Назначение, состав и классификация робототехнических комплексов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра АПП им. проф.В.Ф. Бырьки

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Основы мехатроники и робототехники

тема: «Назначение, состав и классификация робототехнических комплексов»

Выполнил: ст.гр.АиУ 10-1

Мерекеева П.Б.

Проверил(а): пр.Нурмагамбетова Г.С.

2012



Содержание

Введение

1.Назначение робототехнических комплексов

2.Состав и классификация робототехнических комплексов

2.1 По функциональному признаку

2.2 По области применения

2.3 По структурному признаку

2.4 По компоновочному признаку

2.5 По типу производительного подразделения

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Эффективным свойством решения многих задач комплексной автоматизации являются робототехнические комплексы (РТК), работающие по принципу гибкой «безлюдной» технологии под управлением ЭВМ. Переход от изолированного использования отдельных роботов, станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и другого автоматизированного оборудования и РТК позволяет резко сократить время переналадки производства на выпуск новой продукции, высвободить обслуживающий персонал и обеспечить круглосуточную эксплуатацию оборудования.

Главное различие РТК от автоматических линий, традиционно используемых в массовом производстве, заключается в их гибкости, т.е. в способности быстро перестраиваться на выполнение новых технологических операции или изменение их последовательности за счет изменения управляющих программ. Поэтому РТК и создаваемые на их основе гибкие автоматизированные производственные системы находят все более широкое применение в серийном производстве, доля которого в промышленности составляет 80%.

Существенное решение функциональных возможностей РТК достигается за счет введения в его систему управления элементов адаптации и искусственного интеллекта. Такие РТК с адаптивным управлением могут автоматически приспосабливаться к непредсказуемым изменениям производственной обстановки и условий эксплуатации. Они принципиально отличаются от РТК первого поколения мощным информационным и программным обеспечением, позволяющим системе управления планировать технологические операции и принимать оптимальные решения, воспринимать и оперативно реагировать на изменения в рабочей зоне, анализировать обстановку и распознавать объекты, программировать работу оборудования и корректировать управляющие программы, диагностировать неисправности и предотвращать аварийные ситуации.

1.Назначение робототехнических комплексов

Вся деятельность человека, в конечном счете, направлена на удовлетворение потребностей, которая в нашем случае сводится к обеспечению выпуска на промышленном предприятии предметов потребления.

В общем случае мы должны при этом знать ответы на три вопроса:

Что изготавливать (т. е. что делать, что найдет (может найти) рынок сбыта)?

Сколько изготавливать (программа выпуска) по количеству, по сроку и по длительности изготовления?

Как изготавливать (каким образом, какими силами и средствами)?

Изготовление может быть: ручным, механизированным, автоматизированным и автоматическим (см. схему).

Схема промышленного производства

Промышленное производство	Свойства промышленного производства
	по типу производства	по степени автоматизации
	Единичное Серийное Массовое	Ручное Механизированное Автоматизированное Автоматическое

Предметы потребления



Механизация - освобождение человека от участия в энергетическом потоке обработки изделий.

Автоматизация - освобождение человека от участия в энергетическом и информационном потоках обработки изделий.

Любой тип производства может выполняться с любой степенью автоматизации.

Полярными можно считать: единичное, ручное производство и массовое автоматическое производство на жестких автоматических станках и линиях.

При единичным ручном производстве применяют универсальные металлообрабатывающие станки с обслуживающим их станочником высокой квалификации или универсальные станки с ЧПУ по принципу: сколько станков - столько рабочих. Для него характерна большая универсальность, но низкая производительность и культура труда. Такое производство сейчас используется в ремонтных организациях, при выпуске исследовательского уникального оборудования.

Массовое автоматическое производство на жестких автоматических линиях и на станках-автоматах обеспечивает безлюдное высокопроизводительное производство, однако является специальным и не может быть использовано при смене продукции. Такое производство широко используется, например, в подшипниковой промышленности.

В общем объеме промышленного производства единичное и массовое производство занимает около 20 %. Остальные 80 % занимает серийное производство, когда в год на той или иной единице оборудования выпускают от 2 до 100-200 наименований и партиями в 20-200 штук.

Именно серийное производство (крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное) и является экономически наиболее выгодной сферой применения гибких автоматизированных производств (ГАП) и их основной составляющей - роботизированных технологических комплексов.

Понятно, что серийное производство не является единственным типом производства, в котором целесообразно использовать робототехнические комплексы (РК): они используются в массовом, а иногда и в единичном производствах.

Рассмотрим место применения РК и выполняемые ими функции при различных уровнях автоматизации.

Необходимо отметить, что автоматизация технологических процессов имеет целью улучшение экономических и социальных факторов.

Экономические факторы автоматизации: увеличение производительности труда; повышение качества продукции; снижение себестоимости изготовления.

Социальные факторы: улучшение условий труда и безопасности человека, практически почти полное исключение его из производственного процесса и сведение его роли к наладке оборудования и наблюдению за его работой.

В классическом варианте повышение уровня автоматизации решало все вышеуказанные задачи, но резко снижалась универсальность автоматических производств, что и привело к необходимости создания гибких автоматизированных производств.

В процессе развития средств автоматизации на автоматический режим выполнения переводились различные этапы и операции технологических процессов.

Первый уровень автоматизации - это автоматизация цикла обработки. Он сводится к автоматическому управлению последовательностью и характером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности обрабатываемой детали.

Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня нашла в станках с ЧПУ. При этом обеспечивается возможность осуществлять управление практически для неограниченной номенклатуры деталей, то есть такие станки фактически являются универсальными с автоматической обработкой деталей.

Применение таких станков повышает производительность труда в 2-4 раза. Существенно повышается также качество продукции. Загрузка - разгрузка таких станков, однако, производится вручную, и они относятся к категории станков-полуавтоматов.

Второй уровень автоматизации - это автоматизация загрузки - разгрузки станков-автоматов, в том числе и станков с ЧПУ. Наибольшей универсальностью и быстротой переналадки обладают ПР, используемые в качестве загрузочно - разгрузочных устройств.

По мере снижения требований к быстроте переналадки загрузочных устройств и увеличения размера партии обрабатываемых деталей упрощаются средства загрузки-разгрузки деталей в рабочую зону основного технологического оборудования (ОТО). На многоцелевых обрабатывающих центрах такими средствами часто служат автооператоры.

Второй уровень автоматизации часто обеспечивается с помощью роботизированных технологических комплексов, в которых ПР обслуживает единицы или группу ОТО.

Третий уровень автоматизации - автоматизация контроля обрабатываемых деталей, состояния инструмента, состояния станков, а также контроля и подналадки технологического процесса.

Такая автоматизация обеспечивает длительную работу оборудования (в течение одной - двух смен) без участия человека.

Третий уровень автоматизации обеспечивается созданием адаптивных РК, а также гибких производственных модулей, представляющий собой комплекс, состоящий из многооперационного станка (обрабатывающего центра), устройств приема и перемещения спутников (палет), ПР (или автооператоров), устройств контроля, диагностирования и других вспомогательных механизмов и устройств, управляемых от общей системы автоматизированного управления.

Четвертый уровень автоматизации - автоматическая переналадка оборудования с выпуска одного изделия на другое.

На существующем оборудовании переналадка пока осуществляется вручную и занимает значительную часть календарного времени (от нескольких часов до целой смены и больше). То есть этот этап производства до настоящего времени не автоматизирован и является слабым звеном в цепи средств автоматизации (автоматизированного производства).

Пятый уровень автоматизации - гибкие производственные системы (ГПС), представляющие собой (ГОСТ 26228-85) совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, РТК, ГПМ, отдельных единиц ОТО и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик.

В идеале при быстрой переналадке ГПС с выпуска одного изделия на другое (переналадка вспомогательного ТО, инструмента, замена управляющих программ) они должны обеспечивать производительность, близкую к той, что обеспечивается в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.

Необходимо отметить, что повышение уровня автоматизации оборудования тесно связано с ростом уровня организации всего производства на данном предприятии.

Изолированный станок с ЧПУ, ПР, ГПМ или РТК при одиночном использовании на предприятии, где не применяется в достаточно широких
масштабах такое оборудование, не эффективен, так как в таких случаях, как
правило, вся организация производства на таком предприятии не соответствует требованиям, предъявляемым новой высокопроизводительной и нуждающейся в высококвалифицированном обслуживании техникой.

Таким образом, наиболее приемлемыми уровнями автоматизации, обеспечиваемыми непосредственно РТК, являются 2-й и 3-й.

комплексный автоматизация робототехнический



2.Состав и классификация робототехнических комплексов

Робототехнический комплекс - это автономно действующая совокупность технологических средств производства, включающая основное и вспомогательное технологическое оборудование и промышленные роботы, выполняющие технологические основные и вспомогательные операции, а также обеспечивающая полностью автоматический цикл работы внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства.

РК классифицируют по пяти признакам:

- по функциональному признаку;

- по области применения;

- по структурному признаку;

- по компоновочному признаку;

- по типу производственного подразделения.

2.1.По функциональному признаку

различают роботизированный технологический комплекс (РТК) и роботизированный производственный комплекс (РПК).

Роботизированный технологический комплекс - это автономно действующая совокупность технологических средств производства, включающая единицу или группу технологического полуавтоматического оборудования, взаимодействующего с одним или несколькими ПР, и набор вспомогательного оборудования, обеспечивающего полностью автоматический цикл работы внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства.

Роботизированный производственный комплекс - это автономно действующая совокупность технологических средств производства, включающая, как минимум, один промышленный робот, выполняющий основные операции технологического процесса (сборку, сварку, окраску и т. п.), и набор вспомогательного оборудования, обеспечивающего полностью автоматический цикл выполнения технологических операций внутри комплекса и его связь с входными и выходными потоками остального производства. При этом автоматизация вспомогательных операций внутри комплекса может выполняться с помощью других ПР.

2.2.По области применения

различают следующие роботизированные комплексы: механообработки; холодной штамповки; ковки; литья; прессования пластмасс; термической обработки и гальванопокрытий; сварки; окраски; транспортирования; контроля и испытаний; сборки.

2.3.По структурному признаку

различают:

- однопозиционные РТК, включающие один ПР в комплекте с единицей технологического оборудования станок - робот, пресс - робот, то есть «оборудование - робот» (рис. 10.1).

- групповые РТК, включающие один ПР, обслуживающий группу однотипного или разнотипного технологического оборудования (рис. 10.2);

Рис. 10.1 Рис. 10.2

– многопозиционные РК (роботизированные центры РТЦ или РПУ), включающие группу ПР (рис. 10.3), выполняющих взаимосвязанные или взаимодополняющие функции (например, один ПР заливает металл в машину литья под давлением, а другой снимает готовые отливки; группа ПР осуществляет ряд сборочных операций на многопозиционном поворотном столе).

Таким образом, структурный признак отражает взаимодействие ТО внутри комплекса.

2.4.По компоновочному признаку

различают шесть типовых схем. Тип компоновки комплекса зависит от конструктивно-кинематического исполнения ПР, а именно: от типа основных (переносных) координатных перемещений ПР, определяющих характер его рабочей зоны, а также от схемы расположения технологического оборудования.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1-я компоновочная схема РТК (рис. 10.4) включает комплексы, характеризующиеся линейным расположением ТО и ВО. Такой тип компоновки создается на основе ПР, работающих в плоской прямоугольной системе координат, он применяется в основном в механообрабатывающем производстве для однопозиционных комплексов «станок - робот».

2-я компоновочная схема РТК (рис. 10.5) характеризуется линейно-параллельным расположением ОТО и ВТО. Она создается на базе ПР портального типа с плечелоктевой конструкцией манипулятора. Применяется в основном в механообработке для комплексов группового типа (до 6-ти станков).

3-я компоновочная схема РТК включает комплексы (рис. 10.6), созданные на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат с горизонтальной осью вращения («качанием» манипулятора). Применяются в механообработке и кузнечнопрессовом производстве при однопозиционной структуре комплексов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Имеет линейно-параллельную схему расположения оборудования.

4-я компоновочная схема РТК (рис. 10.7) создается на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат с вертикальной осью вращения, и характеризуется круговым расположением ОТО и ВТО. Применяется в основном в кузнечнопрессовом производстве при создании технологических комплексов «пресс - робот», а также в механообработке при создании групповых комплексов «группа станков - робот» (до 3-х станков).

Рис. 10.7



Рис. 10.8

5-я компоновочная схема РТК (рис. 10.8) создается на базе ПР, работающих в сферической системе координат. В данную группу могут входить, например, ПР, имеющие широкие функциональные возможности (до 6-ти степеней подвижности). Комплексы используются в наиболее сложных условиях - при групповом обслуживании разнотипного по схеме загрузки механообрабатывающего оборудования, при выполнении окрасочных и других работ. Схема расположения оборудования - двухрядная - линейно - параллельная либо круговая.

6-я компоновочная схема РТК - смешанная. Используется при создании многопозиционных комплексов литейного, сборочного, иногда кузнечнопрессового производства. В таких комплексах применяются, как правило, несколько ПР с различными конструктивно-компоновочными исполнениями.

2.5. По типу производительного подразделения

различают:

- роботизированные технологические ячейки (РТЯ);

- роботизированные технологические участки (РТУ);

- роботизированные технологические цеха (РТЦ).

Здесь классификационным признаком служит количество выполняемых в РК технологических операций.

В РТЯ выполняется одна основная технологическая операция. Количество единиц ТО и ПР в составе РТЯ не регламентируется. В РТЯ может совсем отсутствовать ТО, когда основную технологическую операцию выполняет непосредственно ПР, или, наоборот, могут отсутствовать как самостоятельные ПР, когда они конструктивно объединены с ТО.

РТУ - здесь выполняются несколько основных технологических операций, которые объединены технологически, конструктивно (оборудованием) или организационно (управлением). Операции могут быть одинаковыми или разными.

РТЛ - это разновидность РТУ, в которой разные операции связаны друг с другом технологически.

В РТУ операции могут быть объединены по различным признакам, например по принадлежности к одному виду технологического процесса, по выполнению на однотипном оборудовании и т. д.

РТУ не есть простое соединение РТЯ и может не иметь их совсем, как обособленных структурных единиц. Например, РТУ может включать несколько единиц ТО, обслуживаемых одним ПР. В простейших РТУ может быть несколько ПР, последовательно выполняющих основные операции, например сборку одного изделия.

Развитые РТУ содержат несколько единиц ТО и несколько единиц ПР.

РТЦ - это РТК, состоящий из нескольких РТУ, объединенных транспортной системой, межцеховым автоматизированным складом, системой управления и календарного планирования. Кроме того, РТУ оснащаются системами контроля качества продукции.



Заключение

Робототехника (от робот и техника; англ. robotics) -- прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.

Робототехнические комплексы гибкие производственные системы, в которых автоматически действующие машины, устройства, приспособления реализуют всю технологию производства, за исключением функции управления и контроля, осуществляемых человеком. Применяются для выполнения работ при ликвидации чрезвычайных ситуаций в условиях, опасных для жизни людей.

Робототехнические комплексы также популярны в области образования как современные высокотехнологичные исследовательские инструменты в области теории автоматического управления и мехатроники. Их использование в различных учебных заведениях среднего и высшего профессионального образования позволяет реализовывать концепцию «обучение на проектах. Применение возможностей робототехнических комплексов в инженерном образовании дает возможность одновременной отработки профессиональных навыков сразу по нескольким смежным дисциплинам: механика, теория управления, схемотехника, программирование, теория информации. Востребованность комплексных знаний способствует развитию связей между исследовательскими коллективами.



Список использованной литературы

1. Автоматизация производственных процессов, В. Ю. Шишмарев

2. Проектирование автоматизированных технологических систем, Осинский Ю.А, Поливцев В.П. -2004г.

3. Юрьевич Е.И. «Основы робототехники», Санкт-Петербург, 2005

4. Шаньгин Е.С. «Управление роботами и робототехническими системами», Уфа, 2005

5. www.google.ru

Размещено на Allbest.ru