Итак, очередной пост и очередное видео из жизни роботов.
В этот раз вашему вниманию будет представлен процесс сборки каркаса заднего пола.
Видео (в начале поста для привлечения внимания)
Об узле.
Для начала небольшое пояснение о собираемом узле.
Сразу скажу, что название большинства элементов кузова автомобиля на русском языке я не знаю. При работе преимущественно на немецких заказчиков мы просто перенимали в свою речь их названия, тупо чтобы не возникало путаницы с переводом. Поэтому порой бывает трудно подобрать адекватное название на русском языке тем деталям, о которых идет речь, и я могу путаться.
В данном случае я перевел немецкое название узла Boden hinten как Задний пол. В действительности это не совсем пол. Под полом здесь понимается собранная платформа, начиная от моторного отсека и заканчивая задним бампером, которой впоследствии привариваются боковины, образуя кузов автомобиля. Эта платформа (пол) обычно собирается из трех крупных узлов (продольные усилители + (иногда) моторный отсек, средний пол (иногда его называют передним полом) + усилители под сиденья, задний пол) и нескольких более мелких деталей (арки задних колес, различные панели со стороны моторного отсека и т.д.).
Задний пол - это задняя часть платформы, начинающаяся где-то под задними сиденьями, и состоящая из собранного из продольных и поперечных усилителей каркаса, а также различных панелей, привариваемых к нему в процессе сборки. В рассматриваемой ячейке собирается как раз каркас данного узла.
На картинках ниже я привел примеры того, как выглядят эти узлы. Картинки и видео относятся к разным проектам и даже к разным производителям (на картинка Фольксваген, а на видео Мерседес).
Элементы пола (платформы) автомобиля. 1 - Сборка общего пола автомобиля, 2 - Платформа автомобиля в сборе, 3 - Состав заднего пола, 3 - Состав каркаса заднего пола
Обзор ячейки
На картинке показан скриншот из видео с указанием движения деталей (стрелками) и обозначениями станций и роботов для дальнейшего описания работы. Голубыми стрелками я обозначил поступления подсборок из соседних ячеек, а темно-синей - детали, загружаемые человеком.
Общий вид роботизированной ячейки
Данная роботизированная ячейка не изолирована от других, как может показаться на первый взгляд по пустому пространству вокруг. Просто для снижения нагрузки на рабочие компьютеры моделирование для каждой области, по возможности, выполняется независимо от других: одна ячейка - одна модель.
Для обеспечения непротиворечивости данных (чтобы одна ячейка вдруг не заняла пространство другой) в моделях используются общие компоненты, такие как планировка, компоненты обстановки (колонны, коммуникации и т.д.), заборы и т.д. Если роботы из одной области работают с оборудованием из другой - в этом случае это внешнее оборудование подгружается в модель в виде обстановки, чтобы обозначить его положение и промоделировать работу с ним.
Часто для передачи деталей из одной области в другу используются отдельные станции, отгороженные от обеих ячеек забором (или подвижным забором - на видео он обозначен желтым цветом) и имеющие свой собственный вход (дверь). Обычно на таких станция размещают несколько деталей, превращая их в мини-накопитель. Такая организация позволяет минимизировать влияние отдельных областей друг на друга: в случае остановки одной из них по причине текущего ремонта или обслуживания, другие, связанные с ней, имеют возможность какое-то время продолжать свою работу. В данном видео можно увидеть несколько таких станций. Для наглядности я их обозначил на картинке буквой Д с индексом станции.
Описание работы.
Ниже для каждого робота приведено краткое описание его работы, а особенности и примечательные моменты тех. процесса будут раскрыты далее.
Для лучшего понимания происходящего на виде рекомендую не пытаться охватить весь процесс с одного просмотра, а пересмотреть видео несколько раз наблюдая за отдельными участками или роботами.
Робот Р1:
- меняет захват
- забирает поперечные усилители из депозита Д1
- наносит клей на поперечные усилители под стационарным клеевым пистолетом
- закладывает усилители в станцию С1
- меняет захват
- берет продольные усилители (левый и правый) из депозитов Д2 и Д3
- закладывает их в станцию С1
Роботы Р2 и Р3
- выполняют клепку усилителей в каркас в станции С1
- выполняют дополнительную клепку в захвате робота Р4 "на весу"
Робот Р4
- вынимает собранный каркас из станции С1 и поворачивает его к роботам Р2 и Р3
- после выполнения клепки в захвате второй частью захвата забирает передний поперечный усилитель из депозита Д4
- наносит клей на поперечный усилитель с двух сторон под стационарным клеевым пистолетом
- закладывает каркас и усилитель в станцию С2
Робот Р5
- меняет сварочные клещи на захват
- берет две детали (левую и правую) из выкатной станции В1 (две станции)
- закладывает детали в станцию С2
- меняет захват на сварочные клещи
- выполняет точечную сварку в станции С2
Робот Р6
- забирает деталь из станции С2
- выполняет точечную сварку в стационарных клещах
- закладывает деталь в депозит Д5
Особенности
Клепка
В сборке в поперечных усилителях используются детали из алюминия (сплава), поэтому в отдельных местах вместо точечной сварки используются клепка. Клещи для нее можно легко визуально отличить по большим С-образным скобам, которые предназначены, чтобы воспринимать большое усилие при от привода.
Вообще существует множество разных вариантов клепки, различаемых по форме, размеру и т.д. Но принципиально отличных технологии клепки есть две: с заклепкой (деталью) и без. На картинке ниже показаны соединения, сделанные с помощью обеих технологий. В одном случае соединение образуется только за счет деформации деталей, а в другом оно дополнительно усилено заклепкой.
Технологии клепки: 1 - Процесс клепки без заклепки, 2 - Соединение в разрезе, 3 - Процесс клепки с заклепкой, 4 - Соединение в разрезе
Инструмент в обоих случаях довольно похожий и состоит из массивной скобы, воспринимающей усилие клепки, и привода, выполняющего деформацию металла. Однако для варианта с заклепкой инструмент дополнительно оснащается механизмом, подающим ее к месту соединения (трубка + привод), а также небольшим магазином для хранения заклепок на несколько циклов работы. Для пополнения магазина внутри ячейки используются специальные устройства, к которым по трубке подаются заклепки от питателя вне рабочей области.
Как, я думаю, теперь становится понятно из видео по характерным стойкам для подачи заклепок, в данном случае используется процесс с заклепкой.
Одним из существенных ограничений, которые накладывает любая технология клепки - это ориентация клепочного инструмента. В отличие от сварочных точек, для которых не важно с какой стороны от точки располагается тот или другой электрод (за исключением сварки постоянным током), заклепочное соединение является ассиметричным: с одной стороны у него располагается шляпка заклепки (или углубление - для клепки без заклепки), а с другой - выступ деформированного металла. Направление выполнения клепки определяется конструктором, исходя из свойств материалов и толщины соединяемых листов. Эту особенность следует помнить при построении модели процесса. В противном случае, если ошибка всплывет слишком поздно, можно попасть на переделку всей роботизированной ячейки.
Комбинированный инструмент и смена инструмента
Довольно часто возникает необходимость, чтобы робот выполнял несколько разных операций над разными деталями. Особенно часто это случается в ячейках с большим временем такта.
Комбинирование может быть различным, например:
- Робот должен перемещать несколько разных, но довольно близких по геометрии деталей, но не более одной за раз. В этом случае проектируется комбинированный захват с одной позицией для всех деталей таким образом, чтобы все ложементы и прижимы (или большая их часть) подходили для всех деталей (ну или хотя бы не конфликтовали с ними).
- Робот должен перемещать сильно разные детали, либо более одной за раз. В этом случае для каждой детали в захват определяется отдельная позиция со своими ложементами и прижимами.
- Робот, помимо перемещения деталей, должен осуществлять какие-либо иные процессы (сварка, нанесение клей и т.д.). В этом случае между захватом и роботом устанавливается промежуточный адаптер с местами для крепления захвата и другого инструмента.
Все эти варианты в том или ином виде встречаются в опубликованных видео. Например:
- Универсальный комбинированный захват смонтирован на роботе в ячейке по сборке внутренней боковины
- Комбинированные захваты на несколько деталей можно увидеть в ячейке из этого поста
- Комбинация захвата и сварочных клещей широко представлена в ячейке сварки микроавтобуса
Однако у комбинированного инструмента есть ряд минусов.
Во-первых, это сложность конструкции. Для комбинированных захватов, например, характерно увеличенное число зажимов, так как часть из них могут работать для всех переносимых деталей, а часть - только для определенных типов. Это в свою очередь ведет к усложнению пневматической и электрической схем захвата.
Во-вторых, дополнительные конструктивные элементы усложняют технологический процесс. Например, в комбинации "сварочные клещи + захват" клещи могут мешать захвату работать со станциями, а захват может мешать роботу при сварке.
Для комбинированного инструмента порой бывает достаточно сложно подобрать взаимное расположение его частей, чтобы обеспечивался нормальный процесс.
В тех случаях, когда не удается применить комбинированный инструмент, приходится использовать систему смены инструмента (ССИ). Для этого на фланец робота, а также на каждый его инструмент крепится специальное устройство, позволяющее роботу правильным образом подцеплять / отцеплять инструмент. Также это устройство обеспечивает при необходимости соединение коммуникаций робота (воздух, вода, электричество) и инструмента.
Однако, несмотря на очевидные плюсы ССИ имеет и некоторые минусы. Например:
- Расходы на дополнительное оборудование. Помимо описанных выше устройств понадобятся также стойки для хранения инструмента, а также датчики распознавания инструмента.
- Для инструмента, которому необходим специализированный подвод коммуникаций (клей, клепки, шурупы и т.д.) необходимо проектировать систему этого подвода. Обычно это поворотная стойка с подвесом для поддержания шланги коммуникаций.
- ССИ плохо подходит для производств с коротким тактом выпуска продукции (менее минуты), так как на смену инструмента (туда и обратно) требуется довольно много времени (примерно 20-30 секунд)
В данной ячейке встречаются варианты как роботов с комбинированным инструментом (захваты), так и роботов со сменой инструмента.
Примеры роботной и инструментальной частей различных систем смены инструмента
Станции с подвижными частями.
Обычно все детали в станцию для соединения между собой (сварки, например) складывают сразу в правильную позицию. Но иногда возникают ситуации, когда сразу сложить все правильно по тем или иным причинам оказывается невозможно. В таких случаях для проблемных деталей делают свои зажимные группы, которые располагают на подвижной части станции (поворотной или перемещающейся линейно). Это позволяет заложить эти детали отдельно от остальных, а потом привести их в правильное положение механизмами станции.
Например, станция С1. В сборке для этой станции поперечные усилители располагаются с разных сторон от продольных: один как бы "сверху", а другой - "снизу". Т.е. если сначала заложить в станцию оба поперечных усилителя, то потом невозможно будет заложить продольные, и наоборот - если сначала заложить продольные, то не выйдет заложить один из поперечных. Закладывать все усилители последовательно, как они лежат в станции - от "нижнего" к "верхнему", не позволяет время такта - робот просто не успеет. Проблема решается за счет того, что "верхний" поперечный усилитель закладывается не на свое место, а немного в стороне в отдельные группы, расположенные на поворотном механизме. После закладки роботом Р1 в станцию С1 продольных усилителей поворотный механизм перемещает поперечный усилитель на его законное место.
В станции С2 похожая ситуация. Однако там вступают в конфликт направление совмещения деталей и направление их укладки на штифты.
Сначала поясню за штифты. Для точного позиционирования деталей в оснастке (станции, захваты и т.д.) эти детали укладываются в нее своими точными отверстиями на соответствующие штифты оснастки. Поэтому финальное движение при закладке деталей всегда направлено вдоль осей ее точных отверстий. Однако, иногда получается так, что оси отверстий в соединяемых деталях не совпадают с направлением движения их соединения и мы оказываемся перед выбором: точно спозиционировать детали в оснастке или соединить их между собой.
Такая проблема возникла и в станции С2 на видео, причем со всеми четырьмя закладываемыми деталями. Поэтому все детали, кроме каркаса (он остается неподвижным), закладываются в отдельные позиции, после чего линейными механизмами приводятся в правильное положение. Это процесс немного видно в момент закрытия этой станции.
Завершение.
В целом, это наверное все, что я хотел бы рассказать про данную роботизированную ячейку. Если у вас вдруг возникнут вопросы - можете не стесняться задавать их в комментариях.
Если вы добрались аж до сюда, то видимо этот пост был вам интересен, а потому я смею порекомендовать и другие свои посты, в которых есть аналогичные видео, тем более, что я теперь свел их в одну серию.
