RU208976U1 - Mobile robot for surface treatment of large stationary objects - Google Patents
Mobile robot for surface treatment of large stationary objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU208976U1 RU208976U1 RU2021110989U RU2021110989U RU208976U1 RU 208976 U1 RU208976 U1 RU 208976U1 RU 2021110989 U RU2021110989 U RU 2021110989U RU 2021110989 U RU2021110989 U RU 2021110989U RU 208976 U1 RU208976 U1 RU 208976U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vehicle
- wheels
- movement
- platform
- robot
- Prior art date
Links
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 51
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 description 5
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011120 plywood Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N thiabendazole Chemical compound S1C=NC(C=2NC3=CC=CC=C3N=2)=C1 WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к промышленному роботостроению, в частности к производству прототипов автоматизированных технологических комплексов разнонаправленной обработки поверхностей с повышенным числом степеней свободы, предназначенных в основном для обработки крупногабаритных стационарных объектов или объектов, перемещение которых в технологическом цикле нецелесообразно.В мобильном роботе, содержащем платформу, установленную на транспортном средстве, систему управления с блоком управления движением транспортного средства, манипулятор, выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено рабочее устройство, установлен на горизонтальной направляющей с шаговым двигателем перемещения в плоскости платформы, горизонтальная направляющая закреплена на каретке, установленной на вертикальной колонне с возможностью перемещения при помощи зубчато-реечной мелкомодульной передачи и шагового двигателя.Колонна жестко закреплена в центре масс транспортного средства, привод движения которого выполнен в виде одного ведущего колеса, связанного через редуктор с шаговым двигателем, причем для изменения направления движения используются четыре индивидуально управляемые рулевые машинки, поворачивающие колеса малого диаметра, размещенные в углах транспортного средства так, что центр ведущего колеса находится на пересечении линий, соединяющих оси поворота указанных колес. На выходных валах приводов всех механизмов размещены датчики углов поворота и количества оборотов, а в крайних позициях каретки и горизонтальной направляющей установлены датчики положения, связанные с блоком управления. Колеса, связанные с рулевыми машинками, для повышения маневренности представляют собой мотор-колеса.Предлагаемый мобильный робот обладает кинематической схемой сканирующего дискретного перемещения относительно какой-либо поверхности узла, в который опционально может встраиваться обрабатывающая зачистная или клепальная головка, нагреватель, ультразвуковой преобразователь (дефектоскоп) или другой рабочий орган.Компоновка роботизированного комплекса позволяет выполнять автоматизированное перемещение узлов с заданным от обрабатываемой плоскости расстоянием с учетом радиуса кривизны, наклона и изгиба по трем осям. Высокоточные перемещения достигаются за счет установленных шаговых двигателей, отвечающих за перемещения платформы (транспортного средства) и отдельных механизмов.Технический результат заявляемого конструктивного решения заключается в реализации метода обработки объектов, имеющих значительные габариты и сложную форму, обеспечении высокой универсальности применения устройства относительно конструктивных особенностей обрабатываемых объектов, обеспечении мобильности устройства, позволяющей осуществлять обработку стационарных объектов.The utility model relates to industrial robotics, in particular to the production of prototypes of automated technological complexes for multidirectional surface treatment with an increased number of degrees of freedom, designed mainly for processing large-sized stationary objects or objects whose movement in the technological cycle is impractical. In a mobile robot containing a platform installed on a vehicle, a control system with a vehicle motion control unit, a manipulator made in the form of links equipped with drives and pivotally connected to each other, on the end of which a working device is located, mounted on a horizontal guide with a stepper motor moving in the plane of the platform, the horizontal guide is fixed on a carriage mounted on a vertical column with the ability to move using a rack and pinion fine-module transmission and a stepper motor. The column is rigidly fixed in the center masses of the vehicle, the motion drive of which is made in the form of one drive wheel connected through a gearbox with a stepper motor, and four individually controlled steering machines are used to change the direction of movement, turning small-diameter wheels located at the corners of the vehicle so that the center of the drive wheel is at the intersection of lines connecting the axes of rotation of these wheels. On the output shafts of the drives of all mechanisms, there are sensors for the angles of rotation and the number of revolutions, and position sensors connected to the control unit are installed in the extreme positions of the carriage and the horizontal guide. The wheels associated with the steering machines are motor-wheels to increase maneuverability. The proposed mobile robot has a kinematic scheme of scanning discrete movement relative to any surface of the assembly, which can optionally be integrated with a processing cleaning or riveting head, a heater, an ultrasonic transducer (flaw detector) or other working body. The layout of the robotic complex allows you to perform automated movement of nodes with a specified distance from the plane being processed, taking into account the radius of curvature, inclination and bending along three axes. High-precision movements are achieved due to installed stepper motors responsible for moving the platform (vehicle) and individual mechanisms. , ensuring the mobility of the device, allowing the processing of stationary objects.
Description
Полезная модель относится к промышленному роботостроению, в частности к производству прототипов автоматизированных технологических комплексов разнонаправленной обработки поверхностей с повышенным числом степеней свободы, предназначенных в основном для обработки крупногабаритных стационарных объектов или объектов, перемещение которых в технологическом цикле не целесообразно.The utility model relates to industrial robotics, in particular to the production of prototypes of automated technological complexes for multidirectional surface treatment with an increased number of degrees of freedom, designed mainly for processing large-sized stationary objects or objects whose movement in the technological cycle is not advisable.
Заявляемая полезная модель относится к устройствам, которые представляют собой универсальную базовую платформу, комплектующуюся необходимым оборудованием, соответствующем используемым в промышленности процессам электрофизического, газотермического, механического и другого воздействия на крупногабаритные объекты сложной формы с криволинейными поверхностями, и может быть использована в машиностроении, строительстве, энергетике и других сферах производства.The claimed utility model relates to devices that represent a universal basic platform, completed with the necessary equipment, corresponding to the processes of electrophysical, gas-thermal, mechanical and other effects used in industry on large-sized objects of complex shape with curved surfaces, and can be used in mechanical engineering, construction, energy and other areas of production.
В связи с современными тенденциями по снижению ручного труда рабочих и переходом к цифровому производству особое место среди технологических комплексов занимают промышленные роботы и манипуляторы, которые используются для автоматизации циклов выполнения повторяющихся действий. В частности, данное направление особенно актуально в сфере распределения физических полей, потока частиц или нанесения слоев веществ и субстанций, формирования покрытий заданной толщины и плотности, способных в ряде случаев нанести вред жизни и здоровью человека.In connection with modern trends to reduce the manual labor of workers and the transition to digital production, a special place among technological complexes is occupied by industrial robots and manipulators, which are used to automate the cycles of performing repetitive actions. In particular, this direction is especially relevant in the field of the distribution of physical fields, the flow of particles or the application of layers of substances and substances, the formation of coatings of a given thickness and density, which in some cases can harm human life and health.
В различных технических сферах существует необходимость управляемого воздействия на крупногабаритные объекты сложной формы для придания им требуемых качеств. В частности - соединение обшивки летательных аппаратов и водного транспорта с силовыми конструкциями путем клейки и клепки, восстановление защитных покрытий на корпусах воздушных и водных судов в процессе ремонта, очистка корпусов энергетических и химических установок от эксплуатационных загрязнений, промывка полостей и отверстий, установка специальных панелей на корпуса подводных лодок, осуществление внутренней отделки помещений. При этом часто важно для обеспечения требований технологии выдерживание точного расстояния между рабочим органом и объектом воздействия, эквидистантные перемещения, выдерживание постоянного рабочего усилия и т.п.In various technical fields, there is a need for a controlled impact on large-sized objects of complex shape to give them the required qualities. In particular, the connection of the skin of aircraft and water transport with load-bearing structures by gluing and riveting, the restoration of protective coatings on the hulls of aircraft and watercraft during the repair process, cleaning the hulls of power and chemical plants from operational pollution, washing cavities and holes, installing special panels on submarine hulls, interior decoration. In this case, it is often important to ensure the requirements of the technology to maintain the exact distance between the working body and the object of influence, equidistant movements, maintaining a constant working force, etc.
В качестве способов решения данной проблемы в настоящее время предлагаются различные конструкторские решения. Так, например, известен технологический манипулятор высокой маневренности (патент RU №162022 U1, МПК B25J 11/00, опубл. 20.05.2016, бюл. №14). Данное устройство отличается конструкцией сегментного сочленения главного рабочего органа. Высокая маневренность обеспечивается трубчатыми стержнями, способными вращаться посредством электродвигателя, соединенными между собой под равными углами по опорным плоскостям, а также предусмотренной системой автоматизированного управления. Главное преимущество устройства - равномерное распределение воспринимаемой нагрузки, что позволяет достичь высокой точности обработки манипулятором, тем не менее, основным недостатком конструкции является ориентирование устройства на статичное положение в технологическом комплексе. Манипулятор строго требует крепление к конкретной базовой поверхности технологическим фланцем, что ограничивает диапазон действия относительно крупногабаритных объектов. В частности, невозможно осуществлять обработку объектов с размерами в несколько метров, характерных для энергетического машиностроения, воздушного и водного транспорта.Various design solutions are currently being proposed as ways to solve this problem. For example, a technological manipulator of high maneuverability is known (patent RU No. 162022 U1, IPC B25J 11/00, publ. 20.05.2016, bull. No. 14). This device differs in the design of the segmental joint of the main working body. High maneuverability is ensured by tubular rods capable of rotating by means of an electric motor, interconnected at equal angles along the reference planes, as well as by the automated control system provided. The main advantage of the device is the uniform distribution of the perceived load, which makes it possible to achieve high accuracy of processing by the manipulator, however, the main drawback of the design is the orientation of the device to a static position in the technological complex. The manipulator strictly requires fastening to a specific base surface with a technological flange, which limits the range of action for relatively large objects. In particular, it is impossible to process objects with dimensions of several meters, typical for power engineering, air and water transport.
Также известна конструкция робота-манипулятора для покраски изделий (Патент RU №2263020 С2, МПК B25J 5/00, опубл. 27.10.2005, бюл. №30). Компоновка робота, которая позволяет перемещать рабочий орган как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, подразумевает применение точных направляющих, по которым передвигается рабочий орган, а также тележки с четырьмя цилиндрическими колесами с ребордами для движения вдоль объекта. Существенным недостатком является ограниченность действия обрабатывающей головки, у которой невозможен поворот вокруг оси направления перемещения тележки устройства. Это сильно ограничивает диапазон действия, снижает качество или вовсе отменяет обработку криволинейных поверхностей. Также наличие реборд на колесах не обеспечивает маневренности робота-манипулятора в производственном помещении и привязывает его к траектории, задаваемой рельсовыми направляющими, что не позволяет осуществлять перемещение от объекта к объекту и осуществлять технологические функции при смене обрабатываемого объекта.Also known is the design of a robotic arm for painting products (Patent RU No. 2263020 C2, IPC B25J 5/00, publ. 27.10.2005, bull. No. 30). The layout of the robot, which allows moving the working body both in horizontal and vertical planes, implies the use of precise guides along which the working body moves, as well as trolleys with four cylindrical wheels with flanges for moving along the object. A significant disadvantage is the limited action of the processing head, which is impossible to rotate around the axis of the direction of movement of the device trolley. This greatly limits the range of action, reduces the quality or completely cancels the processing of curved surfaces. Also, the presence of flanges on wheels does not ensure the maneuverability of the robotic arm in the production room and binds it to the trajectory set by the rail guides, which does not allow moving from object to object and performing technological functions when changing the processed object.
Известен мобильный робот (патент RU №2554835, МПК B25J 5/00, опубл. 27.06.2015, бюл. №18), предназначенный для использования в цехах промышленных предприятий с высокими градиентами окружающей температуры. Мобильный робот содержит платформу, три колеса, три колесных вала со смонтированными на них колесами, колесную вилку третьего колеса, установленные на платформе два электродвигателя, источник питания и контроллер, при этом оси колесных валов первого и второго колес лежат на одной прямой. Дополнительно робот содержит два электромагнита, два упругих диска, упорный механизм, рамку, два упора колесной вилки третьего колеса, шесть резисторов и четыре усилителя. Изобретение позволяет повысить точность перемещения робота за счет формирования системы передачи движения к колесам, не критичной к градиентам температуры.A mobile robot is known (patent RU No. 2554835, IPC B25J 5/00, publ. 27.06.2015, bull. No. 18), intended for use in workshops of industrial enterprises with high ambient temperature gradients. The mobile robot contains a platform, three wheels, three wheel shafts with wheels mounted on them, a wheel fork of the third wheel, two electric motors installed on the platform, a power source and a controller, while the axes of the wheel shafts of the first and second wheels lie on the same straight line. Additionally, the robot contains two electromagnets, two elastic disks, a thrust mechanism, a frame, two stops for the third wheel fork, six resistors and four amplifiers. The invention makes it possible to increase the accuracy of the robot's movement by forming a system for transmitting movement to the wheels, which is not critical to temperature gradients.
Рассматриваемый мобильный робот имеет следующие недостатки. Наличие трехколесной тележки с двумя ведущими колесами не позволяет реализовать точное программируемое маневрирование и позиционирование робота относительно крупногабаритного объекта с криволинейной поверхностью. Отсутствие решения по манипулятору рабочего органа не дает возможности осуществлять обработку криволинейной поверхности крупногабаритного объекта с требуемой технологическими процессами покраски, зачистки, промывки полостей и отверстий, наплавки покрытий, нанесения слоя композита, осуществления инфракрасной или ультразвуковой диагностики и т.п. точностью.The considered mobile robot has the following disadvantages. The presence of a three-wheeled trolley with two driving wheels does not allow for precise programmable maneuvering and positioning of the robot relative to a large-sized object with a curved surface. The lack of a solution for the manipulator of the working body does not make it possible to process the curved surface of a large object with the required technological processes of painting, cleaning, washing cavities and holes, surfacing coatings, applying a composite layer, performing infrared or ultrasonic diagnostics, etc. accuracy.
Известен также мобильный робот (патент RU №2487007, МПК B25J 5/00, опубл. 07.10.2013, бюл. №19). Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в роботах, предназначенных для ликвидации чрезвычайных ситуаций, например, для обнаружения и уничтожения взрывоопасных устройств. Мобильный робот содержит платформу, установленную на транспортном средстве, устройство для обнаружения препятствия, систему управления с блоком управления движением транспортного средства и устройством для обнаружения препятствия и соединенную с ними, манипулятор, шарнирно установленный на платформе и выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено устройство для обнаружения препятствия, имеющее подвижный щуп с наконечником и позиционно-чувствительный датчик. Блок управления движением транспортного средства подключен к блоку питания, связанному с последовательно соединенными микроконтроллером, шестым усилителем и электроприводом, входы микроконтроллера соединены с выходами датчиков текущего положения, скорости, углового и линейного перемещений, выполненных в виде энкодеров, зубчатки которых установлены на каждом колесе транспортного средства.A mobile robot is also known (patent RU No. 2487007, IPC B25J 5/00, publ. 07.10.2013, bull. No. 19). The invention relates to robotics and can be used in robots designed to eliminate emergency situations, for example, to detect and destroy explosive devices. The mobile robot contains a platform mounted on a vehicle, an obstacle detection device, a control system with a vehicle motion control unit and an obstacle detection device and connected to them, a manipulator pivotally mounted on the platform and made in the form of drives and hingedly connected to each other. links, on the end of which there is a device for detecting an obstacle, having a movable probe with a tip and a position-sensitive sensor. The vehicle motion control unit is connected to the power supply unit connected to the microcontroller connected in series, the sixth amplifier and the electric drive, the inputs of the microcontroller are connected to the outputs of the sensors of the current position, speed, angular and linear displacements, made in the form of encoders, the gears of which are installed on each wheel of the vehicle .
Робот принят за прототип. К недостатком данного робота относятся следующие. Шарнирный манипулятор, расположенный на транспортном средстве, не позволяет осуществлять с точностью, необходимой для технологических целей, например, покраски, зачистки, промывки полостей и отверстий, наплавки покрытий, нанесения слоя композита, осуществления инфракрасной или ультразвуковой диагностики и т.п. перемещение рабочего органа эквидистантно обрабатываемой поверхности с большими габаритными размерами и кривизной без включения движения транспортного средства: при подъеме манипулятора требуется приближение к объекту, при опускании - удаление. При этом транспортное средство не имеет возможности двигаться параллельно объекту воздействия. Наличие шестиколесной тележки с индивидуальными приводами каждого колеса, установленных на неподвижных относительно платформы осях, также не позволяет реализовать точное маневрирование и позиционирование робота относительно крупногабаритного объекта с криволинейной поверхностью.The robot is taken as a prototype. The disadvantages of this robot include the following. An articulated manipulator located on a vehicle does not allow performing, for example, painting, cleaning, washing cavities and holes, surfacing, applying a composite layer, performing infrared or ultrasonic diagnostics, etc. with the accuracy necessary for technological purposes. movement of the working body of an equidistantly processed surface with large overall dimensions and curvature without turning on the movement of the vehicle: when lifting the manipulator, approaching the object is required, when lowering - moving away. In this case, the vehicle does not have the ability to move parallel to the object of influence. The presence of a six-wheeled trolley with individual drives for each wheel, mounted on axles that are stationary relative to the platform, also does not allow precise maneuvering and positioning of the robot relative to a large-sized object with a curved surface.
Техническая проблема заявляемого технического решения состоит в обеспечении многоосного программируемого перемещения на расстояние в несколько метров манипулятора рабочего органа, обеспечивающего требуемую для технологических комплексов точность позиционирования, в сочетании с независимым перемещением в пределах производственного помещения с возможностью программируемого с заданной точностью разворота на 360° на площади, не превышающей значительно габаритные размеры данного устройства.The technical problem of the proposed technical solution is to provide multi-axis programmable movement over a distance of several meters of the manipulator of the working body, which provides the positioning accuracy required for technological complexes, in combination with independent movement within the production facility with the possibility of a 360° turn programmable with a given accuracy in the area, not significantly exceeding the overall dimensions of this device.
Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved in the following way.
В мобильном роботе, содержащем платформу, установленную на транспортном средстве, систему управления с блоком управления движением транспортного средства, манипулятор, выполненный в виде снабженных приводами и шарнирно соединенных между собой звеньев, на конечном из которых размещено рабочий орган, установлен на горизонтальной направляющей с шаговым двигателем перемещения в плоскости платформы, горизонтальная направляющая закреплена на каретке, установленной на вертикальной колонне с возможностью перемещения при помощи зубчато-реечной мелкомодульной передачи и шагового двигателя.In a mobile robot containing a platform mounted on a vehicle, a control system with a vehicle motion control unit, a manipulator made in the form of links equipped with drives and pivotally connected to each other, on the final of which the working body is located, is installed on a horizontal guide with a stepper motor movement in the plane of the platform, the horizontal guide is mounted on a carriage mounted on a vertical column with the ability to move using a rack and pinion fine-module transmission and a stepper motor.
Колонна жестко закреплена в центре масс транспортного средства, привод движения которого выполнен в виде одного ведущего колеса, связанного через редуктор с шаговым двигателем. Робот снабжен четырьмя индивидуально управляемыми рулевыми машинками для изменения направления движения, обеспечивающие поворот колес, размещенные в углах транспортного средства так, что центр ведущего колеса находится на пересечении линий, соединяющих оси поворота указанных колес. Колеса, связанные с рулевыми машинками, для повышения маневренности представляют собой мотор-колеса.The column is rigidly fixed in the center of mass of the vehicle, the drive of which is made in the form of a single drive wheel connected through a gearbox with a stepper motor. The robot is equipped with four individually controlled steering machines for changing the direction of movement, which ensure the rotation of the wheels, placed in the corners of the vehicle so that the center of the drive wheel is at the intersection of lines connecting the axes of rotation of these wheels. The wheels associated with the steering machines are motor-wheels to increase maneuverability.
Предлагаемый мобильный робот обладает кинематической схемой сканирующего дискретного перемещения относительно какой-либо поверхности узла, в который опционально может встраиваться обрабатывающая зачистная или клепальная головка, инфракрасный или ультрафиолетовый нагреватель, лазер, ультразвуковой преобразователь (дефектоскоп) или другой рабочий технологический орган.The proposed mobile robot has a kinematic scheme of scanning discrete movement relative to any surface of the assembly, which can optionally include a processing cleaning or riveting head, an infrared or ultraviolet heater, a laser, an ultrasonic transducer (flaw detector) or other working technological body.
Компоновка роботизированного комплекса позволяет выполнять автоматизированное перемещение узлов с заданным от обрабатываемой плоскости расстоянием с учетом радиуса кривизны, наклона и изгиба по трем осям. Высокоточные перемещения достигаются за счет установленных шаговых двигателей, отвечающих за перемещения платформы (транспортного средства) и отдельных механизмов.The layout of the robotic complex allows you to perform automated movement of nodes with a specified distance from the machined plane, taking into account the radius of curvature, inclination and bending along three axes. High-precision movements are achieved by installed stepper motors responsible for the movement of the platform (vehicle) and individual mechanisms.
Технический результат заявляемого конструктивного решения заключается в реализации метода обработки объектов, имеющих значительные габариты и сложную форму, обеспечении высокой универсальности применения устройства относительно конструктивных особенностей обрабатываемых объектов, обеспечении мобильности устройства, позволяющей осуществлять обработку стационарных объектов.The technical result of the proposed design solution is to implement a method for processing objects with significant dimensions and complex shape, to ensure high versatility of the device in relation to the design features of the processed objects, to ensure the mobility of the device, which allows the processing of stationary objects.
Конструкция мобильного робота поясняется чертежом Фиг. 1.The design of the mobile robot is illustrated in Fig. one.
На Фиг. 1 обозначено: 1 - платформа, 2 - шаговый двигатель перемещения платформы, 3 - цилиндрический редуктор, 4 - индивидуально управляемые рулевые машинки, 5 - тяги, 6 - управляющие колеса малого диаметра, 7 - рабочий технологический орган, 8 - шарнирный манипулятор с мехатронными приводами, 9 - горизонтальная направляющая (ось Y), 10 - шаговый двигатель перемещения по оси Υ, 11 - каретка, 12 - вертикальная колонна с зубчато-реечной передачей и шаговым двигателем перемещения по оси Z, 13 - шкаф управления, 14 - блок питания рабочего технологического органа.On FIG. 1 marked: 1 - platform, 2 - stepper motor for moving the platform, 3 - cylindrical gearbox, 4 - individually controlled steering machines, 5 - thrust, 6 - control wheels of small diameter, 7 - working technological body, 8 - articulated manipulator with mechatronic drives , 9 - horizontal guide (Y axis), 10 - stepper motor for movement along the Υ axis, 11 - carriage, 12 - vertical column with rack and pinion and stepper motor for movement along the Z axis, 13 - control cabinet, 14 - worker power supply technological body.
Базовым элементом мобильного робота является платформа квадратной в плане формы, по углам которой установлены кронштейны с колесами малого диаметра с возможностью поворота на 270°. Каждая пара кронштейнов тягами связана с рулевыми машинками, управляющимися от системы ЧПУ робота. Движение платформы робота обеспечивается ведущим колесом, расположенным под центром платформы, что дает возможность поворота при помощи рулевых машинок практически на месте с минимальным радиусом и обеспечивает управляемое эквидистантное следование в соответствии с профилем изделия в горизонтальном направлении в каждом из обрабатываемых сечений. Привод осуществляется от шагового редукторного двигателя Autonics серии AK-G типоразмера 85 с максимальным моментом 20 Н.м и числом оборотов 0-280 об/мин. Для повышения тягового усилия на выходе двигателя установлена дополнительная цилиндрическая зубчатая передача с передаточным числом 3. На платформе вертикально установлена колонна высотой, определяемой вертикальными размерами объекта обработки. Колонна может быть сменной, максимальная высота составляет 5 м. На колонне установлена зубчатая рейка с модулем 2-3 мм, обеспечивающая вертикальное перемещение каретки, двигающейся по направляющему монорельсу на шариковых подшипниках. Привод обеспечивается шестерней, получающей вращение от шагового редукторного двигателя Autonics серии AK-G типоразмера 85 с максимальным моментом 20 Н.м и числом оборотов 0-280 об/мин. На каретке закреплена горизонтальная направляющая с монорельсом, по которому на шариковых подшипниках перемещается блок мехатронного манипулятора. Перемещение обеспечивается шариковой винтовой передачей и шаговым редукторным двигателем, аналогичным использующимся в приводе платформы и вертикального перемещения. Перемещение блока мехатронного манипулятора позволяет изменять положение рабочего технологического органа в соответствии с профилем обрабатываемого изделия. Управление всеми шаговыми двигателями осуществляется при помощи контроллеров типа MD-5 - ND-14. На блоке мехатронного манипулятора размещается технологический рабочий орган, в качестве которого может применяться плазмотрон с питателем для напыления порошковых покрытий, головка для электростатического нанесения порошковых красок, источник лазерного, инфракрасного или ультрафиолетового излучения, излучатель СВЧ электромагнитного поля, сверлильная или зачистная (опиловочная) головка и др. Мехатронные привода обеспечивают программируемое отклонение рабочего технологического органа в соответствии с криволинейны профилем поверхности обрабатываемого изделия при вертикальном и горизонтальном перемещении механизмов робота. На всех механизмах перемещений установлены датчики конечных положений и бесконтактные датчики отработанных импульсов шаговых двигателей. Также имеется система технического зрения для фиксации нулевого положения платформы и рабочего технологического органа робота относительно изделия. Шаговые приводы перемещения робота и манипулятор выполнены с возможностью управления посредством контроллеров управления, которые находят в шкафу автоматики. От шкафа автоматики отведены кабель электропитания и кабель сопряжения с управляющим компьютером (ноутбуком), который может быть размещен в соседнем помещении или на другой удаленной позиции.The basic element of the mobile robot is a square-shaped platform, at the corners of which there are brackets with small-diameter wheels that can be rotated by 270°. Each pair of brackets is connected by rods to steering machines controlled by the CNC system of the robot. The movement of the robot platform is provided by a drive wheel located under the center of the platform, which makes it possible to turn with the help of steering machines almost in place with a minimum radius and provides controlled equidistant following in accordance with the profile of the product in the horizontal direction in each of the processed sections. The drive is provided by an Autonics AK-G series stepper gear motor, size 85, with a maximum torque of 20 N.m and a speed of 0-280 rpm. To increase the traction force, an additional spur gear with a gear ratio of 3 is installed at the engine output. A column is vertically installed on the platform with a height determined by the vertical dimensions of the processing object. The column can be replaceable, the maximum height is 5 m. The column is equipped with a gear rack with a module of 2-3 mm, which provides vertical movement of the carriage moving along the guide monorail on ball bearings. The drive is provided by a gear driven by an Autonics AK-G series size 85 stepper gear motor with a maximum torque of 20 N.m and a speed of 0-280 rpm. A horizontal guide with a monorail is fixed on the carriage, along which the block of the mechatronic manipulator moves on ball bearings. The movement is provided by a ball screw and a stepper gear motor similar to those used in the platform drive and vertical movement. The movement of the mechatronic manipulator block allows changing the position of the working technological body in accordance with the profile of the workpiece. All stepper motors are controlled by MD-5 - ND-14 type controllers. On the block of the mechatronic manipulator there is a technological working body, which can be used as a plasma torch with a feeder for spraying powder coatings, a head for electrostatic application of powder paints, a source of laser, infrared or ultraviolet radiation, a microwave electromagnetic field emitter, a drilling or cleaning (sawdusting) head and etc. Mechatronic drives provide a programmable deviation of the working technological body in accordance with the curvilinear profile of the surface of the workpiece during vertical and horizontal movement of the robot mechanisms. All movement mechanisms are equipped with end position sensors and non-contact sensors of spent pulses of stepper motors. There is also a vision system for fixing the zero position of the platform and the working technological body of the robot relative to the product. Stepper drives for moving the robot and the manipulator are designed to be controlled by means of control controllers, which are located in the automation cabinet. A power supply cable and an interface cable with a control computer (laptop), which can be placed in an adjacent room or at another remote position, are routed from the automation cabinet.
Предлагаемый мобильный робот используется следующим образом.The proposed mobile robot is used as follows.
В соответствии с конструкторской документацией на изделие и требованиями технологии обработки составляется управляющая программа, содержащая дистанции и скорости перемещения платформы робота и позиционирования рабочего технологического органа, моменты времени изменения направления движения и дискретные отрезки, длительность выполнения операции рабочим технологическим органом на каждой фиксированной позиции. После запуска программного обеспечения по команде происходит ускоренное сближение платформы робота с изделием до выхода в нулевую точку. После этого запускается выполнение одной из возможных траекторий движения: «горизонтальное-вертикальное-горизонтальное…» или «вертикальное-горизонтальное-вертикальное…» в зависимости от конструкции изделия. Например, при реализации второй схемы в первый рабочий переход платформа остается неподвижной, а рабочий технологический орган перемещается по оси Υ на расстояние от поверхности изделия в соответствии с технологическим процессом и останавливается, далее он осуществляет воздействие на поверхность изделия в течение заданного промежутка времени, обрабатывая первый участок поверхности. Затем каретка перемещается вертикально по оси Ζ на заданную величину, при этом при необходимости, вызванной профилем поверхности, происходит сближение/удаление рабочего технологического органа по оси Υ и поворот его при помощи мехатронного манипулятора. После позиционирования в заданную точку перемещение останавливается, и вновь осуществляется воздействие. Переходы повторяются, пока не будет достигнуто крайнее верхнее положение каретки и не будет осуществлено необходимое воздействие. Далее платформа робота перемещается вдоль поверхности изделия по оси X на заданную в программе величину. После остановки рабочий технологический орган осуществляет воздействие на изделие в течение заданного времени и описанный выше цикл повторяется при движении каретки вниз. Затем в крайнем нижнем положении вновь реализуется перемещение платформы по оси X и так далее до полной обработки всей поверхности изделия. После завершения технологического цикла все механизмы робота выходят в нулевые положения, а платформа возвращается в нулевую точку. Для обработки следующего изделия платформа может переместиться на следующую позицию, или к роботу может быть доставлено следующее изделие.In accordance with the design documentation for the product and the requirements of the processing technology, a control program is compiled that contains the distances and speeds of moving the robot platform and positioning the working technological body, the time points for changing the direction of movement and discrete segments, the duration of the operation by the working technological body at each fixed position. After launching the software on command, the robot platform accelerates closer to the product until it reaches the zero point. After that, the execution of one of the possible trajectories of movement is started: "horizontal-vertical-horizontal ..." or "vertical-horizontal-vertical ...", depending on the design of the product. For example, when implementing the second scheme in the first working transition, the platform remains stationary, and the working technological body moves along the Υ axis at a distance from the product surface in accordance with the technological process and stops, then it acts on the product surface for a specified period of time, processing the first surface area. Then the carriage moves vertically along the Ζ axis by a predetermined amount, while, if necessary, caused by the surface profile, the working technological body is approached/removed along the Υ axis and rotated using a mechatronic manipulator. After positioning to a given point, the movement stops, and the action is performed again. The transitions are repeated until the uppermost position of the carriage is reached and the necessary action is performed. Next, the robot platform moves along the surface of the product along the X axis by a value specified in the program. After stopping, the working technological body acts on the product for a specified time, and the cycle described above is repeated when the carriage moves down. Then, in the extreme lower position, the movement of the platform along the X axis is again implemented, and so on until the entire surface of the product is completely processed. After the completion of the technological cycle, all the mechanisms of the robot go to zero positions, and the platform returns to the zero point. To process the next product, the platform can move to the next position, or the next product can be delivered to the robot.
Эффективность применения предлагаемой полезной модели на примере нагрева панели из слоеной древесины в СВЧ электромагнитном поле для ее сушки подтверждена следующими экспериментальными результатами.The effectiveness of the application of the proposed utility model on the example of heating a plywood panel in a microwave electromagnetic field for drying it is confirmed by the following experimental results.
Был изготовлен действующий макет мобильного робота, на подвижной платформе которого установили механизмы вертикального и горизонтального перемещений типа «винт-гайка» с приводом винтов от шаговых двигателей Autonics серии AK-G типоразмера 85 и 60. В качестве рабочего технологического органа использовали рупорный излучатель с поверхностью раскрыва 200×250 мм СВЧ электромагнитного поля частотой 2450 МГц серийной установки «Жук-2-02», источник питания был размещен на платформе робота. Механизмы перемещений обеспечивали раздельное или согласованное перемещение излучателя по координатам Υ и Ζ на максимальное расстояние 100 и 180 мм соответственно. С учетом размеров излучающего рупора при этом захватывалась полоса длиной 380 мм и шириной 250 мм. В эксперименте использовали панель с размерами 1000×1000×20 мм из проклеенной слоеной древесины. Панель располагали наклонно под углом 18° к вертикальной плоскости для имитации объекта с криволинейной поверхностью. При этом на расстоянии 180 мм смещение верхней точки поверхности относительно нижней составляло 50 мм. Воздействие СВЧ-электромагнитного поля оценивали по температуре поверхности панели в точках, расположенных на расстоянии 45 мм друг от друга по вертикали, при помощи цифрового пирометра Testo 830-Т1.An operating model of a mobile robot was made, on the moving platform of which mechanisms of vertical and horizontal movements of the “screw-nut” type were installed, driven by screws from Autonics stepper motors of the AK-G series, size 85 and 60. A horn emitter with an opening surface was used as a working technological body. 200 × 250 mm microwave electromagnetic field with a frequency of 2450 MHz of the Zhuk-2-02 serial installation, the power source was placed on the robot platform. The movement mechanisms ensured separate or coordinated movement of the emitter along the Y and Z coordinates over a maximum distance of 100 and 180 mm, respectively. Taking into account the dimensions of the emitting horn, a strip 380 mm long and 250 mm wide was captured. In the experiment, a panel with dimensions of 1000×1000×20 mm made of glued plywood was used. The panel was placed obliquely at an angle of 18° to the vertical plane to simulate an object with a curved surface. At the same time, at a distance of 180 mm, the displacement of the upper point of the surface relative to the lower one was 50 mm. The impact of the microwave electromagnetic field was assessed by the temperature of the panel surface at points located at a distance of 45 mm from each other vertically using a Testo 830-T1 digital pyrometer.
Сравнивали две схемы СВЧ-воздействия:Two schemes of microwave exposure were compared:
1) с перемещением рупорного излучателя прямолинейно в вертикальной плоскости из нижнего положения в верхнее с возвратом в исходную точку;1) with the movement of the horn emitter in a straight line in a vertical plane from the lower position to the upper one with a return to the starting point;
2) со ступенчатым перемещением по шаблону (задержка на 15 с, вертикальное перемещение по Ζ на 45 мм, горизонтальное перемещение по Υ на 15 мм и т.д. до крайнего верхнего положения). Скорость перемещений, необходимая для равномерного облучения, составляла: 0,02-0,04 м/мин.2) with stepped movement along the template (delay for 15 s, vertical movement along Z by 45 mm, horizontal movement along Y by 15 mm, etc. to the uppermost position). The speed of movement required for uniform irradiation was: 0.02-0.04 m/min.
Значения измеренной температуры при обработке по указанным схемам представлены в табл. 1.The values of the measured temperature during processing according to the indicated schemes are presented in table. one.
Статистическая обработка распределения температуры по панели представлена в табл. 2.Statistical processing of temperature distribution across the panel is presented in Table. 2.
Видно, что использование предлагаемого мобильного робота обеспечивает более, чем в 2,5 раза повышение равномерности обработки изделий, имеющих несимметричную конструкцию (криволинейный профиль).It can be seen that the use of the proposed mobile robot provides more than a 2.5-fold increase in the uniformity of processing products that have an asymmetric design (curvilinear profile).
Проверка функционирования робота с перемещением еще по оси X (вдоль обрабатываемой панели) подтвердила выше приведенный результат: по длине панели равномерность распределения температуры повысилась в 1,7-2 раза.Checking the functioning of the robot with movement along the X axis (along the processed panel) confirmed the above result: along the length of the panel, the uniformity of temperature distribution increased by 1.7-2 times.
Тем самым решается проблема данной полезной модели: обеспечение многоосного программируемого перемещения на расстояние в несколько метров манипулятора рабочего органа, обеспечивающего требуемую для технологических комплексов точность позиционирования, в сочетании с независимым перемещением в пределах производственного помещения с возможностью программируемого с заданной точностью разворота на 360° на площади, не превышающей значительно габаритные размеры данного устройства.This solves the problem of this utility model: providing multi-axis programmable movement over a distance of several meters of the manipulator of the working body, which provides the positioning accuracy required for technological complexes, in combination with independent movement within the production facility with the possibility of a 360° turn programmable with a given accuracy on the area not significantly exceeding the overall dimensions of this device.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110989U RU208976U1 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Mobile robot for surface treatment of large stationary objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110989U RU208976U1 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Mobile robot for surface treatment of large stationary objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU208976U1 true RU208976U1 (en) | 2022-01-25 |
Family
ID=80445186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021110989U RU208976U1 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Mobile robot for surface treatment of large stationary objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU208976U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222569U1 (en) * | 2023-02-05 | 2024-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "ТермоЛазер" | Mobile device for processing large objects |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2163189C1 (en) * | 1999-12-07 | 2001-02-20 | Акинфиев Теодор Самуилович | Device for automatic process treatment of parts |
| RU2263020C2 (en) * | 2003-05-19 | 2005-10-27 | Ооо Нпф "Элстар" | Manipulating robot for painting articles |
| US7814937B2 (en) * | 2005-10-26 | 2010-10-19 | University Of Southern California | Deployable contour crafting |
| RU2487007C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-07-10 | Александр Александрович Алешин | Mobile robot |
| RU161181U1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Компания "Шиколово" | MULTIFUNCTIONAL BUILDING ROBOT |
| RU2623632C1 (en) * | 2016-08-22 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Квантум Системс" | Method for processing volumetric objects |
-
2021
- 2021-04-16 RU RU2021110989U patent/RU208976U1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2163189C1 (en) * | 1999-12-07 | 2001-02-20 | Акинфиев Теодор Самуилович | Device for automatic process treatment of parts |
| RU2263020C2 (en) * | 2003-05-19 | 2005-10-27 | Ооо Нпф "Элстар" | Manipulating robot for painting articles |
| US7814937B2 (en) * | 2005-10-26 | 2010-10-19 | University Of Southern California | Deployable contour crafting |
| RU2487007C1 (en) * | 2012-06-28 | 2013-07-10 | Александр Александрович Алешин | Mobile robot |
| RU161181U1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственная Компания "Шиколово" | MULTIFUNCTIONAL BUILDING ROBOT |
| RU2623632C1 (en) * | 2016-08-22 | 2017-06-28 | Акционерное общество "Квантум Системс" | Method for processing volumetric objects |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222569U1 (en) * | 2023-02-05 | 2024-01-09 | Общество с ограниченной ответственностью "ТермоЛазер" | Mobile device for processing large objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Singh et al. | Evolution of industrial robots and their applications | |
| US10399178B2 (en) | Material processing system with low-inertia laser scanning and end effector manipulation | |
| CN204058594U (en) | A five-axis linkage laser fine cladding equipment | |
| Tavakoli et al. | 3DCLIMBER: A climbing robot for inspection of 3D human made structures | |
| Lee et al. | Development and application of an intelligent welding robot system for shipbuilding | |
| CN104227700B (en) | Robots and how they operate | |
| CN104772752A (en) | Mechanical arm | |
| CN105328697A (en) | Modularized six-degree-freedom mechanical hand and control method thereof | |
| RU161181U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL BUILDING ROBOT | |
| CN204524550U (en) | Laser cutting machine | |
| CN110788527A (en) | Flexible stacking additive manufacturing device and method for mechanical steel structure | |
| CN105922273A (en) | Robot for maintaining steel structural body | |
| WO2014003864A1 (en) | Automated inspection of soft-tooled hollow structure | |
| CN101797750A (en) | Industrial planer type multi-shaft tandem type robot structure | |
| US20160271791A1 (en) | Gantry robot system | |
| Huda et al. | Implementation of inverse kinematic and trajectory planning on 6-DOF robotic arm for straight-flat welding movement | |
| CN116809267A (en) | Method for automatically spraying large-sized workpiece | |
| RU208976U1 (en) | Mobile robot for surface treatment of large stationary objects | |
| CN109128622A (en) | A kind of dedicated all-position welding machine of five axis | |
| WO1991014539A1 (en) | Robotic system for paint removal | |
| JPH11142138A (en) | 3D automatic measuring device | |
| Aris et al. | Design and development of a programmable painting robot for houses and buildings | |
| CN106737622B (en) | Sand blasting robot | |
| Sadeghian et al. | Multifunctional arm for telerobotic wind turbine blade repair | |
| CN104625314A (en) | Portable pipe cutting device based on crawling mechanism |