Работы на высотных конструкциях

Для обеспечения возможности автоматизировать выполнение различных технологических операций на высотных конструкциях, в частности, в строительстве, используется робот вертикального перемещения со сменным технологическим модулем. С помощью этого робота можно выполнять операции инспекции, покраски, сверления, монтажа дюбелей, очистки, шлифовки и другие.

Схема строительного робота вертикального перемещения показана на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Схема робота для высотных конструкций:

• 1 — платформа, 2 — внешние педипуляторы, 3 — внутренние педипуляторы, 4 — транспортный цилиндр, 5 — шток, б — узел поворота,
• 7 — электромотор, 8 — силовые вакуумные захваты (83), 9 — уплотняющие ВЗ, 10- внешние цилиндры ВЗ, 11 — внутренние цилиндры ВЗ,
• 12 — силовой эжектор, 13- блок управления, 14 — силовые направляющие, 15 -узел настройки, 16-ручки, 17 — видеокамера

Полость эластичного захвата связана с эжектором. Эластичный захват выполняет функцию элемента, герметизирующего вакуумируемый объем вакуумных захватов (ВЗ) при фиксации. Опора сцепления, кроме функции несущей конструкции, обеспечивает механическую фиксацию за счет сил сцепления с поверхностью, возникающих одновременно с вакуумированием полости эластичного захвата путем прижатия опоры к поверхности. Для увеличения сил фиксации в ряде случаев опору сцепления выполняют с остроконечными выступами.

Привод подъема-опускания, связанный с корпусом робота, осуществляет ввод эластичного захвата с опорой сцепления в контакт с поверхностью фиксации и возврат ВЗ в исходное положение после отключения эжектора для реализации очередного шага робота.

Применением эжектора в качестве источника вакуума в ВЗ объясняется возможность его независимого использования на каждом ВЗ робота, что необходимо для надежности его функционирования. Важными преимуществами эжекторов при этом являются их малые габариты и вес, а также исключение необходимости подвода вакуумного канала на высоту перемещения робота. Датчик вакуума контролирует минимально допустимое разрежение в полости захвата. Шарнирное соединение между выходным звеном привода подъема-опускания и опорой сцепления обеспечивает расположение опоры при ее контакте с поверхностью фиксации по максимальной площади.

Целесообразность использования пневмопривода в составе ВЗ объясняется возможностью применения одного источника питания в виде сжатого воздуха, как для вакуумирования эластичного захвата, так и для его перемещения.

Конструкция транспортного модуля робота показана на рис. 3.9.

Рис 3.9 Конструкция транспортного модуля робота

Стандартные силовые захваты имеют фиксирующие усилия, превышающие 1000 Н, однако они нуждаются в начальном усилии прижатия порядка 150 Н для того, чтобы уплотнить неровности поверхности перемещения. С другой стороны, маломощные эластичные захваты могут уплотнять неровности без существенного начального усилия прижатия. Однако, они не в состоянии развивать значительное захватывающее усилие из-за недостаточной прочности своих рабочих поверхностей. Комбинация указанных двух видов захватов делает возможным осуществление высоких захватывающих усилий на поверхностях с существенными неровностями.

Принцип такой двухступенчатой системы захвата проиллюстрирован на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Двухступенчатая система захвата 1 — динамическая характеристика уплотняющего захвата,

2 — динамическая характеристика силового захвата, 3 — ступень уплотнения, 4 -ступень силового захвата, 5 — рабочая зона

В начальный момент задействуются только уплотняющие захваты. Они уплотняют неровности под силовыми захватами, обеспечивая необходимый для этого начальный момент прижатия. Таким образом, осуществляется первая ступень захвата. Переходное время данной ступени составляет около 1,7 секунды.

Далее задействуется вторая ступень захвата. В результате силовые захваты осуществляют фиксацию робота на поверхности перемещения. Переходный период силовой фиксации составляет около 2 секунд. Таким образом, общее время двухступенчатого захвата около 4 секунд, после чего начинается перемещение одной группы педипуляторов относительно другой в рабочей зоне.

Благодаря разделению источников вакуума для силовых и уплотняющих захватов достигается двойная страховка по питанию. Количество уплотняющих захватов рассчитывается исходя из возможности удержания веса робота в стационарном состоянии.

Допустимая кривизна поверхности перемещения регулируется с помощью настроечного узла, установленного в педипуляторах. Число и размеры захватов могут варьироваться в зависимости от свойств поверхности перемещения и окружающей среды.

Пневматический контур робота показан на рис. 3.11.

Все силовые ВЗ связаны с одним многокаскадным эжектором, а каждый уплотняющий ВЗ имеет свой автономный встроенный эжектор.

Компьютерный интерфейс реализует мониторинг состояния системы приводов и обеспечивает возможность корректировать и задавать программные движения робота. Мониторинг реализуется с помощью обратной связи в контуре управления от датчиков состояния системы приводов и окружающей среды. Наиболее универсальным датчиком состояния окружающей среды является видеокамера. С ее помощью реализуется также инспекция поверхности перемещения. Благодаря универсальности возможных направлений движения робота обеспечивается широкий набор объектов и видов инспекции.

С помощью робота можно производить автоматическую покраску поверхностей большой площади, имея на борту необходимый запас краски. В этом случае отпадает необходимость использования высокомощных насосов для подачи краски в рабочую зону робота на высокие уровни.

Рис. 3.11. Пневматический контур робота С AS — источник сжатого воздуха, D — распределитель, VV — вакуумный клапан, PVклапан давления, ТРС — транспортный пневматический цилиндр, ELPC — внешний подъемный цилиндр, ILPC — внутренний подъемный цилиндр, FG — силовой ВЗ, SG — уплотняющий ВЗ,.

VS — вакуумный датчик, РЕ — многокаскадный эжектор, АЕ — автономный эжектор, Fфильтр. Е — внешний, I — внутренний

Схема установки краскопульта на роботе приведена на рис. 3.12.

Рис. 3.12. Покраска поверхностей

• 1 — платформа робота, 2 — внешний подъемный цилиндр, 3 — внутренний подъемный цилиндр, 4 — краскопульт, 5 — сопло, 6 — вход подачи краски,
• 7 — вход управления, 8 — блок управления подачей краски, 9 — резервуар с краской, 10 — пневматическая линия управления, 11- линия подачи краски, 12 — узел вращения, 13 — окрашиваемый сектор обрабатываемой

поверхности

Краскопульт устанавливается в верхней части передних педипуляторов. Резервуар с краской размещается на платформе и соединяется с краскопультом с помощью гибких шлангов. При движении сверху вниз через каждый рабочий шаг окрашивается очередной сектор поверхности путем вращения платформы с краскопультом вокруг оси поворота робота при зафиксированных внутренних педипуляторах.

На рис. 3.13 дан вариант использования робота для автоматического завинчивания.

Рис. 3.13. Автоматическое завинчивание

• 1 — платформа, 2 — внешний подъемный цилиндр, 3 — внутренний подъемный цилиндр, 4 — привод вращения, 5 — шпиндель, б — корпус привода, 7 — магазин винтов, 8 — направляющие, 9 — рабочий винт,
• 10 — очередной винт, 11- рабочий орган, 12 — поверхность перемещения, 13- соединяемая поверхность

Операция автоматического завинчивания винтов производится с помощью установленного на платформе робота технологического блока, включающего привод подачи, и вращательного движения, а также магазина винтов, осуществляющего последовательную автоматическую засылку винтов в рабочую зону. Технологическая операция происходит при зафиксированных как внутренних, так и внешних педипуляторах для повышения жесткости конструкции во время операции.

Процесс очистки и шлифовки вертикальных поверхностей происходит, в отличие от рассмотренных операций, при зафиксированных внешних педипуляторах и свободных внутренних педипуляторах, что позволяет установленному на платформе технологическому инструменту совершать возвратно-поступательные движения посредством транспортного привода робота. Схема очистки и шлифовки представлена на рис. 3.14.

Рис. 3 14. Очистка и шлифовка вертикальных поверхностей 1 — платформа, 2 — внешний подъемный цилиндр, 3 — корпус рабочего инструмента, 9- внутренний подъемный цилиндр, 4 — рабочий инструмент, 5 — вакуумный канал, 6 — трансмиссия, 7 — привод инструмента, 8 — редуктор.

Платформа с опущенными внешними подъемными цилиндрами и поднятыми внутренними подъемными цилиндрами прижимает рабочий инструмент с корпусом к обрабатываемой поверхности. После этого задействуется привод, который через редуктор и трансмиссию осуществляет вращение инструмента.

Обрабатываемый сектор поверхности определяется шириной инструмента и длиной рабочего хода транспортного цилиндра робота. Количество циклов движения транспортного цилиндра с инструментом рассчитывается исходя из требуемого качества обработки поверхности. Загрязнения и абразивные частицы с поверхности удаляются из рабочей зоны через вакуумный канал.

Вариант конструктивного исполнения робота для очистки вертикальных поверхностей с пневмодвигателем технологического привода показан на рис. 3.15.

Рис 3.15. Робот для очистки вертикальных поверхностей с пневмодвигателем технологического привода

Монтаж дюбелей является сложной технологической операцией, которая распространена при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Данная операция является трудоемкой и дорогостоящей при выполнении вручную на вертикальных поверхностях, особенно на больших высотах. Монтаж дюбелей производится также в условиях опасной радиации во время консервации атомных станций. Кроме этого, операции по вставлению дюбелей со взрывными зарядами при разборке бетонных и стальных конструкций используются для разборки атомных реакторов.

Конструкция робота для автоматизации монтажа дюбелей представлена на рис. 3.16.

Рис. 3.16. Автоматизация монтажа дюбелей:

• 1 — платформа робота, 2 — блок сверления, 3 — блок монтажа дюбелей,
• 4 — магазин дюбелей, 5 — тормозной барабан, 6 — тормозной кабель,
• 7 — кронштейн, 8 — вставленный дюбель, 9 — видеокамера,
• 10 — блок управления, 11- коммуникации

Монтаж дюбелей состоит из последовательности сверления базового отверстия и автоматической вставки болта в это отверстие и выполняется после транспортного движения робота в рабочую зону. Блок сверления выполняет свою операцию посредством соединенного с ним цилиндра подачи. Во время сверления все захваты зафиксированы на поверхности. После операции сверления робот перемещается на один шаг таким образом, что блок монтажа оказывается непосредственно над высверленным базовым отверстием. Данный автоматический поиск отверстия обеспечивается тем, что расстояние между блоком сверления и блоком монтажа дюбелей равно рабочему ходу транспортного цилиндра.

Первый дюбель из магазина вводится в базовое отверстие посредством цилиндра, соединенного с блоком монтажа. В этой позиции все педипуляторы находятся в нижнем положении и зафиксированы на поверхности. После монтажа первого дюбеля из магазина поступает следующий дюбель на рабочую позицию блока монтажа.

Максимальная глубина сверления и ввода дюбелей равна ходу цилиндров соответствующих технологических блоков. Точность операции обеспечивается технологическими направляющими указанных цилиндров и предварительной установкой их рабочих усилий.

В процессе монтажа дюбелей один из концов страховочного кабеля соединяется с платформой робота перед блоком вставления дюбеля, а другой конец соединяется с тормозным барабаном, находящимся в данном случае ниже уровня рабочей зоны робота.

В случае отказа одной из систем робота, приводящего к его отрыву от поверхности перемещения, робот удерживается в рабочей зоне с помощью последнего вставленного дюбеля, за который зацепляется страховочный кабель.