Основи робототехніки

Біотехнічні роботи функціонують тільки з особистою участю людини-оператора, що фактично бере на себе керування виконавчими механізмами. Залежно від способу реалізації біотехнічного керування (за допомогою механізму, що задає, кнопкового або клавішного пульта, біоімпульсів, або перетворюючої ЕОМ) можна виділити дистанційно керовані роботи, що копіюють, командною, керованою людиною з пульта керування, екзоскелетони (кіборги) і напівавтоматичні роботи.

Біотехнічне керування може використовуватися також в інтерактивних і автоматичних системах епізодично в режимі навчання робота або в аварійних ситуаціях, при виконанні окремих відповідальних операцій, які за якимись причинами неможливо зробити автоматично. Якщо ручне керування виконується безупинно, то робот втрачає один з головних ознак - автоматичність і, по суті, вироджується в ту або іншу машину - маніпулятор, автокар, вантажопідйомний кран і т.п.

Роботи, що копіюють, мають орган, що задає (керуючий), кінематично зв'язаний у певному масштабі з виконавчим, а переміщення людиною-оператором органа, що задає, повністю копіюється виконавчим з обліком геометричного й силового масштабів. Маніпулятори, що копіюють, знаходять застосування вже понад 30 років для виконання різних робіт у зона підвищеної небезпеки (наприклад, на атомних електростанціях) з вантажами, що досягають значних мас. Наприклад, фірмою "General Electric" розроблений маніпулятор, що копіює, із шістьма ступенями волі, здатний переносити вантажі масою до 2720 кг. Однак в останні роки маніпулятори, що копіюють, поступаються місцем більше сучасним пристроям - напівавтоматичним, а також інтерактивним.

Командні роботи управляються оператором за допомогою кнопок, клавіш або рукояток окремо по кожній зі ступенів рухливості; при цьому рух робочого органа не зв'язано кінематично із пристроєм, що задає, а на пульт керування надходить інформація про середовище функціонування робота Так, за допомогою одного перемикача можна змусити "руку" рухатися вперед або назад; іншого - регулювати швидкість руху; третього - задавати положення схвату й т.д. Очевидно, що цей спосіб непридатний для робіт, де потрібна висока точність рухів.

Екзоскелетони - це антропоморфні конструкції, звичайно "що надягаються" на тіло людини й керовані їм, значно розширювальні його фізичні й рухові можливості. До таких пристроїв можна віднести також механічні протези й штучні кінцівки, у тому числі з біоуправлінням (від біострумів мозку), для відшкодування фізичних і рухових функцій інвалідів з покаліченими або відсутніми кінцівками.

Напівавтоматичні роботи, крім системи, що задає, у вигляді рукоятки, що управляє декількома ступенями рухливості, мають малу ЕОМ або спеціальний обчислювач, які перетворять сигнали з рукоятки в сигнали, що управляють рухами виконавчих органів. Цей метод керування переважніше, ніж командний, тому що забезпечує виконання погоджених рухів під контролем комп'ютера.

Інтерактивні роботи на відміну від біотехнічних мають пристрою пам'яті для автоматичного виконання окремих дій і можуть управлятися поперемінно оператором або автоматично. Залежно від форми участі людини-оператора інтерактивне керування може бути трьох видів: 1) автоматизоване, коли відбувається чергування в часі автоматичних режимів керування з біотехнічними; 2) супервізорне, коли всі частини заданого циклу операцій виконуються роботом поетапно, але перехід від одного етапу до наступного здійснюється після подачі оператором відповідної цілевказуючої команди; 3) діалогові, що припускають різноманітні форми спілкування оператора з роботом під час виконання завдання на мовах будь-якого рівня, аж до подачі команд голосом, текстом і т.п.

Велике число біотехнічних і інтерактивних роботів управляються оператором на відстані, найчастіше досить значному, тобто ставляться за цією ознакою до дистанційно керованих, або телекерованим апаратам. Вони використовуються головним чином там, де перебування людей сполучене з небезпекою або просто неможливо: у деяких галузях промисловості (наприклад, на атомних станціях), військовій справі, наукових дослідженнях (космос, підводні глибини й т.д.)

Найважливішим компонентом телекерованих систем є лінія зв'язку - провідна, радіо, оптична або волоконно-оптична - між оператором і роботом, тому перспектива розвитку й удосконалювання телекерованих роботів у значній мірі залежить від рішення проблем передачі інформації на відстані. При цьому має бути розробити методи не тільки швидкої, але й ефективної передачі інформації. Нині рішення цієї проблеми перебуває в центрі уваги дослідників, зокрема, у США й у нашій країні розробка необхідних систем передачі інформації зв'язана насамперед з перспективами використання телекерованих роботів для освоєння космосу.

І, нарешті, найбільш удосконалений клас роботів - роботи з автоматичним керуванням можуть повністю або частково функціонувати без участі оператора До них ставляться автооператори й автономні роботи.

Автооператори - непрограмувальні автоматичні маніпулятори, тобто пристрої, що виконують цикл нескладних дій по жорстко заданій, незмінній програмі, до роботів ставляться досить умовно ( автомати-маніпулятори). Вони знаходять застосування головним чином у промисловому виробництві для автоматизації процесів лиття, штампування, механічної обробки й ін.

Автономні роботи можуть функціонувати цілком самостійно без особистої участі в їхньому управлінні людини-оператора. Як правило, це адаптивні роботи з елементами штучного інтелекту (див. космічні й підводні роботи).

Досвід виконання дослідницьких програм показав, що автономні роботи для більше ефективного функціонування повинні наділятися також елементами С, що дозволяє якщо буде потреба переходити від автономного режиму керування на режим по командах оператора. Такі апарати названі гібридними роботами. Вони діють подібно сторожовим собакам, що виконують більшу частину своїх обов'язків самостійно, покладаючись лише на органи почуттів і інстинкти, але при цьому вони постійно залишаються в підпорядкуванні хазяїна-людини, що у потрібні моменти може віддавати накази координаційного характеру.

Гібридні системи керування роботами особливо перспективні для досліджень космосу й підводних глибин. Комбінація людина-машина має більшу надійність, чим кожний із цих компонентів окремо. Доцільно організувати спільну роботу декількох людей, наділених високими інтелектуальними здатностями, з безліччю машин, що мають середній "рівень інтелекту"

Однієї зі своєрідних областей діяльності людини, де вже використовуються телекеровані гібридні роботи, - військова справа. Ведуться інтенсивні роботи зі створення автономних роботів, які знайдуть застосування на поле бою, а також в операціях за лінією фронту, наприклад, у розвідці. Особливий вид діяльності, де автономні й гібридні роботи досить ефективні, - пошук і знешкодження бомб. Такі пристрої почали розроблятися в 1970-х рр. для боротьби з тероризмом, що став воістину нещастям кінця XX в., що захватили увесь світ.

В області виробництва телекерованих апаратів для знешкодження бомб лідирує лондонська фірма "Морфакс", з 1975 р. випускаючий телекерований пристрій "Уілбарроу". Апарат переміщається за допомогою гусеничного ходу, маючи здатність переборювати сходи й розвертатися у вузьких місцях, оснащений телевізійною камерою, дробовою рушницею для висновку з ладу детонатора, а також різноманітними вантажопідйомними й захватними пристроями. Інші відомі пристрої британських форм, подібні до апарата "Уілбарроу", - роботи "Хантер" (мисливець) і "Хардіан" (охоронець) - перебували під час проведення Олімпійських ігор 1984 р. у Лос-Анджелесі на випадок виявлення бомб. Жорсткопрограмуємі - це такі роботи, програма дій яких містить повний набір інформації, що не змінюється в процесі роботи, незважаючи на зміну зовнішніх умов.

Адаптивні роботи мають сенсорне забезпечення, що дозволяє коректувати програмні дії відповідно до одержуваної інформації про зовнішнє середовище й стан самого робота, тобто пристосовувати свої дії до зміни зовнішніх умов.

Гнучкопрограмуємі роботи здатні повністю формувати програму своїх дій на основі поставленої мети й одержуваної інформації про навколишнє середовище.

8. Побудова промислових роботів

8.1 загальні відомості

Промисловий робот (ПР) визначається як автоматична машина, стаціонарна або рухлива, що складається з виконавчого пристрою у вигляді маніпулятора, що має кілька ступенів рухливості, і перепрограмувального пристрою програмного керування для виконання у виробничому процесі рухових і керуючих функцій. Крім офіційно прийнятого зложилося й часто використовується в практиці більше коротке визначення: ПР - перепрограмувальний автоматичний маніпулятор промислового застосування.

Під перепрограмувальністю у відповідності зі стандартом розуміється властивість промислового робота заміняти керуючу програму автоматично або за допомогою людини-оператора. До перепрограмування відноситься зміна послідовності й (або) величин переміщень по ступені рухливості й керуючих функцій за допомогою засобів керування на пульті пристрою керування.

Побудова і конструктивне виконання сучасних ПР досить різноманітні й диктуються значним числом об'єктивних факторів (призначення, вид технологічного встаткування, що обслуговується, характер технологічного процесу, умови експлуатації й технічні вимоги й ін.). Проте до теперішнього часу зложилися досить певні структура й склад промислового робота, його технічні характеристики й своєрідний зовнішній вигляд.

8.2 загальна побудова і складові частини ПР

Промисловий робот у цілому складається з виконавчого пристрою (маніпулятора) і пристрою програмного керування.

Маніпулятор ПР призначений для виконання всіх його рухових функцій і являє собою багатоланковий механізм із розімкнутим кінематичним ланцюгом, оснащений приводами й робочим органом, а також у загальному випадку - пристроєм пересування. Конструктивно маніпулятор складається з опорних (несучих) конструкцій, маніпуляційної системи, робочих органів, приводу й пристрою пересування. Пристрій керування ПР служить для формування й видачі керуючих впливів маніпулятору відповідно до керуючої програми й складається із властиво системи керування, інформаційно-вимірювальної системи із пристроями зворотного зв'язку й системи зв'язку.

Опорні, або несучі, конструкції призначені для розміщення всіх пристроїв і агрегатів ПР, а також забезпечення необхідної міцності й твердості маніпулятора. Опорні конструкції по своєму виконанню досить різноманітні й можуть виконуватися у вигляді підстав, корпусів, стійок, колон, металоконструкцій, рам візків, порталів і т.п.

Манипуляційна система служить для переносу й орієнтації робочого органа або об'єкта маніпулювання в заданій крапці робочої зони й структурно являє собою звичайно багатоланковий просторовий механізм із розімкнутим кінематичним ланцюгом.

Робочий орган маніпулятора ПР, призначений для безпосереднього впливу на об'єкт маніпулювання при виконанні технологічних операцій або допоміжних переходів, являє собою захватний пристрій або робочий інструмент.

Привод необхідний для перетворення енергії, що підводиться, в механічний рух виконавчих ланок маніпулятора відповідно до командних сигналів, що надходять від системи керування, і в загальному виді містить енергоустановку, двигуни й передавальні механізми.

Пристрій пересування призначений для переміщення маніпулятора або ПР у цілому в необхідне місце робочого простору й конструктивно складається з ходової частини й приводних пристроїв.

Система програмного керування (СПК) служить для безпосереднього формування й видачі керуючих сигналів і конструктивно складається з пульта керування, запам'ятовувального пристрою, обчислювального пристрою, блоків керування приводами маніпулятора й технологічного встаткування.

Інформаційно-вимірювальна система (ІВС), призначена для збору й первинної обробки інформації для системи керування про стан елементів і механізмів ПР і зовнішнього середовища, конструктивно входить до складу пристрою керування ПР і містить у собі пристрою зворотного зв'язку й порівняння сигналів, а також датчики зворотного зв'язку.

9. Основні технічні характеристики

До основних технічних характеристик ПР варто віднести номінальну вантажопідйомність, число ступенів рухливості, величини й швидкості переміщення по ступенях рухливості, робочу зону, робочий простір і зону обслуговування ПР, погрішність присохлого або обробки траєкторії.

Вантажопідйомність ПР - найбільше значення маси об'єктів маніпулювання, включаючи й масу робочого органа, які можуть переміщатися "рукою" при заданих умовах. Для багаторукого ПР вантажопідйомність визначають як суму вантажопідйомності всіх його "рук". Для деяких типів промислових роботів важливим показником є зусилля (або крутний момент), що розвивається виконавчим механізмом. До числа таких показників можна віднести зусилля затиску об'єкта маніпулювання захватним пристроєм, робоче зусилля "руки" ПР уздовж її поздовжньої осі, крутний момент при ротації захватного пристрою.

По величині вантажопідйомності промислові роботи розділяють на надлегкі (до 1 кг), легені (понад 1 до 10 кг), середні (понад 10. до 200 кг), важкі (понад 200 до 1000 кг), надважкі (понад 1000 кг). У цей час випускається до 73% моделей ПР легкого й середнього типу з вантажопідйомністю від 5 до 80 кг.

Число ступенів рухливості ПР визначають як суму можливих координатних рухів його робочого органа або об'єкта маніпулювання щодо опорної системи. Для деяких типів ПР додатково враховують число ступенів рухливості захватного пристрою, рівне числу ступенів волі всіх його ланок щодо вузла кріплення до "руки" робота. Серед ступенів рухливості окремого маніпулятора варто розрізняти переносні й що орієнтують.

Переносні, або регіональні, ступеня рухливості використовуються для переміщення робочого органа ПР; що орієнтують, або локальні, - для його орієнтації в робочій зоні. Для переміщення об'єкта маніпулювання в задане місце робочої зони без його орієнтації досить трьох переносних ступенів рухливості, для повної орієнтації - трьох що орієнтують. Для переносу й повної просторової орієнтації необхідно шість ступенів рухливості; подальше збільшення числа ступенів рухливості підвищує маневреність манипуляционной системи робота, поліпшує його динаміку, однак ускладнює конструкцію й програмування, знижує точність присохлого й збільшує вартість. Тому переважно обмежуватися чотирма-п'ятьма ступенями рухливості, застосовуючи шість і більше лише в найбільш складних технологічних процесах.

По ступені рухливості ПР підрозділяють на три групи: малу (до 3-х ступенів рухливості); середню (4-6 ступенів рухливості) і високу рухливість (понад 6 ступенів). Число ступенів рухливості ПР значною мірою визначає його універсальність. Сучасні ПР мають звичайно від 2 до 7 ступенів рухливості: найпростіші -1 - 2; найбільш складні - 7, іноді й більше. У структурі сучасного світового парку ПР переважають конструкції з 4 і 5 ступенями рухливості (67 %).

З огляду на все більше Застосування рухливих роботів поряд зі ступенями рухливості маніпуляційної системи робота варто розглядати також ступені рухливості пристроїв його пересування, так звані координатні, або глобальні.

Величини й швидкості переміщення робочого органа по кожному ступені рухливості характеризують геометрію робочого простору ПР, а також особливості руху й орієнтації стерпного об'єкта й Для рухливих роботів крім робочої зони як характеристика розглядається також робочий простір, визначаються механікою маніпулятора ПР і можливостями приводу. Величини переміщень по лінійних координатах задаються в метрах, по кутовим - у градусах або радіанах; відповідно швидкості виражаються в метрах у секунду для лінійних і градусах або радіанах у секунду - для кутових координат. По величині лінійного переміщення, або ходу робочого органа, розрізняють ПР із малим (до 300 мм), середнім (понад 300 до 1000 мм) і більшим ходом (понад 1000 мм).

Швидкості переміщень ланок маніпулятора характеризують важлива якість ПР- швидкодія, від якого залежить час обслуговування технологічного встаткування. Звичайно швидкості лінійних переміщень робочих органів маніпуляторів не перевищують 1,0 - 1,5 м/с, хоча є окремі роботи зі швидкостями до 9 м/с. Швидкості кутових переміщень робочих органів переважно перебувають у межах від 15 до 360 град/з (від 0,25 до 6,3 радий/с).

Для попереднього вибору ПР швидкодія можна оцінювати швидкістю основних лінійних переміщень робочих органів, при цьому різняться ПР із малим (лінійна швидкість до 0,5 м/с), середнім (лінійна швидкість понад 0,5 до 1 м/с) і високою швидкодією (лінійна швидкість понад 1 м/с).

Робоча зона ПР - це простір, у якому може перебувати робочий орган при його функціонуванні. Вона характеризується своїми формою (або видом) і обсягом.

Форма, або вид робочої зони, просторова фігура, описувана робочим органом ПР при проходженні їм гранично досяжних положень. Вид робочої зони обумовлений призначенням промислового робота й визначається числом ступенів рухливості маніпулятора, типом і взаємною орієнтацією кінематичних пар у просторі й відносних розмірах ланок маніпуляційної системи.

Обсяг робочої зони (або робочий обсяг) - це обсяг простору, у межах якого може переміщатися робочий орган ПР при його функціонуванні, виміряється в м3 і дозволяє судити про масштаб ручної праці, доступного промисловому роботові. По величині робочого обсягу, що обслуговується, всі роботи можна розділити на п'ять класів.

Найбільше поширення в цей час одержали середні ПР (45%), на другому місці малі (30%), потім великі (12%), міні-роботи (9 %) і, нарешті, мікророботи (4 %). у якому може перебувати виконавчий пристрій ПР при його функціонуванні. Воно визначається без обліку габаритних розмірів об'єкта маніпулювання. Іншою характеристикою простору функціонування ПР є зона обслуговування, у якій робочий орган ПР виконує свої функції відповідно до призначення робота й установлених значень його характеристик. При спільній роботі декількох промислових роботів як характеристика робототехнічного комплексу розглядається зона спільного обслуговування - частина простору, у якому переміщення об'єкта маніпулювання можуть виконуватися декількома ПР.

Погрішність позиціонування, або відпрацьовування траєкторії, - це відхилення фактичного положення (або траєкторії) робочого органа ПР від заданого програмою при багаторазовому позиціонуванні (повторенні руху), що оцінюється в лінійних або кутових одиницях. Погрішність позиціонування, або відпрацьовування, траєкторії може розглядатися як у цілому для робочого органа (сумарна), так і для окремих виконавчих механізмів ПР.

У характеристиках ПР точність позиціонування вказується в абсолютних одиницях, однак для порівняльної оцінки різних роботів і визначення їхніх типів з погляду ступеня їхньої точності такий показник неприйнятний, оскільки не вв'язаний з геометричними параметрами робочої зони. Тому в основу визначення типу ПР по показнику точності покладена відносна погрішність присохлого, або відпрацьовування траєкторії.

Відносна погрішність позиціонування - величина, що характеризує точність роботів із цикловим і позиційним керуванням і рівна відношенню абсолютної погрішності позиціонування до максимальної відстані від осі найближчої до підстави робота кінематичної пари до границі робочої зони, виражена у відсотках.

10. Додаткові характеристики

Крім основних характеристик, що дають загальну оцінку промислових роботів, розглядається ще ряд додаткових, що дозволяють більш повно представити їхні можливості й властивості - кількість "рук", мобільність, обсяг пам'яті, спосіб програмування (метод навчання), кількість зовнішніх команд, габаритні розміри, займану площу, масу робота, виконання залежно від умов навколишнього середовища, час безвідмовної роботи, розрахунковий термін служби й ін.

Кількість "рук". Під "рукою" промислового робота розуміється ланка маніпуляційної системи, до якого безпосередньо кріпиться робочий орган. Сучасні ПР мають переважно одну "руку", однак існують роботи із двома "руками" і більше, наприклад "дворукі": вітчизняні роботи "Ритм-01.02", "Ритм-05.01", "Циклон-3.01", "Циклон-5.01", ПР-5; роботи портального типу "Sigma/MTG" італійської фірми "Olivetti"; робот "Пирин" болгарської фірми "НПКР Берое" і ін. Дворукі ПР мають перевагу при обслуговуванні встаткування з малим циклом обробки, забезпечуючи максимальне сполучення операцій завантаження й розвантаження з машинним часом і скорочуючи тим самим цикл технологічного процесу. Мобільність промислового робота характеризує можливість переміщення його маніпулятора в просторі. По мобільності роботи підрозділяються на стаціонарні, що забезпечують переносні й орієнтуючі рухи, і рухливі, які забезпечують додатково координатні рухи маніпулятора. Залежно від числа ступенів рухливості пристрою пересування різняться роботи з однієї, двома й трьома ступенями рухливості в робочому просторі ПР. Переважна більшість сучасних ПР є стаціонарними (напольними, підвісними або убудованими в устаткування); їхні технологічні можливості обмежені межами робочої зони.

Рухливі ПР можуть бути напольного або підвісного виконання, а залежно від типу ходової частини можуть бути колісними, гусеничними або крокуючими (стопоходячими). Вони забезпечують обслуговування декількох одиниць технологічного встаткування, розташованого уздовж траси пересування, що розширює їхні технологічні можливості. Характерним представником рухливих ПР є вітчизняний - підвісний транспортний робот ТРТ-1-250 ("Спрут-1") вантажопідйомністю 250 кг.

Базова система координат, у яких здійснюються основні рухи виконавчих ланок, істотно впливає на маніпуляційні можливості й конструктивну побудову робота. І хоча існують досить багато варіантів побудови різних систем координат, у сучасних ПР, використовуються переважно п'ять основних базових систем координат: прямокутна, циліндрична, сферична, складна, сферична, або ангулярна, і складна циліндрична, або "SCARA".

Більшість сучасних промислових роботів працюють у циліндричній (52%) і сферичної (15%) системах координат, однак в останні роки зростає число конструкцій, що працюють в ангулярній циліндричній і сферичній системах

Тип приводу ПР, обумовлений по виду енергоносія, істотно впливає на функціональні можливості й властивості роботів. У ПР застосовують пневматичні, гідравлічні, електричні й комбіновані приводи. Переважними типами приводів у цей час є пневматичні й гідравлічні (близько 78 %); електричний значно уступає їм по застосуванню (22 %) в основному поки через відсутність електродвигунів з необхідними характеристиками, однак, завдяки своїм безперечним достоїнствам, починає усе більше використовуватися в роботобудуванні.

Тип системи керування значною мірою визначає складність і обсяг завдань виробництва, доступних роботові. У ПР застосовують циклові, позиційні й контурні системи програмного керування.

Обсяг (або ємність) пам'яті, що визначає кількість інформації, що вводиться в процесі програмування, характеризує можливості системи керування ПР: чим він більше, тим ширше й технологічні можливості ПР.

Виконання промислового робота залежить від умов навколишнього середовища, у яких він експлуатується. Для звичайних умов експлуатації створюють ПР нормального виконання. Для умов експлуатації, що відрізняються підвищеним впливом тих або інших шкідливих факторів, можуть створюватися ПР у пилозахистному, теплозахистному, пожеже- і вибухобезпечному виконаннях. Різне виконання ПР вносить відповідні корективи в його конструкцію.

11. Робочі органи

11.1 Робочий орган робота

Робочий орган робота - це складова частина його маніпулятора, призначена для безпосереднього захоплювання й утримання об'єктів, переміщуваних у просторі, а також виконання різних технологічних, спеціальних і дослідницьких операцій. Робочі органи є важливими елементами роботів, багато в чому визначальну їхню універсальність і технологічні можливості. До них ставляться захватні пристрої, технологічні інструменти й спеціальні пристрої.

Залежно від призначення робота, розв'язуваного їм класу завдань і особливостей виконуваного технологічного процесу маніпулятори забезпечуються тими або іншими робочими органами. Розглянемо захватний пристрій і технологічні інструменти промислових роботів, як найпоширенішу й універсальну групу робочих органів.

11.2 Захватні пристрої

Захватні пристрої (ЗУ), називані часто захватами, призначені для захоплювання об'єктів маніпулювання, надійного їхнього втримання в процесі зміни просторового положення, а також забезпечення їхньої установки із заданою точністю щодо базових поверхонь.

Принцип дії захватних пристроїв і їхнє конструктивне виконання досить різноманітні й обумовлені формою, видом, маркою матеріалу, масою, розмірами й фізичними властивостями переміщуваних об'єктів, а також типом технологічного встаткування, що обслуговується. Застосовуються як універсальні ЗУ, призначені для втримання різних по розмірах, конфігурації й масі об'єктів, так і спеціальні, призначені для втримання певного типу деталі. Незалежно від конкретного виконання до захватних пристроїв пред'являється ряд загальних вимог: вони повинні забезпечувати надійність захоплювання й утримання об'єктів, швидкодія, стабільність базування, мати достатню міцність і твердістю при мінімальних розмірах і масі, не повинні допускати руйнування або ушкодження поверхні об'єктів маніпулювання. Особлива увага при проектуванні варто обертати на кріплення ЗУ до "руки" робота, що повинне бути зручним, надійним, а при необхідності - легко- і швидкозмінним. Як правило, роботи, особливо промислові (ПР), постачені набором змінних ЗУ, які можна заміняти залежно від конкретних технологічних умов, а також установлювати на типові ЗУ змінні робітники елементи (губки, присоси, подхваты й т.п.), при цьому їхня зміна в обґрунтованих випадках виробляється автоматично за допомогою самого робота

11.3 Класификация захватних пристроїв

У зв'язку з різноманіттям ознак, що характеризують конструктивні різновиди захватних пристроїв і технологічні особливості їхнього застосування побудувати єдину класифікацію по ієрархічному принципі не представляється можливим. Тому захватні пристрої підрозділяють відповідно до окремих класифікаційних ознак: по характері захоплювання вантажу, принципу дії, характеру базування, числу робочих позицій, виду керування, характеру кріплення до "руки" маніпулятора й т.п.

По характері взаємодії з об'єктом ЗП підрозділяються на п'ять груп:

1. Підтримуючі, що підхоплюють об'єкт за нижню поверхню, виступи або отвори без його затиснення. До них ставляться гаки, вила, петлі, штирі й інші подібні пристрої.

2. Утримуючі, що представляють собою ємності типу ковша або совка й призначені для втримання й переміщення в них дрібних насипних деталей, сипучих і рідких матеріалів. Звичайно утримуючі ЗУ неприводні, а завантаження їхнім матеріалом виробляється насипкою або заливанням.

3. Що притягають, утримуючий об'єкт, завдяки використанню різних фізичних ефектів,' наприклад, магнітного або вакуумного притягання. До цієї групи ставляться вакуумні й магнітні ЗУ, а також застосовувані рідко пристрою, що використовують електростатичне притягання, ефект адгезії, прилипання й ін.

4. Затискний, захоплюючий і утримуючий об'єкт кінематичним впливом робочих елементів (губок, кліщів, пальців і т.п.) за рахунок сил тертя або комбінації сил тертя й замикаючих зусиль. Затискні, або що схоплюють ЗУ, називані звичайно схватами, відносять до пристроїв активного типу, які можуть бути як механічними, так і з еластичними камерами.

5. Що зачерпують, захоплюючі, насипні, штучні або сипучі матеріали й утримуючі їх у ємності, утвореної "щелепами, що стуляються,"; такі пристрої звичайно називають грейферами.

За принципом дії ЗП підрозділяються на п'ять груп:

1. Механічний, захоплюючий і утримуючий об'єкт за допомогою підтримуючих, утримуючих, затискних або механічних пристроїв, що зачерпують, і, у свою чергу, що різняться на неприводні й приводні. Переважно в ПР застосовують приводні механічні ЗУ, у яких використовуються пневмо- і електроприводи.

2. З еластичними камерами, що втримують об'єкт за допомогою камер різної конструкції зміною їхньої форми й розмірів за допомогою подачі у внутрішні порожнини стисненого повітря або рідини під тиском або використання інших фізичних ефекту.

3. Вакуумні, що притягають і втримують об'єкт силою атмосферного тиску повітря за рахунок створення розрідження у вакуумній камері, що притискається до поверхні об'єкта

4. Магнітні, що притягають об'єкт завдяки феромагнітним властивостям деяких матеріалів (наприклад, стали, чавуну), тобто здатності притягатися до магнітів.

5. Комбінований, утримуючий об'єкт за рахунок використання в конструкції двох і більше принципів дії. До цієї групи ЗУ ставляться вакуумний-вакуумну-вакуумне-вакуумна-вакуумні-магнітно^-вакуумні, вакуумно-механічні, механічний^-механічні-магнітно-механічні й інші захватні пристрої.

По виду керування ЗП розрізняють чотири групи:

1. Некерований, захоплюючий об'єкт без впливу керуючих сигналів. До цих пристроїв відносять постійні магніти або вакуумні ЗУ без примусової відкачки повітря Для зняття об'єкта в цьому випадку необхідний додаток додаткового зусилля, більшого, ніж зусилля втримання.

2. Командними, керованими тільки командами на захоплювання або відпускання об'єкта До цієї групи відносять ЗУ зі стопорними пристроями й губками, які розтискаються й зажимаються при взаємодії з об'єктом маніпулювання або елементами-зовнішнього встаткування.

3. Жорсткопрограмувальні, керовані від системи програмного керування ПР. Величина переміщення губок , взаємне положення елементів і зусилля затиснення в таких пристроях змінюються відповідно до програми.

4. Адаптивні, гнучкопрограмувальні захватні пристрої, оснащені інформаційно-вимірювальними системами, що дозволяють ЗУ пристосовуватися до виду й розташування об'єкта маніпулювання.

12. Застосування робототехнических систем

Застосування робототехнічних систем у виробництві великих кувань ефективно при максимальній автоматизації на всіх етапах виробничого процесу, починаючи від розробки технології малодоходні, що включає розробку маршруту заготівлі: приміщення злитка в піч для нагрівання, транспортування нагрітого злитка з печі на АКК, малодоходний на АКК, транспортування на проміжний підігрів у піч; розробку перукарок режимів малодоходні на АКК; розробку керуючих програм для приводів, що стежать, АКК; реалізацію запрограмованих маніпуляцій із заготівлею механізмами АКК і іншого встаткування, включеного в робото технічну систему. Ця обставина припускає широке застосування ЕОМ.

Автоматизація операцій

Для автоматизації операцій установки й знімання деталей масою до 3 кг у холодно-штампувальному виробництві рекомендується застосовувати робот РКТБ-1 із чотирма ступенями рухливості, у якому забезпечується переміщення з точністю присохлого ± 0,5 мм по координаті X (висування руки) на величину до 500 мм зі швидкістю 500 мм/з і по координаті Z (підйом руки) -- до 800 мм зі швидкістю 80 мм/с. Захоплення має можливість повороту в межах до 180° зі швидкістю 180 град/з, принцип компонування-модульний, система керування -- циклова з регульованими упорами виконавчих органів.

Для обслуговування штампувального виробництва при масі деталей до 1 кг використовуються роботи РКТБ-2 і РКТБ-6, при масі деталей до 0,3 кг - робот РКТБ-3.

Для автоматизації холодноштамповочного й пресового устаткування використовується маніпулятор із програмним управлінням моделі 7605, що добре зарекомендував себе в серійному виробництві при виготовленні деталей масою до 5 кг. Система координат - циліндрична, число ступенів рухливості - три. Переміщення руки по координаті X на відстань до 500 мм зі швидкістю 600-1000 м/с, по координаті В - до 150 мм зі швидкістю 150-200 мм/с. Точність присохлого не більше ±0,1 мм. Система програмного керування - циклова електромеханічна з набором програми на штекерної панелі.

Роботизація механоскладального виробництва

Комплексну механізацію й автоматизацію складальних процесів можна здійснювати двома шляхами: створенням вузько спеціалізованих автоматів і складальних автоматичних ліній; використанням універсальних швидкопереналажувальних технологічних ліній на базі промислових роботів.

Автоматизація на основі спеціалізованих автоматів доцільна при програмі випуску 500 тис. виробів у рік і більше й збереженні її протягом двох років. Крім того, найбільш рентабельною областю застосування складальних автоматів прийнято вважати виробу, комплектуємі із чотирьох - дванадцяти деталей.

Використання промислових роботів виявляється економічно виправданим при складанні виробів, що мають значно меншу серійність, коли кількість комплектуючих деталей не є що лімітує.

Ідентифікація об'єктів роботизації й аналіз їхньої технологічності

Об'єкти роботизації, відібрані для виготовлення (складання) у роботизованому виробництві, підрозділяються на класи. Класифікація проводиться по конструктивно-технологічних ознаках, характерним для кожного виду виробництва, з урахуванням можливостей ПР і допоміжного устаткування РТК.

Певний склад ознак обумовлений тим, що кожний з них дозволяє, в остаточному підсумку, визначати склад допоміжного устаткування РТК, вантажопідйомність ПР, тип захватного органа ПР, засобу підготовки середовища. Після класифікації об'єктів роботизації необхідно провести аналіз технологічності типового представника кожного класу, що є характеристикою конструктивних особливостей об'єктів роботизації й граючу важливу роль при розробці роботизованих технологічних процесів і засобів автоматизації.

Роботи для зварювальних і покрасочних робіт

Розвиток зварювального виробництва і його автоматизація обумовили появу спеціалізованих зварювальних роботів. Їхня специфіка полягає в тому, що промисловому роботові передаються функції керування технологічними параметрами зварювального процесу й обліку особливостей виконання транспортних операцій при зварюванні.

Зварювальні промислові роботи повинні мати високорозвинені системи керування, що забезпечують всю необхідну сукупність руху виконавчого органа робота по декількох робочих координатах; підвищеною твердістю конструкції, що сприяє виконанню вимоги високої точності присохлі; простій і точна система навчання; високою завадостійкістю й надійністю пристрою керування для захисту від перешкод, обумовлених зварювальним апаратом; адаптацією до відхилень у просторовому розташуванні й орієнтації заготівель від заданих.

При автоматизації контактного точкового зварювання роботи застосовуються на операціях трьох видів:

установці й знятті виробів, що зварюються, на спеціалізованій зварювальній машині, де робот виконує роль звичайного транспортного позиціонера;

обслуговуванні зварювальної машини, де робот подає на зварювання чергову деталь, необхідним образом орієнтує неї, включає зварювальну машину, переміщає деталь у процесі зварювання, а по закінченні робіт - знімає деталь зі зварювальної позиції;

зварюванню за допомогою автоматично працюючих зварювальних кліщів, укріплених на кінці руки робота.

Особливістю зварювальних роботів для контактного точкового зварювання є напружений режим роботи, тому що зварювання відбувається в частку секунди й час пересування деталі (інструмента) не повинне бути більше часу зварювання, у противному випадку робот буде знижувати продуктивність процесу. зі швидкістю 270 град/з і поворот кисті на ±180° зі швидкістю 270 град/с. Точність присохлого становить ± 1 мм.

Складніше для роботизації дугове зварювання, оскільки в цьому випадку руху інструмента повинні регулюватися безупинно протягом усього технологічного циклу так, щоб одержати рівномірний і якісний шов по всій довжині звареного з'єднання. Крім того, повинні регулюватися параметри режиму зварювання - зварювальний струм, напруга дуги, приплив газу й інші.

Спеціальні крани-роботи

Сучасні промислові роботи як універсальні машини для маніпулювання різними вантажами мають "поки обмежену вантажопідйомність: для 80% вона не перевищує 40 кг, і тільки близько 2% піднімають вантажі з масою більше 1000 кг. Для підйому й переміщення вантажів з масою від декількох одиниць до десятків і сотень тонн застосовують вантажопідйомні крани, керовані оператором-машиністом крана. Серед робіт, виконуваних за допомогою кранів, значне місце займають одноманітні й монотонні, а також важкі й трудомісткі, потребуючі зниження часу операцій, що найчастіше важко здійснено у зв'язку з обмеженими психофізіологічними можливостями людини-оператора, а також роботи, проведені в шкідливі й небезпечні для здоров'я умовах: при підвищеній температурі повітря, інтенсивному тепловому випромінюванні, загазованості й запилованості, радіоактивності, високому рівні шуму, недостатньої видимості. Всі ці причини обумовили актуальність створення й застосування вантажопідйомних кранів із програмним керуванням, тобто кранів-роботів.

Перехід від автоматизації окремих робочих процесів (наприклад, процесів пуску й гальмування) кранів до дистанційного, автоматизованого й автоматичного керування деякими типами кранів намітився з кінця 50-х рр. нашого сторіччя, а вже в 60-х у ряді країн використовувалися автоматизовані грейферні крани, дистанційно керовані крани атомних електростанцій, накопичений досвід автоматизації будівельних кранів і маніпуляторів при виконанні ними робіт з демонтажу будинків і споруджень. У цей час достатньо широко застосовуються автоматичні крани-штабелери із програмним керуванням, що є органічної тридцятилітньому частиною роботизованих технологічних систем і гнучких автоматизованих виробництв.

Успішність створення вантажопідйомного крана із програмним керуванням, що представляє собою транспортний-підйомно-транспортний промисловий робот (ПТПР), що функціонує без особистої участі оператора, залежить від конструктивних особливостей крана й від характеру виконуваного технологічного процесу. У цьому змісті найбільш близькі до ПР по характері й послідовності маніпуляційних дій так звані крани із твердим підвісом вантажу, що працюють у прямокутній (переважно), циліндричній або комбінованій системах координат по досить чітко організованому технологічному циклі, наприклад, спеціальні технологічні крани: штабелери, колодязні кліщові, мульдозавалочні, крани для "роздягання"злитків, напольно-завалочні машини, штирові анодні крани, контейнерні козлові й ін.

Важливе значення для забезпечення автоматичної роботи кранів із програмним керуванням має точність зупинки механізмів і присохлі вантажозахватних органів - вив, підхватів, кліщів, хобота, спеціальних захватних пристроїв і траверс (спредерів) і т.п. Звичайно необхідна за умовами технологічного процесу точність присохлі кранових механізмів нижче, ніж точність присохлі виконавчих органів ПР. Так, по точності зупинки кранові механізми можна підрозділити на 4 класи. Наприклад, згадані вище крани - штабелери для обслуговування стелажних складів мають механізми з підвищеною точністю зупинки, а автоматизовані грейферні крани - з низькою, що досить за умовами технологічного процесу.

науковий технічний роботизація куафе

13. Ефективність роботизації виробництва

У результаті створення й впровадження РТС повинен виходити, досить високий економічний ефект. Оцінка ефективності виробляється порівнянням: а) РТС із базовим (існуючим або загальноприйнятим) варіантом реалізації технологічного процесу; б) різних технічно можливих варіантів РТС стосовно до конкретного технологічного процесу; в) РТС із сучасними жорсткопрограмувальними пристроями, потоковими лініями й спеціальними машинами, які також могли б комплексно механізувати й автоматизувати даний процес.

Узагальнена оцінка економічної ефективності може базуватися на визначенні строку окупності РТС (у літах)

де ДО 2- К j - різниця між капіталовкладеннями на РТС і на порівнюваний з нею варіант; Cj - З2 - різницю собівартостей річного обсягу продукції, виробленої з використанням базового варіанта й РТС.

При розрахунку капіталовкладень варто враховувати, що роботизація виробництва, крім капітальних витрат у рамках створюваної РТС, може зажадати додаткових витрат у суміжних підрозділах на вдосконалювання системи контролю, підвищення якості заготівель, поліпшення організації транспортування, що знизить економічний ефект у початковий період використання РТС. Крім витрат на ПР і допоміжне устаткування можуть виявитися необхідними витрати на загальне перекомпонування основного технологічного устаткування в межах виробничого комплексу, ділянки, цеху.

Розрахункова величина строку окупності не повинна перевищувати нормативне число років, протягом яких окупиться проектована РТС. Як правило, строк окупності РТС становить 2-2,5 р., а величина економічного ефекту від застосування одного ПР 6-12 тис. р. у рік. Економічний ефект від експлуатації РТС досягається в основному за рахунок зниження витрат на заробітну плату

При розрахунку ефективності роботизації виробництва варто враховувати, крім чисто економічних, і соціальні фактори, які полягають, по-перше, у зниженні числа робітників, зайнятих монотонною й важкою працею, що перебувають у небезпечних, для здоров'я умовах; по-друге, у зростанні духовного й творчого змісту роботи; по-третє, у підвищенні загальної культури виробництва і якості продукції.

Вихідними даними для проектування технологічного процесу роботизованого складання на діючому виробництві є:

вихідне креслення виробу із кресленнями всіх вхідних у з'єднання елементів;

маса й габаритні розміри виробу; технічні умови на виготовлення й приймання виробів;

умови праці на складанні й характеристика робітників русі й функцій оператора-збирача;

застосовуване устаткування, пристосування й інструмент; опис технологічного процесу із вказівкою трудомісткості; наявність виробничих площ; змінність роботи.

Технологічна схема складання

Основою для проектування складальних РТК є технологічна схема складання, на підставі якої й аналізу робочих рухів оператора-збирача попередньо вибирають модель промислового робота й розробляють циклограму його рухів по вузлових крапках схеми. Далі здійснюють орієнтовний розрахунок продуктивності комплексу з урахуванням розробленої циклограми й технічних характеристик (швидкостей, перехідних процесів) обраного промислового робота.

Наступний етап - оснащення роботизованого складального комплексу з позицій функціональних можливостей промислового робота, які обмежені твердими границями робочої зони, що обслуговується, кількістю й видом ступенів рухливості, погрішностями повторюваності рухів, відсутністю в більшості випадків засобів сприйняття зовнішнього середовища й інформації про внутрішній стан елементів ПР. Розширення технологічних можливостей ПР досягається розробкою й виготовленням спеціального складального оснащення - що подають і відводять пристроїв, технологічних модулів локальних переміщень і захватних пристроїв до ПР, контрольно-вимірювальних пристроїв, пристроїв для сполучення деталей.

Особливе значення при створенні складальних роботизованих технологій здобуває вибір методів компенсації неточностей взаємної орієнтації деталей при їхньому складанні промисловим роботом.

Специфічні особливості складального робототехнологического комплексу

До специфічних особливостей складального робототехнологічного комплексу відноситься наявність ряду функціональних пристроїв, які можуть бути відсутні у комплексах іншого призначення:

завантажувально-орієнтуючі пристрої, накопичувачі деталей і складальних з'єднань, у яких об'єкти приймають і зберігають строго орієнтоване положення;

живильники й пристрої поштучного відділення об'єктів для видачі їх на позицію «Опитування» промислового робота;

технологічні пристрої, що здійснюють фіксацію деталей у складальному з'єднанні шляхом згвинчування, склеювання, зварювання, запресовування, розвальцьовування, зкльопування;

пристрою спеціального призначення, що забезпечують нанесення флюсу, клеючі й герметизиручі склади, мастильно-захисні покриття;

пристрою компенсації неточності присохлі робочих органів робота при сполученні контурів деталей, що сполучаються;

оснащення, а також контрольні пристосування для перевірки правильності здійснення операції;

прийомна тара й транспортні пристрої для відводу готової продукції зі складальної позиції.

Оскільки складальні процеси є найбільш складними, починати їхню роботизацію доцільно зі складання нескладних вузлів і виконувати її поетапно. На перших етапах рекомендується використовувати ПР на операціях установки базової деталі на технологічну позицію або конвеєр автоматичної лінії й зняття з її зібраного з'єднання, далі переходити до операцій склеювання, точкового зварювання й до більше складних операцій - згвинчування, селективного складання високоточних з'єднань і іншим.

Размещено на Allbest.ru