книги / Промышленные роботы. Ч. 2

по подвижности основания – мобильные, стационарные;

по виду программы – с жесткой программой, перепрограммируемые, адаптивные, с элементами искусственного интеллекта;

по характеру программирования – с позиционным, контурным, комбинированным программированием.

За короткий период развития роботов произошли большие изменения в элементной базе, структуре, функциях и характере их использования. Это привело к делению роботов на поколения.

Роботы первого поколения (программные роботы) имеют жесткую программу действий и характеризуются наличием элементарной обратной связи с окружающей средой, что вызывает определенные ограничения в их применении.

Роботы второго поколения (очувствленные роботы) обладают координацией движений с восприятием. Они пригодны для малоквалифицированного труда при изготовлении изделий. Программа движений робота требует для своей реализации управляющей ЭВМ.

Неотъемлемая часть роботов второго поколения – алгоритмическое

ипрограммное обеспечение, предназначенное для обработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий.

Роботы третьего поколения относятся к роботам с искусственным интеллектом. Они создают условия для полной замены человека в области квалифицированного труда, обладают способностью к обучению и адаптации в процессе решения производственных задач. Эти роботы способны понимать язык

ивести диалог с человеком, формировать в себе модель внешней среды с той или иной степенью детализации, распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить программные движения исполнительной системы и осуществлять их надежную отработку.

Появление роботов различных поколений не означает, что они последова-

тельно приходят на смену друг другу. В процессе развития совершенствуются функциональные возможности и технические характеристики роботов различных поколений.

К роботам первого поколения относят обычно промышленные роботы. ПоколичествувнедренныхПРнашастраназанимаетодноизведущихмествмире.

ПР представляет собой сложную конструкцию (рис. 1.1), включающую ряд систем: механическую, приводов управления, связи с оператором, информационную, а также операционное устройство.

11

сальных манипулирующих, но и в качестве управляющих устройств. Наличие датчиков и соответствующих электронных схем внешней информации придало этим ПР принципиально новую способность адаптации к изменяющимся условиям работы.

Привод для каждой из координат ПР обеспечивает силовое воздействие на соответствующий механизм, осуществляющий задаваемое перемещение. Приводом служит автоматическая система, входным сигналом которой является детерминированное воздействие управляющей системы, а выходным сигналом – механическое перемещение.

Разработка типажа ПР, имеющего существенное значение для организации их производства, проведения научно-исследовательских и опытно-конструк- торских работ, еще не закончена. В настоящее время наиболее разработан типаж ПР первого поколения. Например, в станкостроительной и инструментальной промышленности по структуре эти ПР подразделяют на следующие группы и подгруппы: универсальные ПР, обслуживающие различное технологическое оборудование и выполняющие различные основные технологические операции; целевые ПР подъемно-транспортной группы (многоцелевые), обслуживающие различное технологическое оборудование, выполняющие транспортноскладские и специальные работы; целевые ПР производственной группы (многоцелевые) для выполнения различных технологических операций сварки, очистки и подготовки деталей, окраски и нанесения покрытий, разборки, контроля, измерения, отбраковки, разметки и сборки.

В настоящее время на промышленных предприятиях роботы решают задачи, которые можно разделить на три основные категории:

–манипуляции заготовками и изделиями;

–обработка их с помощью различных инструментов;

–сборка изделия из отдельных элементов.

13

2.ВИДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

2.1.Конструкции промышленных роботов

Конструкции промышленных роботов весьма разнообразны. Выбор конструкции робота определяется в значительной степени областью его применения. В зависимости от своей структуры промышленные роботы обслуживают различное технологическое оборудование и выполняют подъемно-транспорт- ные, транспортно-складские и специальные работы. Целевые и многоцелевые ПР выполняют различные технологические операции: сварку, очистку и подготовку деталей, окраску и нанесение покрытия, разработку, контроль, измерение и сборку. В качестве примера рассмотрим роботы некоторых распространенных конструкций.

Напольный промышленный робот с горизонтальной выдвижной ру-

кой. Робот с горизонтальной выдвижной рукой, установленной в подъемной каретке, показан на рис. 2.1. Он работает в цилиндрической системе координат. В промышленных роботах такого типа применяют различные приводы рабочих органов (гидравлические, электромеханические и др.), а также все известные виды систем управления. Это обеспечивает широкий диапазон перемещений механической руки при числе степеней подвижности от 3 до 7.

На рис. 2.2 показан промышленный робот с выдвижной рукой, работающий в сферической системе координат. В сферической системе координат работают также напольные промышленные роботы с многозвенной рукой (рис. 2.3).

14

ив поперечном – по направляющим траверсы 4. Питатель 3 предназначен для загрузки тяжелых грузов массой до 500 кг, а питатель 5 для более легких – до 75 кг. Оба питателя снабжены быстросменными приспособлениями для замены различных клещевых захватов с электромеханическим приводом. Питатели служат как для автоматизации выгрузки-загрузки обрабатываемых заготовок, так

идля автоматической замены инструментов и зажимных кулачков патронов шпинделей станков. Заготовки и обработанные детали укладываются в магазинах 9 и10, зажимныекулачкиизахватыпитателейнаходятсявмагазине8.

Всистеме имеется два барабанных инструментальных магазина 6 на 240 инструментов. Каждый барабан выполнен с 24 осевыми сегментами. В сегменте имеется пять гнезд. Сегменты быстросменные, что позволяет производить быструю смену инструментов при подготовке производства. Станки и загрузочнотранспортное устройство управляются от центральной ЭВМ.

Промышленный робот СМ40 с программным управлением предназначен для загрузки деталей типа тел вращения в станках с горизонтальной осью шпинделя. Обширная рабочая зона площадью более 30 м2 позволяет обслуживать группу станков при линейном или линейно-параллельном расположении.

Привод ПР – электрогидравлический шаговый, система координат – угловая, степень подвижности (без захвата) одна. Робот имеет грузоподъемность 40 кг, может транспортировать заготовки диаметром до 250 мм и длиной до 1200 мм и совершать максимальные линейные перемещения на 1900 мм. Плечо

илокоть робота поворачиваются на 90 , угол кантования захватного устройства 180 . Рабочие органы перемещаются с максимальной скоростью 0,8 м/с.

ПР комплектуется быстросменными широкодиапазонными самоцентрирующимися захватными устройствами. Имеется специальный датчик для определения положения заготовок на позициях вспомогательных устройств. Предусмотрено устройство светозащиты, обеспечивающее безопасность эксплуатации оборудования.

2.2. Роботы для обслуживания оборудования различного технологического назначения

2.2.1. Роботы, выполняющие подъемно-транспортные и складские работы

Роботы этой группы осуществляют различные перемещения заготовок, деталей, готовых изделий, погрузку, транспортировку, разгрузку и ряд других операций.

16

Загрузочно-разгрузочные работы. Во многих отраслях машинострои-

тельной промышленности используются установки для литья, резки и ковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную установку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Если характер загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется, то роботы находят здесь свое применение (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Компоновка РТК на базе автоматического загрузочного устройства, входящего в состав линии вытяжки деталей типа «колпак»

Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из прессформы затвердевших отливок и охлаждения их. Такой подход обладает двумя преимуществами. Во-первых, роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса: действуя в соответствии с заданной программой, они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла и в строго определенные моменты времени извлекают из нее отформованные детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий.

17

Во-вторых, значительно облегчается работа оператора. Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы – мало привлекательная работа, и желательно, чтобы ее выполнял робот. Таким образом, роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера.

Перенос изделий с одной производственной установки на другую.

Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочноразгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного производственного участка на другой. При выполнении таких перемещений роботы играют немаловажную роль.

Так, на заводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем компьютеры, роботы загружают магнитные диски в систему, где на них записывается необходимая информация. Программа, управляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какую из четырех установок для записи следует загружать тот или иной пустой диск. Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующая установка должна записать на диск. Тот же робот осуществляет и два других этапа этого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей установки и помещает его в устройство, которое струей сжатого воздуха прижимает к поверхности диска самосклеивающуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощью захватного приспособления и упаковывает его в конверт.

Подобный робот разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Он передвигается на гусеницах между пятью производственными участками завода. Робот извлекает пластмассовую деталь автомобиля из установки для инжекторного прессования и последовательно переносит деталь на доводочные участки, где с нее снимаются облои и заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, который полирует ее. Наконец, деталь перемещается с полировального станка на конвеер.

Упаковка. Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделия и помещать в какую-либо тару. На заводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаются укладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых, они обращаются с продукцией очень аккуратно, так как, сжав шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот со-

18

блюдает высокую точность при укладке конфет в коробки, помещая их в оп-

обходимость подгонки захвата по размеру бутылок. Робот имеет накопительный карман для вертикальной погрузки лотков перед процессом упаковки.

грузки прессового оборудования, поворотных столов агрегатных станков, сборочных машин, выполнения операций сборки, сварки, контроля и т.п.

Роботы имеют модульную конструкцию, что позволяет из всех возможных компоновок выбрать наиболее экономичную в зависимости от характера выполняемых операций.

Первые краны-манипуляторы появились в Европе приблизительно 25 лет назад, причем назывались они тогда весьма неудачно – краны для грузовиков, что не отражало всех их возможностей.

Кран-манипулятор – универсальная машина, которую можно установить на любой грузовой автомобиль (рис. 2.8). Типоразмер его (грузоподъемность

19

манипулятор можно установить на гусеничное шасси, такая машина пригодна для работ на бездорожье.

Производители кранов-манипуляторов ведут интенсивный поиск новых материалов, которые позволят улучшить конструкцию и изготавливать краны с грузовым моментом 294 кН·м (30 тс·м) и выше, поскольку в настоящее время крановманипуляторов с меньшим грузовым моментом на рынке более чем достаточно.

Сегодня эти подъемные механизмы уже достигли некоторой степени своего совершенства, однако законодательные требования по безопасности машин этого класса становятся все более жесткими, а это значит, что в ближайшее время на российский рынок поступят еще более интересные модели.

нивания крана-манипулятора и автомобиля перед началом работы. Система ограничения нагрузки включает в себя оптический индикатор, механизм ограничения высоты подъема, в программу которого в свою очередь включена функция ограничения нагрузки при работе с удлинителем стрелы.

20