Повышение производительности и гибкости эксплуатации промышленных роботов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский государственный университет

Повышение производительности и гибкости эксплуатации промышленных роботов

Кравцов А.Г.

Как известно, комплексная автоматизация производства подразумевает автоматизацию различных видов деятельности, направленных не только на автоматизацию операций, непосредственно, технологического процесса, но в том числе - и на автоматизацию вспомогательных операций, без которых его реализация невозможна.

Для современного высокоэффективного производства характерным является высокий уровень его автоматизации и гибкости. В значительной мере это стало возможным благодаря широкому внедрению в производственный процесс, так называемого, особого класса машин - промышленных роботов (ПР), позволивших автоматизировать не только процессы по совершению полезной работы, направленной на перенос полезной нагрузки в пространстве, но и процессы по сбору, передаче и обработке информации, а также выработке на основании результатов этой обработки сигналов управления [1]. Использование данного класса машин, представляющих собой автоматически управляемые, перепрограммируемые манипуляторы [2], способствовало и существенному повышению гибкости производств, благодаря переводу значительной части мероприятий по технологической подготовке производства в программную плоскость.

Отличительной чертой основного технологического оборудования механообрабатывающих производств в машиностроении, в частности станков, является их высокий уровень автоматизации и гибкости. При этом конструкции металлорежущих станков, их системы числового программного управления (ЧПУ) наряду с достижениями в области режущего инструмента (новые инструментальные материалы, новые конструкции инструмента, нанесение новых покрытий) обеспечили значительное повышение точности и качества обрабатываемых изделий при серьезном увеличении производительности, путем существенного ужесточения режимов резания. Это в значительной мере сократило ресурс возможностей дальнейшего повышения производительности за счет уменьшения основного времени, затрачиваемого непосредственно на обработку заготовок. Эксплуатация станков с ЧПУ с использованием систем универсально-сборных приспособлений и сборно-разборных наладочных приспособлений совместно с возможностями систем ЧПУ определяют высокую гибкость этого оборудования, которое сегодня является основным видом оборудования в металлообработке.

Следует отметить, что сокращение вспомогательного времени тоже происходит значительными темпами. При этом возможный ресурс повышения производительности путем сокращения этой составляющей цикла обработки деталей так же значительно и быстро сокращается. Роботизация производственных процессов, как уже отмечалось, обеспечивает значительное повышение гибкости этих производств.

В этой связи новые возможности по повышению производительности и гибкости машиностроительных производств, и в частности механообрабатывающих, становятся весьма актуальными, обеспечивающими дальнейший рост их эффективности.

В основе классификации промышленных роботов лежат такие классификационные признаки как характер выполняемых операций, степень специализации, область применения по виду производства, система основных координатных перемещений, система координат, число степеней подвижности, грузоподъемность, мобильность, расположение, конструктивное исполнение, способ транспортирования, структура, тип силового привода, схема расположения привода, форма задания информации, характер отработки программы, характер программирования скоростей и дискретности перемещений. Так в соответствии с системой координатных перемещений (используемых видов кинематических пар) различают роботы с линейной системой координатных перемещений, полярной и ангулярной (угловой), в соответствии с системами координат различают роботы с плоской и пространственной системой координат, которые могут быть прямоугольными (Декартовыми) и криволинейными - цилиндрическими или сферическими [3].

Современный уровень развития конструкций характеризуется использованием в подавляющем большинстве случаев модульного подхода, а говоря точнее многоуровневой модульной структуры схемно-компоновочных решений, основу которой составляет многоуровневая модульная система построения. На рисунке 1 приведена иллюстрация классификации устройств по функциональному признаку, образующих модуля поворота руки манипулятора ПР [4]. Функцию несущей механической системы (НМС) в модуле выполняет поворотный стол 4, исполнительного элемента привода (П) - электродвигатель 6 со встроенным датчиком тахогенератором, механизмов преобразования движения (МП) - редуктор 5, информационной системы (ИС) - датчик положения 2, механизма преобразования исполнительной связи (МПИС) - редуктор 1, устройств связи - кабель3, устройства защиты от воздействий внешней среды (УЗ) - кожух 7.

Рисунок 1 - Модуль поворота руки манипулятора промышленного робота (а) и структура типового модуля ПР (б)

Данный подход обеспечивает возможность независимого создания конструкции модулей первого уровня, которые отвечают требованиям функционирования модулей второго уровня. Это в значительной степени облегчает расчет конструкций составных частей робота с использованием стандартных методик, расчет отдельных узлов и деталей.

Существуют различные конструктивные решения роботов, которые применяются в различных современных производствах. Использование принципа агрегатно-модульного построения конструкций характеризуется ограничениями используемой номенклатуры деталей, узлов и кинематических модулей при создании манипулятора требуемой модели. В результате может возникать технологически неоправданное снижение функциональных возможностей ПР. Использование ограниченного набора простейших функциональных узлов, обеспечивающих одну или две степени подвижности, приводит к росту количества стыков, понижению жесткости конструкции, увеличению ее массы, ухудшению динамических характеристик и точности.

Одним из наиболее важных функциональных элементов ПР является его рабочий орган. В зависимости от характера выполняемых операций рабочим органом промышленного робота может быть либо инструмент, обеспечивающий реализацию какой либо технологической операции (сварка, покраска, гибка, нанесение клея, лазерное нанесение покрытия, фрезерование пластика и так далее) в соответствии с функциональным назначением ПР, либо захватное устройство, позволяющее автоматизировать вспомогательные операции по обслуживанию основного технологического оборудования, примеры которых представлены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Примеры рабочих органов манипуляторов ПР

Существующее разнообразие рабочих органов ПР можно проиллюстрировать примером перечня классификационных признаков захватных устройств (ЗУ) или, как еще говорят, схватов. Перечень классификационных признаков захватных устройств включает в себя: способ удержания объекта, принцип действия ЗУ, характер базирования объекта, степень специализации ЗУ, рабочий диапазон ЗУ, наличие дополнительных устройств и механизмов, число рабочих позиций, характер работы ЗУ, вид управления ЗУ, характер крепления ЗУ к выходному звену (руке) робота.

Как уже отмечалось переход на выполнение других операций или работу с другими объектами определяет гибкость предприятия независимо от уровня его автоматизации. Следует подчеркнуть, что данный переход сопряжен с переналадкой используемого технологического оборудования, причем как основного, так и вспомогательного.

Переналадка оборудования с ЧПУ, состоит не только в его перепрограммировании на выполнение других операций, но и замене используемой технологической оснастки. Что касается промышленных роботов, то его переналадка может включать в себя и замену его рабочего органа РО. промышленный робот компоновочный манипулятор

Типы, номенклатура основных параметров, присоединительные размеры захватных устройств приведены в действующем сегодня ГОСТ 26063 - 84 «Роботы промышленные. Устройства захватные. Типы, номенклатура основных

параметров, присоединительные размеры». Данным стандартом рекомендуются исполнения мест соединения ЗУ с промышленным роботом. При этом, «Стандарт не распространяется на автоматически заменяемые захватные устройства». Попытка найти в отечественных стандартах документ подобный ГОСТ 26063 - 84, распространяющийся на автоматически заменяемые захватные устройства или рабочие органы не дала положительных результатов. Существует только ГОСТ Р 60.3.0.1 - 2017/ИСО 11593:1996 «Национальный стандарт Российской Федерации. Роботы и робототехнические устройства. Промышленные манипуляционные роботы. Системы автоматической смены рабочего органа. Термины, определения и представление характеристик».

Тем не менее, сегодня разрабатываются и совершенствуются, присутствуя на рынке, различные конструкции автоматических систем смены инструмента. В трудах DАААM за 2011 год и трудах 22-го Международного симпозиума DАААM, том 22, No. I, ISSN 1726-9679 опубликована статья «Automatic gripper exchange in intelligent manufacturing systems» авторов Kerak, P[eter] & Holubek, R[adovan], в которой говорится о разработке институтом производственных проблем и прикладной механики приспособления для автоматической смены РО ПР. Пример схемы установки ЗУ приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Элементы системы автоматической замены ЗУ и схема его установки

В качестве примеров конструкций предлагаемых на рынке разработчиками и производителями данных устройств можно назвать пневматические системы SCHUNKSWS-005, SCHUNKSWS-020 или WASI 2© (страна производитель Германия) или систему смены инструмента ПР фирмы WALTHER-PRДZISION [5], приведенных на рисунке 4. Системы имеют модульные конструкции, повышающие их универсальность и ремонтопригодность.

б

Рисунок 4 - Примеры разъемных соединений для автоматической смены рабочих органов ПР модели SCHUNKSWS (а), WASI 2© (б), TOOL MASTER 500 для промышленных роботов: тип 91489 (в - сторона робота, г - сторона инструмента), и тип 95815 (д) [5]

Совокупность технических вопросов по решению задач повышения уровней автоматизации, гибкости и, соответственно, эффективности производств, созданию высокотехнологических рабочих мест, а так же необходимость решения вопросов безопасности (самодостаточного автономного существования и развития государства) актуализируют вопросы по более глубокому и полному анализу состояния дел в этой области, конкретизации задач и их решению.

Список использованных источников

1. Юревич Е.И. Основы робототехники: учеб. пособие. - 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2017. - 304 с.: ил. - (Учебная литература для вузов) ISBN 978-5-9775-3851-0

2. ГОСТ Р 60.0.0.1-2016 Роботы и робототехнические устройства. Общие положения.

3. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1988 г. - 392 с.

4. С. С. Аншин, А. В. Бабич, А. Г. Баранов и др.; Под общ. ред. Я. А. Шифрина, П. Н. Белянина. - М.: Машиностроение, 1989г. -272 с. - (Автоматические манипуляторы и робототехнические системы).

Размещено на Allbest.ru