ОБЗОР ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ВИБРАЦИИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-1/-9 Степин И.М., Литвин Р.А.

Степин И.М.

студент

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)

Научный руководитель: Литвин Р.А.

канд. техн. наук, доцент кафедры наземно-транспортных технологических машин Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (г. Санкт-Петербург, Россия)

ОБЗОР ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРОМЫШЛЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЮ ВИБРАЦИИ

Аннотация: промышленные манипуляторы являются неотъемлемой частью любого крупного производства. С их помощью производят практически всё, от электроники до крупной строительной техники. И во всех сферах промышленность манипуляторы подвергаются различным негативным воздействиям, в частности большой негативный эффект может привести вибрация. Вибрация может привести к ухудшению работы или к полному выводу из строя сервоприводов манипулятора, что на прямую влияет на качество выполняемых задач.

Промышленный манипулятор - это устройство, которое может помочь или заменить человека в выполняемых задачах. Данный механизм может выполнять большой спектр задач. От простейшего перемещения деталей и выполнения различных механических операций, до проведения хирургически точных манипуляций.

Ключевые слова: промышленный манипулятор, сервопривод, вибрация, моделирование.

Существует множество разновидностей манипуляторов, которые различаются по типу монтажа, применению, типу привода и по уровню полезной нагрузки [1]. Разберём каждый аспект по подробнее.

Таблица 1. Разновидности манипуляторов.

По типу монтажа Мобильные Малые габариты и вес позволяют не занимать много места на предприятии, но такие манипуляторы не могут справиться с большими нагрузками

Вертикальные Устанавливают их там, где критично важно место. Из-за положения испытывает дополнительные нагрузки.

Стационарные Применяется на 90% предприятий

Горизонтальные Используется там, где нужно взаимодействовать с несколькими объектами

По типу применения Автономные Используют программное обеспечение для управления. Работает без участия человека

Автономные с колёсами всенаправленного действия Может перемещаться без помощи человека

С ручным управлением Манипулятор полностью контролирует человек

Коллаборативный Работают вместе с человеком

По типу привода Гидравлические

Электрические

Пневмонические

По полезной нагрузке 0 - 20 кг

20 - 80 кг

80 - 300 кг

300 - 1000 кг

1000 - 3000 кг

Возьмём для примера два промышленных манипулятора разных габаритов от компании KUKA. На рисунке 1 робот KR 10 R1420. На рисунке 2 -КЯ 140 R3200-2PA. На изображении 3 наглядно можно видеть разницу в размерах этих манипуляторов.

Рис 1. КЯ 10 Я1420.

Рис. 2. КЯ 140 Я3200-2РА.

Рис. 3. Сравнение по габаритам.

Оба этих манипулятора являются 6 осевыми, то есть они могут совершать движение в 6 плоскостях. Эта возможность обеспечивается благодаря наличию электромоторов или же сервоприводов внутри каждого робота. На рисунке 4, можно увидеть, как именно может двигаться 6 осевой манипулятор.

Рис. 4. Возможные перемещения робота.

Данные манипуляторы могут быть использованы на различных предприятиях. И при выполнении любой задачи, на них воздействуют нагрузки, в частности вибрационные.

Вибрация как фактор производственной среды встречается в металлообрабатывающей, машиностроительной, строительной, авиа - и судостроительной промышленностях.

Вибрация негативно сказывается на работу промышленного манипулятора из-за нескольких физических факторов:

• Во-первых, вибрация может привести к дополнительным нагрузкам на сервоприводы из-за колебаний и ударов, что может вызвать износ деталей и снижение их срока службы.

• Во-вторых, вибрация может привести к потере точности позиционирования манипулятора, поскольку она может создать дополнительные силы и моменты, воздействующие на манипулятор и перемещающие его из заданного положения.

• В-третьих, вибрация может вызвать резонансные явления в механической системе манипулятора, что может привести к нежелательным колебаниям, перегрузкам и даже разрушению системы.

Сила воздействия вибрации на манипулятор зависят от множества факторов, как от внешних условий, так и от характеристик самого робота. Из источников [2] и [3] возьмём главные характеристики манипуляторов и занесём значения в таблицу 2.

Таблица 2. Характеристики роботов KUKA.

Характеристика КЯ 10 Ю420 КЯ 140 Я3200-2 РА

Максимальный рабочий радиус 1420 мм 3195 мм

Номинальная грузоподъёмность 10 кг 140 кг

Площадь установки 333,5 мм x 307 мм 754 мм x 754 мм

Вес ~ 160 кг ~ 1017 кг

Для анализа воздействия вибрации подвергнем данные манипуляторы одинаковой нагрузке. Расчёт проведём в ПО COMSOL Multiphysics. Основные параметры эксперимента: сверло диметром 10 мм, сила давления на металл 2000 Н, скорость вращения сверла 3820 об/мин, глубина резания 20 мм, алюминиевый сплав В95пчТ2.

По итогам вычислений, были получены графики, которые отображены на рисунке 5.

1 и 1

5; 1 1 1

3" / 1 -■ К** 10 К14 20 V — — КК 140 Ю 20 0-2 РА

1 / ' 1

§ / п / Г 1

1 у 1

с ф ! \ х. ^ '" / \

< 1 у \

ниинтннн^сдммгдгчммгчт

Время

Рис 5. График изменения амплитуды вибрации со временем.

Опираясь на графики, мы можем сделать вывод о том, что амплитуда вибрации напрямую зависит от характеристик манипулятора. Робот КЯ 140 Я3200-2 PA имеет большую массу и следовательно большие демпфирующие свойства.

Из исследования «Рынок промышленной робототехники в России и мире» [4] мы узнаём, что общее число установленных к 2015 г. промышленных роботов в Российской Федерации - около 2 740 штук. С 2010 по 2013 год наблюдался стабильный рост продаж промышленных роботов - в среднем около 20% в год. На рисунке 6 отображён график количества установленных роботов в РФ.

Рис. 6. Число инсталлированных промышленных роботов в России (2005-2014 гг.).

Вывод.

Промышленные манипуляторы, оснащённые сервоприводами, с каждым годом устанавливаются на большем количестве предприятий. Благодаря этому, на производстве повышается ступень автоматизации и эффективность.

Анализ процесса сверления алюминиевого сплава показал, что в независимости от характеристик робота, он всё равно подвержен влиянию вибрации. Параметры манипулятора влияют на величину испытываемой вибрационной нагрузки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Бахман В.А. Обзор видов и анализ современного состояния рынка промышленных роботов-манипуляторов / В.А. Бахман, А.Н. Королева, Е.Л. Царегородцев // Международный научно-исследовательский журнал. — 2023. — №2 (128);

2. Руководство по эксплуатации робота KUKA KR 10 R1420;

3. Руководство по эксплуатации робота KUKA KR 140 R3200-2PA;

4. Конюховская А. Рынок промышленной робототехники в России и мире // Журнал Control Engineering Россия. — 2016. — №3 (63)

Stepin I.M., Litvin R.A.

Stepin I.M.

St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

(St. Petersburg, Russia)

Scientific advisor: Litvin R.A.

St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

(St. Petersburg, Russia)

OVERVIEW OF MAIN COMPONENTS OF INDUSTRIAL MANIPULATOR EXPOSED TO VIBRATION

Abstract: industrial manipulators are an integral part of any large-scale production. With their help, almost everything is produced, from electronics to large construction equipment. And in all areas of industry, manipulators are exposed to various negative influences, in particular, vibration can have a great negative effect. Vibration can lead to deterioration of operation or complete failure of the manipulator servos, which directly affects the quality of the tasks performed.

An industrial manipulator is a device that can help or replace a person in the tasks performed. This mechanism can perform a wide range of tasks.

Keywords: industrial manipulator, servo drive, vibration, modeling.