Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор конструктивных решений вакуумных захватных устройств и принципов удержанияобъектов 11
1.1 Классификация захватных устройств 11
1.2 Вакуумные захватные устройства 13
1.3 Струйные захватные устройства 21
1.4 Устройства и аппараты, работающие на основе вихревого эффекта
1.4.1 Вихревые аппараты и устройства 22
1.4.2 Вихревые захватные устройства 28
1.5 Выводы 33
2 Анализ процессов, влияющих на характеристики вихревых захватных устройств 34
2.1 Качественная оценка процессов, протекающих в вихревых захватных устройствах, и их характеристики 34
2.2 Математическая модель вихревого вакуумного захватного устройства робота для определения его несущей способности 42
2.3 Выводы 55
3 Численный эксперимент по исследованию параметров вихревых захватных устройств роботов 56
3.1 Методы численных экспериментов при проектировании вихревых захватных устройств 56
3.2 Определение исходных параметров для численного моделирования 60
3.3 Математическая модель рабочей камеры вихревых захватных устройств 76
3.4 Постановка задачи численного эксперимента, граничные условия и оценка сходимости расчёта 78
3.5 Анализ распределений скоростей и давлений газа внутри вихревого захватного устройства 82
3.6 Анализ влияния параметров рабочей камеры захватного устройства на удерживающее усилие 89
3.7 Анализ вторичных течений в камере захватного устройства и их влияния на обеспечение удержания объекта манипулирования 92
3.8 Методика определения удерживающего усилия вихревого захватного устройства робота 95
3.9 Рекомендации по выбору параметров вихревого захватного устройства робота
3.9.1 Задача проектирования вихревого захватного устройства 103
3.9.2 Порядок выбора параметров вихревого захватного устройства 105
3.9.3 Пример решения задачи проектирования 108
3.10 Выводы 109
4 Экспериментальное исследование макета вихревого захватного устройства 110
4.1 Цели и задачи экспериментального исследования 110
4.2 Методика исследования и оценка полученных результатов 110
5 Рекомендации по использованию вихревых захватных устройств в задачах манипулирования 117
5.1 Дополнительное базирование объектов манипулирования в вихревых вакуумных захватных устройствах 117
5.2 Предложения по расширению областей использования вихревых захватных устройств 120
Заключение 128
Библиографический список
- Струйные захватные устройства
- Математическая модель вихревого вакуумного захватного устройства робота для определения его несущей способности
- Математическая модель рабочей камеры вихревых захватных устройств
- Методика исследования и оценка полученных результатов
Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Обеспечение способности промышленных роботов качественно выполнять задачи захвата объектов, их надежного удержания во время переноса и точного базирования на заданных позициях, потребовало создания большого числа разнообразных захватных устройств. К захватным устройствам роботов предъявляются множество технических требований, к числу которых, относятся обеспечение возможности захвата объектов с различными формами поверхностей при создании технологически необходимого удерживающего усилия. При манипулировании некоторыми типами объектов предъявляются дополнительные, порой очень жесткие, требования к обеспечению сохранности поверхностей, с которыми происходит взаимодействие захватного устройства. Для реализации широкого спектра предъявляемых к захватным устройствам требований порой приходится прибегать к оснащению роботов сменными захватными устройствами. В литературе приведено множество различных схемных и конструктивных решений таких устройств.
Научно-техническое обеспечение проектирования роботизированных систем, роботов в целом, их составных частей, модулей и устройств создавалось в шестидесятые-семидесятые годы ХХ века и совершенствуется до сегодняшнего дня. Здесь в первую очередь следует отметить монографии С.Ф. Бурдакова, С.М. Делиева, Ю.Г. Козырева, С.Н. Колпашникова, А.И. Корендясева, И.Б.Челпанова, Е.И. Юревича, Р.М. Бакиров, Е.В. Стегаев и др. В трудах этих и других ученых, были рассмотрены вопросы расчета и проектирования захватных устройств.
Однако на практике встречаются задачи, в которых требуется минимальное контактное взаимодействие между захватным устройством и объектом манипулирования, например, в устройствах, используемых в электронной промышленности, при производстве окрашенных изделий, в различных областях промышленности, связанных с переносом тонких плёнок и хрупких объектов. Подавляющее большинство известных и широко применяемых захватных устройств имеют ограниченные возможности по удержание объектов с минимальным контактным взаимодействием. Существенно большие возможности при решении этой задачи позволяет полу-
чить использование рассматриваемого в данной работе принципа создания вакуума в рабочей камере захватного устройства с помощью вихревого течения газа. Захватные устройства, построенные на этом принципе, до сих пор проанализированы лишь в редких практических применениях. Одними из первых исследователей промышленных струйных и вихревых захватных устройств можно считать Аксенова С.Н., Головня В.А. и Красносло-бодцева В.Я. С течением времени потребность в подобных устройствах выросла в связи с развитием электронной промышленности и производства в целом. Не были проведены подробные исследования, основанные на использовании компьютерных моделей таких устройств. Патентный поиск показал, что большинство патентов связано с вихревыми генераторами вакуума, а не с вихревыми захватными устройствами. Отсутствует и научно обоснованная методика проектирования вихревых захватных устройств.
В связи с этим тема диссертации, посвященной исследованию вихревых вакуумных захватных устройств и разработке методики их проектирования, представляется актуальной.
Объект исследования
Объектом исследования является вихревое захватное устройство как рабочий орган промышленного робота.
Предмет исследования
Предметом исследования является несущая способность и параметры вихревого вакуумного захватного устройства, определяемые аналитически с использованием упрощенной математической модели и по результатам расчета методом конечных элементов вихревых течений, создаваемых в камере струями сжатого газа.
Цель работы
Целью диссертационной работы является исследование вихревых захватных устройств роботов и разработка научно обоснованной методики их проектирования.
Основные задачи исследования выполнить аналитический обзор технических решений вакуумных захватных устройств и принципов удержания объектов манипулирования;
проанализировать процессы, определяющие характеристики вихревых захватных устройств;
систематизировать задачи манипулирования объектом при помощи вихревых захватных устройств, отличающиеся тем, что позиционирование и удержание объекта должно осуществляться при минимальном взаимодействии с захватным устройством;
предложить и обосновать математические газодинамические модели вихревого вакуумного захватного устройства;
выполнить расчётное исследование динамических процессов, протекающих в вихревых захватных устройствах, предназначенных для роботизации технологических операций;
выявить качественные и количественные соотношения, связывающие удерживающую силу вихревого захватного устройства с его геометрическими характеристиками, давлением и расходом сжатого газа;
проанализировать качество результатов расчёта течений газа, формирование пограничных слоёв при математическом моделировании методом конечных элементов в среде ANSYS FLUENT в зависимости от параметров разбиения модели захватных устройств на конечные элементы;
разработать научно обоснованную инженерную методику расчёта и проектирования вихревых захватных устройств роботов с заданными конечными параметрами;
провести экспериментальное исследование макета вихревого захватного устройства для верификации результатов, полученных в работе аналитическим путём и конечно-элментным моделированием;
разработать рекомендации по практическому использованию вихревых захватных устройств.
Положения, выносимые на защиту
- расчетная модель вихревого захватного устройства, исследованная методами компьютерного моделирования и позволяющая оценить его эффективность;
метод оценки распределения давления внутри рабочей камеры вихревого захватного устройства, позволяющий определить его удерживающую силу;
методика проектирования вихревых захватных устройств, предоставляющая возможность нахождения его конструктивных параметров, несущей способности и основанная на результатах моделирования вихревых процессов с учетом влияния пограничных слоев.
Методы и средства исследования
В диссертационной работе использованы известные методы математического анализа механики твердых тел и теории газодинамики. При выполнении численных расчетов использован программный пакет ANSYS FLUENT.
Научная новизна работы
разработана и обоснована конечно-объемная модель вихревого захватного устройства, позволяющая моделировать сложные трёхмерные газодинамические процессы, протекающие в вихревой камере захватного устройства;
создана приближенная математическая модель вихревого движения газа в рабочей камере захватного устройства;
получены зависимости удерживающего усилия от геометрических параметров рабочей камеры захватного устройства.
Практическая значимость работы
Предложенные рекомендации и методики проектирования вихревых захватных устройств позволяют разработчикам определить конструктивные параметры устройств, обеспечивающие заданную несущую способность.
Достоверность научных положений и выводов
Достоверность научных положений и выводов, содержащихся в диссертации, подтверждается корректным использованием известных методов математического анализа механики твердых тел и теории газодинамики, а также корректным применением методов проведения физических экспериментов и использованием хорошо отработанного программного продукта метода конечных элементов - пакета ANSYS FLUENT. Результаты тео-6
ретических расчетов подтверждены результатами экспериментальных исследований характеристик вихревых захватных устройств.
Апробация результатов диссертации
Основные положения и результаты диссертации докладывались на конференциях:
-
II Международная научно практическая конференция "Современное машиностроение. Наука и образование" 14-15 июня 2012г, СПб;
-
III Международная научно практическая конференции "Современное машиностроение. Наука и образование" 20-21 июня 2013г, СПб;
-
XLII Неделя науки СПбГПУ Санкт-Петербург, 02-07 декабря 2013г
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 статей в научных изданиях, из них две статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК; "Научно-технические ведомости СПбГПУ IV (207) 2014" (203-210с.) и журнал "Науковедение" Том 7, №1 2015 (14с), и одна публикация в издании, входящем в список РИНЦ; "XLII НЕДЕЛЯ НАУКИ СПБГПУ" (12-21с). Материалы научно-практической конференции c международным участием, СПб, 02-07 декабря 2013г.
Структура и объем диссертации
Струйные захватные устройства
Присоска, показанная на рисунке 2 а, представляет собой эластичную вакуумную камеру, которая деформируется при наложении на объект манипулирования при ее придавливании. При этом воздух, находящийся между деталью и корпусом присоски, вытесняется через кольцевой зазор, который при снятии нагрузки закрывается за счёт эластичности юбки вакуумной камеры. В этих случаях удержание детали осуществляется только лишь за счёт вакуума, созданного при упругой деформации эластичного корпуса [60]. Вариант конструкции (рисунок 2 б) отличается от варианта конструкции (рисунок 2 а) тем, что воздух вытесняется из-под эластичной юбки присоски при ходе поршня вниз, что позволяет получить более полное вытеснение воздуха из вакуумной камеры захвата.
Пассивные вакуумные захваты используется в так называемых вакуумных пинцетах, широко применяемых при производстве полупроводников, изделий электроники и других подобных областях манипулирования множеством мелких деталей, имеющих гладкие поверхности (рисунок 3). Конструкция включает в себя эластичную присоску 1, поршневую камеру 2, воздух из которой вытесняется при перемещении поршня 3, после чего поршень возвращается в исходное положение под действием пружины 4, создавая тем самым разрежение, которое и удерживает объект манипулирования.
Для сокращения времени захватывания и надёжности удерживания применяют различные запирающие устройства (обратные клапаны), как шариковые, так и мембранные. При применении подобных устройств достигается гарантированное вытеснение воздуха из полости захвата при последующем сохранении разрежения, что позволяет прикладывать мен ьшее усилие для захватывания. При использовании клапанов достаточен меньший объём камеры [92].
Пассивные вакуумные захваты получили широкое применение благодаря своей простоте, поскольку не нужны вакуумные насосы и распределительная аппаратура. Но их использование ограничено малым временем надежного удерживания на весу объекта, чувствительностью к шероховатости поверхностей и небольшим разряжением и, как следствие, имеют место более жесткие ограничения по массе переносимых изделий. Активные вакуумные захваты отличаются от пассивных тем, что в вакуумной камере разрежение создаётся принудительно при помощи, например, вакуумного эжектора (рисунок 4 а) или поршневого насоса (рисунок 4 б). Рисунок 4. Схема для получения разрежения эжектором (а) или поршневым насосом (б)
Эжектор работает в соответствии с законом Бернулли. В сужающемся сечении создается поток с высокой скоростью и поэтому с низким абсолютным давлением; в область с пониженным давлением устремляется воздух из вакуумной камеры. Эжектор целесообразно использовать в захватных устройствах небольшой грузоподъёмности. Стабильность разрежения сильно зависит от свойств подводимого сжатого воздуха: его степени отчистки, от пульсаций давления. При работе эжекторы требуют большого расхода воздуха, и при работе они создают существенный шум. Кроме того, для уменьшения откачиваемого объёма рекомендуется ставить эжектор как можно ближе к захватному устройству, вследствие этого появляется дополнительный трубопровод, ограничивающий подвижность захватного устройства.
Создание разрежения при помощи вакуумного насоса устраняет часть описанных выше недостатков. Откачивающие насосы позволяют получать более высокое разрежение, что повышает несущую способность схватов. Но цена форвакуумного насоса намного выше, чем эжектора. В особо ответственных местах приходиться ставить два насоса, основной и аварийный; аварийный подключается при повышении давления в вакуумном ресивере.
Вариант, представленный на рисунке 5а, имеет аналогичную пассивному захвату эластичную камеру с отверстием для откачки воздуха; подобная конструкция может быть закреплена на шаровой опоре для возможности дополнительной самоустановки на поверхности объекта манипулирования. Вариант, представленный на рисунке 5б, представляет собой сильфонный захват. Подобная конструкция вакуумной камеры за счёт способности стенок к деформации в широком диапазоне, позволяет кромке захвата более плотно прилегать к неровным или наклонным поверхностям. Для захвата тонких листовых материалов применяют вакуумные камеры с центральными опорными (базирующими) элементами различной формы (рисунок 6).
Математическая модель вихревого вакуумного захватного устройства робота для определения его несущей способности
При расчете и проектировании захватного устройства рассматриваемого типа в качестве исходных параметров задаются размеры вакуумной камеры и несущая способность устройства, определяемая массой объектов манипулирования и динамикой движения захватного устройства вместе с объектом. Рассмотрение условий равновесия всех сил позволяет определять несущую способность вакуумного захватного устройства. Сначала несущая способность определяется при отсутствии движения, когда на захватываемый объект с плоской, горизонтально ориентированной, поверхностью действуют только сила тяжести и подъёмная сила захвата. Это означает, что зазор стабилизируется таким образом, чтобы подъёмная сила захвата несколько превышала силу тяжести, действующую на объект.
Необходимо, чтобы при их совместном действии объект находился в равновесии; соответствующее условие налагает ограничения, с одной стороны, на массы переносимых объектов, а с другой стороны, на динамические силы, действующие на объекты при переносе. Распределения сил приводит к выводу, что возникает изгиб захватываемого объекта, и это может быть важным для определения условий прочности. Также для очень тонких объектов в виде листов могут быть существенны деформации, в частности, складки, приводящие к значительным изменениям зазоров. По отношению к силам тяжести и к силам инерции важны также такие факторы, как смещения центра масс и угловая ориентация захватного устройства.
Основные качественные соображения относительно положения равновесия для данной механической системы были изложены в п.2.1. Далее речь идет только об устойчивом положении равновесия объекта в захвате. Причём, это положение зависит как от механических характеристик объекта (вес, шероховатость поверхности и т.п.), так и от пневматических характеристик захватного устройства (рабочее давление газа, расход и т.п.).
Теория вакуумных вихревых захватных устройств основана, с одной стороны, на теории вихревых движений газа, которая развивалась и совершенствовалась на протяжении многих десятилетий, начиная с классической монографии А. Пуанкаре [79], затем Г. Гельмгольц [32], а с другой стороны, на теории истечения газа из сопла в ограниченную среду.
Вихревые движения газов в рассматриваемых задачах всегда обладают нестационарностью, которая сопровождается значительными пульсациями давлений, режимы течения газов являются турбулентными. Однако в упрощенной теории рассматривают только постоянные, стационарные составляющие скоростей и давлений.
Согласно результатам экспериментальных исследований вихревых труб [73] вихревой эффект, который демонстрирует кривая угловых скоростей, построенная по экспериментально полученным значениям тангенциальных скоростей, имеет вид, представленный на рисунке 30. Значение тангенциальных скоростей, отнесенных к радиусу, измерялось при помощи малых зондов. Кривая (рисунок 23) показывает, что в области от оси до определённого радиуса поток вращается с практически постоянной угловой скоростью со -19(1/с). В теории вихрей эту зону, вращающуюся с co=const, называют вынужденным вихрем [78]. В периферийной области камеры угловая скорость резко снижается с возрастанием радиуса, а вблизи стенки в пограничном слое падает до нуля. Закон изменения скорости в этой области, особенно в сечениях, близких к сопловому, приближается к закону потенциального течения жидкости. В теории вихревого эффекта это течение принято называть свободным вихрем.
Второй составляющей задачей, решаемой в ходе исследований, является задача разрушения струи, выходящей из сопла, которым заканчивается канал подачи сжатого газа. Скорость V истечения из сопла для докритического режима, когда она меньше скорости звука V V , определяется выражением 2Р V а в закритическом режиме скорость остается постоянной и равной скорости звука V .
Рассмотрим использование в качестве рабочего газа сжатый воздух. При давлении в магистрали сжатого воздуха P =0,5 МПа истечение из трубопровода диаметром 2 мм является закритическим.
После истечения воздуха в камеру он расширяется с падением давления примерно до атмосферного (от давления 0,5 МПа до давления 0,1 МПа, т.е в 5 раз). Если трубопровод непосредственно входит в камеру, то расширение происходит равномерно во все стороны. Для получения направленности расширения по касательной к вихрю используют сопло. Сопло - это насадок, в котором потенциальная энергия сжатого газа преобразуется в кинетическую; вдоль оси сопла скорость движущегося воздуха увеличивается до критической, а давление снижается. Абсолютное давление уменьшается в направлении к выходному сечению сопла, а скорость может существенно увеличиваться, что приводит к повышению угловой скорости вращения массы воздуха в камере.
Задачи аэродинамики процессов, происходящих в вихревом вакуумном захватном устройстве, достаточно сложны. Математическая модель этих процессов строится на основе нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных Навье-Стокса при определенных граничных условиях. Теория аэродинамики вихрей (преимущественно в неограниченной среде) занимает значительное место в классических монографиях по механике жидкостей и газов (например, [59]). Теория вихрей в цилиндрических камерах также была разработана, но преимущественно применительно к технологическим установкам, предназначенным для очистки воздуха с извлечением из него твердых частиц и/или применительно к охлаждению [82]. Подобные задачи, по преимуществу, решаются численным методом конечных элементов. В главе 3 описана серия численных компьютерных экспериментов для сложных трехмерных задач аэродинамики турбулентных течений, начиная с истечения газа из сопел и кончая выпуском газа из камеры. В результате математического моделирования были определены законы стационарного распределения скоростей и давлений в вихревой камере после выхода струй из сопел.
Математическая модель рабочей камеры вихревых захватных устройств
В результате формируются направленные радиально внутрь диска вторичные течения в потоке газа. Вторичными наз ывают течения, в котор ых исключена касательная составляющая скорости. Вследствие этого, вблизи нижней границы окружная скорость из-за сил трения уменьшается. Так в задаче Бёдевадта основная составляющая скоростей частиц направлена тангенциально к кольце вому вихрю. Вторичное течение газа в вихревом течении на правлено радиально к оси вихря. Поэтому, кроме того, что частицы газа вдоль неподвижной поверхности двигаются по окружности, они ещё и медленно перемещаются к оси вихря.
Для того, чтобы рассчитать вторичные течения необходимо рассчитать пограничный слой. Для этого при выполнении компьютерных расчетов была уплотнена («сгущена») сетка конечных элементов в пристенных областях. Причём, так как градиент скорости направлен по отношению к неподвижной поверхности по нормали, то для корректного создания модели пограничного слоя конечные элементы в пристенных областях создаются не виде тетраэдров, а в виде идущих слоями призм с треугольным основанием.
Толщину первого слоя ячеек можно рассчитать на примере задачи с одиночным соплом. В области, в которой поток из сопла втекает в вакуумную камеру захватного устройства, скорость будет аналогична скорости на выходе из сопла, т.е. порядка v =230 м/с. Для того, чтобы с помощью программы ANSYS были корректно проанализированы процессы, происходящие в пограничном слое, зададим величину Y+ порядка единицы [100]. Координата центра первой ячейки рассчитывается по следующей формуле: тл Y+ и У = р-ит где: ju - динамическая вязкость, р - плотность, их - динамическая скорость. Динамическая скорость рассчитывается следующим образом:
Учитывая, что плотность и скорость в камере по радиусу непостоянны, примем координату центра первого слоя ячеек, равной 0,005мм [100]. При создании сетки на модели вакуумного вихревого захвата необходимо вдоль поверхностей, ограничивающих вихревую камеру, выстроить пограничный слой из нескольких слоёв тетраэдров. Толщина первого слоя из этих элементов составляет 0,01 мм.
Опыт математического моделирования показывает, что при решении задачи с соплом решение сходится к правильному, даже при значительном отличии граничных условий от истинных. Однако в дальнейших расчетах корректность граничных условий сильно сказывается на сходимости всего расчётного процесса.
Данный раздел посвящен исследованию зависимостей распределений давления в осевой области вихревой камеры и, связанных с этим других параметров от диаметра D камеры захвата и диаметра d сопел, через которые подводится сжатый воздух. В частности, обращено особое внимание на поиск оптимальных конструктивных и газодинамических параметров вихревого захватного устройства с целью снижения расхода сжатого воздуха при сохранении создаваемого усилия удерживания объекта при разных геометрических параметрах камеры.
В данном разделе исследовано влияние диаметра D вакуумной камеры захватного устройства на создание разрежения в приосевой области. Вакуумная камера 1 захватного устройства 2 имеет цилиндрическую форму со скругленными углами (рисунок 37). Рисунок 37. Сечение вакуумной камеры захвата по оси вращения вихря
В решаемой задаче число сопел 3 постоянно и равно четырем, диаметр сопел d=2 мм, угол наклона сопла по отношению к удерживаемому объекту aД=10, струя воздуха истекает из сопла в камеру по касательной, т.е. aК=0.
Зазор z между объектом и захватным устройством тоже считаем постоянным и определяем его из условия статического равновесия объекта под действием аэродинамических сил и силы тяжести объекта. В ходе расчета определяется распределение скоростей и давлений внутри вакуумной камер ы вихревого захватного устройства и подводящих каналов. Задача является осесимметричной, что позволяет рассчитывать методом конечных элементов не всю модель, а только её четверть (так как сопел 4). Для разбиения модели на конечные элементы использовались результаты решения вспомогательных задач (п.п. 3.1 - 3.2).
На основе решения задачи исследования сеточной зависимости выбраны параметры разбиения, аналогичные второму варианту разбиения вспомогательной задачи (на 100 тыс. ячеек).
Результаты решения вспомогательной задачи позволяют сделать выводы о толщине пограничного слое вдоль стенок камеры и удерживаемого объекта. Поэтому в расчетной модели вихревой камеры, для разрешения пограничного слоя у неподвижных поверхностей в модели построен слой из призм высотой в 0,01мм. Вид твёрдотельной модели с наложенной сеткой конечных элементов представлен на рисунке 38.
Методика исследования и оценка полученных результатов
В дополнение к этому требование отсутствия контакта вихревого устройства с лентой может быть выдвинуто по разным соображениям, например, чтобы не разрушить чувствительное покрытие, нанесенное на ленте, или в случае высокой температуры ленты. В этих случаях вихревое вакуумное захватного устройства может выполнять дополнительно функции очистки от пыли или охлаждения. При большой длине и/или ширине ленты таких вакуумных вихревых устройств может понадобиться несколько. В частном случае ви хревые устройства мог ут быть расположены в узлах прямоугольной сетки.
6) При необходимости захватывания и удерживания неплоских объектов может оказаться целесообразным использование комплексных или групповы х захватных устройств, состоящих из совокупности определенным образом расположенных и ориентированных вакуумных вихревых камер. Возможно также комбинирование нескольких захватных устройств, использующих различные физические принципы. Представляется, что это, прежде всего, применимо по отношению к относительно легким объектам, форма которых представляет собой прямоугольный параллелепипед с плоскими гранями, а несущая конструкция не является жесткой, так что сжатие зажимным захватом недопустимо. Наиболее простым представляется вариант, изображенный на рисунке 72а. Здесь основная нагрузка от силы тяжести приходится на захватное устройство ЗУ1, подтягивающее объект за верхнюю грань. Вспомогательные захватное устройство ЗУ2 и захватное устройство ЗУ3 задают положение по двум горизонтальным осям. Если масса объекта мала возможно захватывание тремя захватными устройствами за угол (рисунок 72б). Это может быть удобным при манипулировании в стесненных пространствах, например, при штабелировании. Однако, три захватных устройства не могут обеспечить одновременно точное позиционирование и угловое ориентирование. При подобных требованиях необходима система из шести захватных устройств (по два на каждую грань). Шесть захватных устройств ограничивают перемещение по шести степеням свободы, что необходимо для однозначного задания положения твердого тела. Пример правильного размещения круговых зон , на которые воздействуют вакуумные камеры, показан на рисунке72 в. При этом все камеры должны быть закреплены на единой несущей жесткой рамной конструкции.
Классические вакуумные захваты также часто используют в качестве датчика контроля целостности переносимого объекта. Если пластина или объект иной формы имеет дефекты на поверхности, препятствующие его захватыванию, то объект воспринимается системой как бракованный. Вихревой бесконтактный захват по аналогичной системе позволяет проводить отбор целевых объектов с дефектами типа сколы, трещины, отверстия. Также, если объекты имеют недопустимые дефекты типа сквозных трещин, отверстий, то захватное устройство не удерживает объект, подлежащий захватыванию. Это приводит к отбраковке объекта. Таким способом, например, проверяют на герметичность во время переноса тонкостенные банки из алюминиевых сплавов.
В технологических процессах могут возникнуть задачи, где свободное плавание целевого объекта может быть использовано для его ориентации и базирования другими средствами.
Так, на рисунке 73 система захватов 1 обеспечивает перемещение объекта 2 до упоров, закреплённых на базовой поверхности 3. В этом случае захватные устройства действуют подобно пневмоконвейеру (пневмолотку).
Кроме поступательных подвижностей, также можно целенаправленно использовать не фиксируемую вращательную подвижность. Вращательная подвижность находит своё применение в мини центрифугах на газовом подшипнике. Схема простейшего варианта конструкции приведёна на рисунке 74. Здесь в одном устройстве конструктивно совмещены функции подшипника и пневматического привода. Рисунок 74. Схема центрифуги на газовом подшипнике
Конструкция включает корпус 1 вихревого газового подшипника, имеющего вихревую камеру 4 со сферическим внешним ободом, и чашу 2 со сферическим дном. В вихревую камеру 4 через входной штуцер 3 подводиться сжатый газ. Через тангенциальные сопла, выполненные в корпусе, газ попадет в вихревую камеру, где и создаётся вихрь. Избыток газа выходит через кольцевой сферический зазор 5. В результате вихревое устройство несёт в себе функции газового подшипника и привода мини центрифуги. При этом за счёт формы кольцевого зазора у чаши остаётся одна вращательная степень подвижности.