и предельны­ми углами их поворотов, образуя объем, близкий к сфере.

Роботы могут быть установлены неподвижно (рис. 6, а, б, в) и с возможностью перемещения по на­правляющим, установленным на полу (рис. 6, г, д) и потолке (рис..б, е,ж, з).

Перспективна компоновка базового механизма роботов из устройств прямолинейного перемещения однокоординатного модуля (рис. 7,д... д), при помощи которых в зависимости от характера выполняе­мой работы можно создавать роботы с одной, двумя и тремя степенями подвижности базового меха­низма, выполненного в прямоугольной системе координат (лист 62, рис. 8, а... д)

Модули, показанные на рис. 9, а, состоят из поворотных оснований 7 и 2, модулей вращательных движений 3, 4 и 5, модулей прямолинейных движений б и 7 и механизмов локальных движений 8. Ком­бинируя их, можно создавать роботы в двухполярной сферической (ангулярной) (рис. 9, б), двухполяр­ной цилиндрической (рис. 9, в), сферической (рис. 9, г) и цилиндрической (рис. 9,д) системах координат. Используя модули прямолинейных движений б и 7, можно собрать робот в прямоугольной системе коор­динат. Такая агрегатная система робототехники позволяет для каждого конкретного применения со­брать из стандартных блоков оптимальный промышленный робот, имеющий только требуемое число степеней свободы.

Для перемещения сварочной горелки при дуговой сварке применяются различные устройства (рис. 10, а. ..е), которые крепятся к базовому механизму.

В роботах применяются гидравлические, электромеханические, пневматические и другие приводы.

Гидравлические приводы имеют простую конструкцию, малую массу и небольшие габариты при значительной мощности. Они относительно дешевы. К гидравлическим приводам относятся гидромото­ры с вращательным движением вала и гидроцилиндры с поступательным движением поршня. Для ра­боты гидропривода необходима автономная гидросистема с высоким давлением масла, поэтому всегда существует угроза нарушения герметичности шлангов и сопряжении движущихся частей.

Электромеханический привод требует применения сложных точных редукторов, но он проще в об­служивании. Робот с электроприводом обладает высоким быстродействием и точностью позициониро­вания.

Пневмопривод конструктивно прост. У него меньше, чем у гидропривода, суммарная длина трубо­проводов, ниже требования к уплотнениям, нет питающей гидростанции. Однако пневмоприводом трудно осуществлять регулируемые (управляемые) остановки инструмента. Обычные пневмодвигатели служат для перемещения инструмента по циклу "подвод — отвод” с настройкой длины хода перестав­ными жесткими упорами. Системы управления движением инструмента робота подразделяются на цикловые, позиционные и контурные.

Цикловая система управления предназначена для задания определенной последовательности ряда команд без указания значений перемещений. Цикловая система является простейшим случаем позици­онной системы с минимальным числом позиций, программируемых по каждому приводу (обычно две — начальная и конечная).

В роботах с цикловым управлением широко используют пневмопривод. Эти роботы применяют в основном на вспомогательных операциях по обслуживанию основного технологического оборудования, при сборке деталей, при погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работах, при укладке и упаковке готовой продукции.

Позиционная система определяет не только последовательность команд, но и положения всех звень­ев манипулятора. Она предусматривает позиционирование объекта, т. е. ориентированное расположе­ние его с заданной точностью в конце отдельного перемещения (в заданной точке) и остановку. После получения сигнала о правильном выполнении шага происходит переход к следующей точке. Как и по какой траектории происходит перемещение между заданными точками, не контролируется.

Такая система пригодна для контактной точечной сварки, для сборочных и транспортных опера­ций.

Многопозиционная система позволяет проходить промежуточные точки без остановок и может ис­пользоваться для дуговой сварки. Число точек позиционирования инструмента в рабочей зоне ограни­чивается только объемом памяти запоминающих устройств. В позиционных роботах наибольшее при­менение нашли гидравлические и электромеханические приводы. Электромеханические приводы обла­дают наилучшими динамическими качествами. Разработаны также первые позиционные роботы и с пневмоприводом.

Контурная система управления задает движение в виде непрерывной траектории или контура, причем в каждый момент времени определяет не только положение звеньев манипулятора, но и вектор скорости инструмента. Эта система обеспечивает движение инструмента по прямой линии или окруж­ности путем задания соответственно двух или трех точек этих участков траектории. Это существенно упрощает обучение робота, так как отдельные участки траектории могут интерполироваться дугами ок­ружностей и отрезками прямых. В сварочных роботах с контурным управлением используется электро­привод, который обеспечивает более точное регулирование скорости перемещения горелки.

На рис. 11 ... 14 (листы 63, 64) приведены известные в настоящее время сварочные роботы, выпол­ненные в различных системах координат.

Сварочный робот "Asea I Rb-6" (Швеция) (рис. 11), выполненный в ангулярной системе координат, применяется как для дуговой, так и для контактной точечной сварки в зависимости от того, что при­креплено к руке робота: сварочная горелка или клещи для контактной сварки. Для перемещения рабо­чего инструмента используются мотор-редукторы 2, 4, 17 и 20. Применение эл° ктропривода в сочета­нии с жесткой механической конструкцией обеспечивает малую погрешность позиционирования (± 0,2 мм). Поворот руки вокруг вертикальной оси осуществляется от мотор-редуктора 2, установленного на основании 7, через волновую беззазорную передачу 3, выходное колесо которой связано с поворотным корпусом 5. Мотор-редуктор 4 через шариковую винтовую пару б поворачивает тягу 7, образующую со звеньями 9, 10 и 12 шарнирный параллелограмм, обеспечивающий поворот звена 12 вокруг оси криво­шипа 13. Наклон звена 10 обеспечивается мотор-редуктором 20, движение от которого через шарико­вую винтовую пару 18 подается на кривошип 79. Для разгрузки приводов предусмотрен урав­новешивающий груз 8. Внутри звеньев руки размещены тяги 11 и 14 и система кривошипов 13, 15 и 19, образующих систему передач, которые обеспечивают повороты рабочего инструмента вокруг оси I (кривошипом 15) и на угол а (беззазорной конической передачей 16). Движения звеньев по всем степе­ням подвижности контролируются датчиками положения. Система управления — позиционная.

Робот (рис. 12) для дуговой сварки фирмы "Shin Meiwa" (Япония), имеющий сварочную горелку и механизм подачи электродной проволоки, расположенный на устройстве горизонтального перемещения горелки по оси, имеет базовый механизм, выполненный в прямоугольной системе координат.

Одним из первых роботов, примененных для сварки, был американский робот "Unimate" (рис. 14), производимый в США и по лицензии США фирмами ФРГ, Франции и Японии. Он выполнен в сфериче­ской системе координат. Базовый механизм (рис. 13) такого робота состоит из опорной колонны 4, ка­чающейся траверсы 3 и выдвигающейся руки 1 с кистью 2. Кисть 2 робота может наклоняться и пово­рачиваться вокруг своей оси.

Траверса, поворачивающаяся вокруг горизонтальной оси, закрепленной в проушинах верхней части колонны 3 (см. рис. 14), имеет линейные направляющие 5, в которых скользит рука, состоящая из двух труб 6, соединенных скобой. Поворот колонны осуществляется двумя гидроцилиндрами 2 с помощью рейки, зацепляющейся с зубчатым колесом колонны. Гидроцилиндр 1 служит для поджима рейки к зуб­чатому колесу. Гидроцилиндр 4 осуществляет наклон траверсы в вертикальной плоскости. Выдвигает руку робота гидроцилиндр 7. Гидроцилиндры 8 поворота кисти расположены по бокам траверсы и свя­заны системой цепей, зубчатых колес и шлицевых валив с соответствующими редукторами кисти. Пе­ремещения контролируются координатными датчиками КД.

Захватные устройства (листы 65 ... 70). Роботы, используемые для сборки и транспортировки де­талей, имеют устройства, предназначенные для захватывания и удержания в опредленном положении объектов манипулирования. Эти устройства должны обеспечить надежность захвата и удержания объ­екта, стабильность базирования, недопустимость повреждения или разрушения объектов. Пи принципу действия захватные устройства можно подразделить на механические, вакуумные, магнитные, с эла­стичными камерами. и др.

Механические захватные устройства могут быть неуправляемыми. Их выполняют в виде пинцетов, цанг и других устройств, усилие зажатия в которых осуществляется благодаря упругим свойствам за­жимных элементов, а высвобождение детали — дополнительными устройствами. Такие захваты приме­няют при манипулировании объектами небольшой массы и габаритов.

Широко применяются командные клещевые захватные устройства (лист 65, рис. 1). Перемещение губок осуществляется пневматическим, гидравлическим или электрическим приводом.

Клещевые захваты с рычажными передаточными механизмами (рис. 2, а, б) конструируют таким образом, чтобы получить выигрыш в усилии зажима. Реечный механизм захватного устройства (рис. 3, а) удобен для углового перемещения поворотных губок при захвате валов. При использовании рычагов, образующих шарнирный параллелограмм, реечный механизм может обеспечить прямолинейное пере­мещение губок (рис. 3, б). По сравнению с рычажными реечные механизмы компактнее, обеспечивают большее раскрытие губок, но не дают выигрыш в усилии зажима объекта.

Для зажима деталей используют и клиновые механизмы (рис. 4, а, б). Захваты для круглых и плоских деталей разнообразны (лист 66, рис. 5, а... е).

Можно использовать одно захватное устройство для удержания деталей различной формы, приме­няя наборы сменных губок (рис. 6, а, б) . Параллельное перемещение губок обеспечивается применени­ем рычагов, образующих шарнирные параллелограммы (лист 67, рис. 7) .

Диафрагменный захват с рычажным механизмом (рис. 8) при создании вакуума в верхней полости А камеры обеспечивает подъем мембраны 3 со штоком 4 и зажим детали рычагами 5. Наличие направ­ляющих 2 и пружины 1 позволяет уменьшить нагрузку на руку робота в момент соприкосновения за­хвата с деталью и снизить требования к точности позиционирования.

Для захвата круглых деталей удобен трехкулачковый поршневой захват с клиновым механизмом (рис. 9). При создании вакуума в полости захвата поршень 4 поднимается вместе с кулачками 7, которые, скользя по наклонным плоскостям корпуса 5, зажимают деталь 6. Разжатие кулачков осуществляется под действием пружин.

Трехпалый захват (рис. 10, а, б), крепящийся к корпусу пневмоцилиндра с помощью болтов 4, отли­чается возможностью регулировать расстояние между зажимными элементами 1 и 3 сдвигом элемента 1, который крепится к штоку 5 болтами 6. На захвате установлен концевой выключатель 2, который да­ет роботу сигнал о захвате детали.

Для захвата покоробившихся деталей и увеличения надежности удержания заготовки без измене­ния усилия зажима применяют захваты (рис. 11, 12, а, б) с самоустанавливающимися зажимными эле­ментами. Захват с неподвижным нижним зажимным элементом 2 (рис. 11) и самоустанавливающимся верхним элементом 1, закрепленным при помощи шарнирного подшипника 3, позволяет надежно за­хватывать деталь с сохранением позиционирования. Самоустанавливающиеся элементы 1 и 2 захвата на рис. 12,6 (лист 68) могут поворачиваться относительно взаимно перпендикулярных осей.

Для привода в действие захватных устройств применяют и эластичные камеры 7 (рис. 13) .

Захваты с эластичными камерами 2 (рис. 14, а) удерживают деталь 7 (рис. 14, а, б, в) под действием давления р воздуха или жидкости, подаваемых в камеру. Они применяются для переноса хрупких дета­лей неправильной формы, например бутылок 7 (рис. 14, в). Удержание деталей может осуществляться как за внутреннюю (рис. 15, а), так и наружную (рис. 15,6) поверхность. Для захватывания деталей 3а Наружную поверхность применяют также изгибающиеся эластичные камеры с разной жесткостью сте­нок (рис. 16, б): наружная стенка такой камеры имеет меньшую жесткость, чем внутренняя. При подаче сжатого воздуха камеры 7 (рис. 16, а) изгибаются, охватывают деталь 3 и прижимают ее к центрирую­щей призме 2.

Минимальное сдавливание деталей сложной формы при надежном удержании их обеспечивает за­хват АД. Перовского (лист 69, рис. 17). Эластичные камеры 7 переменной жесткости при подаче в них сжатого воздуха сгибают захватывающие элементы 3, состоящие из мягкой оболочки, заполненной ша­риками малого диаметра. При этом элементы 3 охватывают деталь 2, Фиксация захватывающих эле­ментов в этом положении и обеспечение требуемой жесткости для удержания деталей осуществляются при создании вакуума в элементах 3.

Усилие захвата электромагнитных устройств (рис. 18, а, б) можно регулировать плавно электриче­ски. Эти устройства просты конструктивно, имеют большую точность базирования благодаря жесткости магнитопровода, быстро захватывают детали, но пригодны только для захватывания магнитных мате­риалов. Электромагнитное захватывающее устройство (рис. 18, а) имеет катушку 3, надетую на магни­топровод 2, закрепленный на корпусе 4. Последний перемещается в вертикальном направлении в обой­ме 7, прикрепленной к кронштейну 5. Пружина 6 обеспечивает безударное прикосновение захвата к детали.

При использовании постоянных магнитов (рис. 19,а) необходимы устройства для освобождения де­тали на позиции разгрузки. Так, например, на рис. 19,6 приведена конструкция захвата с постоянными магнитами 7 и магнито-проводами 8 для деталей с отверстиями. Корпус 3 имеет возможность переме­щения в вертикальном направлении относительно кронштейна 4, который крепится к руке робота. Для базирования детали б применяется бобышка 1 с заходным конусом, изготовленная из немагнитного ма­териала. При контактировании магнитопроводов с деталью б электрическая цепь (рис. 19, в) замыкает­ся, сигнализируя о захвате. При установке детали на изделие бобышка 1 сначала упирается в изделие или в приспособление. Корпус 3, продолжая движение вниз, отрывает деталь от магнитопроводов 8 и с усилием, развиваемым пружиной, прижимает деталь к изделию. Между деталью и магниго-проводами образуется зазор 4 мм, который препятствует повторному захвату детали при подъеме руки робота.

Вакуумные захватные устройства просты и универсальны, пригодны для удержания деталей из раз­ных материалов, однако имеют пониженную точность базирования из-за эластичности присосок из ре­зины или пластика (лист 70, рис. 20, а). Разрежение обычно получают, пропуская воздух из цеховой се­ти через эжектор (рис. 20, б). Присоску, изображенную на рис. 20, в, можно закреплять под нужным уг­лом благодаря шаровой опоре. Для удержания больших деталей или деталей, имеющих сложную форму, можно использовать различные устройства, содержащие несколько захватывающих элементов (рис. 21,12,а...ж), меняя их расположение с помощью специальных устройств.

Захваты 3 или 5 (рис. 21) часто компонуют на общей раме 1. Расстояние между вакуумными элемен­тами 3 (или электромагнитами 5), закрепленными на кронштейнах 2, можно регулировать болтами 4 (рис. 21).