Точность выполняемых промышленными манипуляционными роботами движений повысили, добавив еще одну опору. Теперь робот может точнее и с минимальными вибрациями выполнять механообработку крупноразмерных заготовок, например, корпусов самолетов. Простое и эффективное решение предложили аспирант Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) и ее руководитель. На эти устройства недавно получены патенты.
Типовые манипуляционные роботы имеют намного меньшую жесткость, чем аналогичные по размерам, но более дорогие металлорежущие станки. Из-за низкой жесткости роботов при работе возникают повышенные вибрации и, как результат, точность механообработки понижается. По этой причине манипуляционные роботы почти не применяются для обработки заготовок металлорежущими инструментами.
Промышленные манипуляционные роботы, прежде всего – учебные, уже несколько десятилетий разрабатываются в Южно-Уральском государственном университете. Руководит такой работой в Челябинске доктор технических наук, профессор Петр Мазеин.
Задачу повышения точности механообработки роботами поручили решить аспирантке кафедры «Технология автоматизированного машиностроения» ЮУрГУ Екатерине Щуровой. Она изучила уже существующие решения – от адаптивного управления движением роботов с учетом контроля их текущих деформаций до применения специальных мини-станков, которые переносятся роботами к нужному месту обработки и закрепляются там. Из-за известных недостатков все эти решения так и не получили широкого применения.
В итоге аспирантка предложила модернизировать существующие манипуляционные роботы, установив на их звенья дополнительную опору.
«Решение оказалось на поверхности. Любой человек, когда, например, расписывается на бумаге, не держит руку на весу, как художник, а опирается на запястье. В нашем решении «запястьем» стала дополнительная опора. Теперь все звенья робота этой опорой разделены на две группы. Первая – из длинных звеньев, будет выполнять функцию переноса такой опоры и остальных звеньев к месту обработки. В этом месте опора электромагнитом крепится на стальной заготовке или дополнительной плите. Вторая – это звенья обработки, они будут опираться на новую опору и выполнять точное резание. Таким образом, наш модернизированный робот будет дешевле крупногабаритных станков, но сможет дотянуться до любого участка заготовки и выполнить его точную обработку. Появится возможность точно просверлить или профрезеровать крупногабаритные заготовки, например, изготовить детали фюзеляжей самолетов», – рассказала Екатерина Щурова.
Патент на манипуляционного промышленного робота (RU 2718025) получен Екатериной Щуровой и ее руководителем Петром Мазеиным, также аспирант получила патент на опорное устройство для такого робота (RU 2756901). В первом случае дополнительная опора имеет переменную жесткость и может электромагнитом крепиться прямо на поверхности стальной заготовки. Во втором – жесткая опора робота крепится на дополнительную плиту с сеткой отверстий, что позволяет вести обработку заготовок из алюминиевых сплавов или композитов.
.png)
Манипуляционный робот c дополнительной опорой и расчет его деформаций от сил резания как с такой опорой, так и без нее
Благодаря предложенному решению для обеспечения точной обработки теперь не нужно проектировать и изготавливать специальные переносные мини-станки для роботов или пытаться адаптивно «на лету» модифицировать управляющие программы.
Новый робот имеет большее число звеньев по сравнению с типовыми роботами, однако такие многозвенные манипуляторы уже существуют, – их применяют на автозаводах для покраски кузовов автомобилей изнутри.
Выполненные исследования составили часть кандидатской диссертации Екатерины Щуровой, ее работа уже заслушана и одобрена на заседании кафедры. Кроме того, в 2020 году аспирантка стала победителем конкурса «УМНИК». Сейчас ею выполнены необходимые расчеты, созданы трехмерные модели устройств, напечатаны их чертежи и спецификации.
Патенты и разработанные чертежи устройств можно реализовать на российских предприятиях. Например, Челябинский кузнечно-прессовый завод сейчас осваивает выпуск собственных российских роботов, которые пока используются в традиционном варианте для загрузки деталей на станки, сварки и покраски. Применение патентов ЮУрГУ позволило бы защитить новых роботов на внутреннем рынке и повысить конкурентность на этом рынке и челябинских роботов.
Кроме того, запатентованный манипуляционный робот с опорой может использоваться в одном из основных проектов Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня – в изготовлении новой космической ракеты.
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Университет выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).