Глава 22. Общие сведения

О ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ

1. ОСНОВНЫЕ определения и КЛАССИФИКАЦИЯ

ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Решение проблемы комплексной автоматизации в ли­тейных и термических цехах возможно только путем применения принципиально новых машин, имитирующих действие человека в трудовых процессах. Такими машинами являются промышлен­ные роботы, исполнительными устройствами которых стали много­звенные манипуляторы с управляемыми приводами по каждой степени подвижности.

Термин робот ввел известный писатель . К- Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе «Рур» (Россумские универсальные роботы). Этим словом были названы механические рабочие, пред­назначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Термин промышленный робот появился в 70-е годы.

Робот — это автомат с внешней обратной связью, состоящий из рецептора (чувствительного элемента), преобразователя ин­формации, запоминающего устройства, манипулятора (исполни­тельного элемента) и каналов связи, соединяющих эти элементы. Существующие конструкции роботов разделяют на три класса: человекоподобные, информационные и промышленные роботы.

Человекоподобные роботы создавались в основном в реклам­ных целях, хотя делались попытки их использования для различ­ных практических целей. Информационные роботы достигли вы­сокого совершенства. Они используются там, где человек пока не может существовать (спутники Земли и Луны, «Луноход-1» и «Луноход-2» и др.). Промышленные роботы (ПР) предназнача­ются для замены физического труда человека.

Манипулятор — это устройство, предназначенное для имита­ции двигательных и рабочих рук человека. Объектом манипули­рования называют тело, перемещаемое в пространстве манипуля­тором. К объектам манипулирования относят детали, заготовки и различный инструмент.

По методу управления все манипуляторы можно разделить на биотехнические, т. е. с ручным управлением, интерактивные (со смешанным управлением) и автоматические.

Манипулятор с ручным управлением — манипулятор, управ­ляемый оператором дистанционно или непосредственно за счет перемещения рабочих органов.

В зависимости от типа задающего органа манипуляторы с ручным управлением могут быть копирующими, командными и полуавтоматическими.

В копирующем манипуляторе движение ра­бочего органа повторяет перемещение кисти человека. В ко­мандном манипуляторе движение рабочего органа осуществляется по каждой степени подвижности в отдельности с по­мощью кнопок, рукояток ит. п. Вполуавтоматическом манипуляторе задающий орган содержит рукоятку, уп­равляющую несколькими степенями свободы, и микроЭВМ, кото­рая преобразует сигналы с рукоятки в сигналы, управляющие движениями исполнительных или рабочих органов.

К числу автоматических манипуляторов относятся автоопера­торы, промышленные роботы ^ манипуляторы с интерактивным управлением.

Автооператор — непрограммируемый автоматический мани­пулятор. Промышленный робот (ПР) — перепрограммируемый автоматический манипулятор. Манипуляторы с интерактивным управлением попеременно управляются оператором или действуют автоматически. Они имеют устройства памяти для автоматиче­ского выполнения отдельных действий.

Промышленные роботы. По назначению ПР можно условно разделить на производственные и транспортные (рис. 162).

Производственные роботы осуществляют основные операции технологических процессов различных производств (литейного, сварочного, механообрабатывающего, кузнечного, окрасочного). Они оснащены определенным инструментом. Транспортные ро­боты предназначены для межоперационной передачи заготовок, деталей и узлов. Они автоматически загружают и разгружают оборудование, передают и складируют готовые детали, обслужи­вают технологическое и транспортное оборудование.

Каждый из этих типов роботов может быть специализированным цли универсальным. Специализированные роботы предназначены для выполнения как технологических, таки транспортных операций определенных видов производств; универсальные — для выпол­нения основных, вспомогательных, контрольных, транспортных и других работ в различных видах производств.

По типу силового привода различают электромеханические, пневматические, гидравлические и комбинированные роботы.

В соответствии с характером отработки программы различают жесткопрограммируемые, адаптивные и интеллектуальные ро­боты.

Жесткопрограммируемые роботы являются роботами первого поколения и представляют собой манипуляторы с программным устройством управления. Такой робот выполняет совокупность

Промышленные рсВоты

I

Транспортные

; т:.

Специализированные

1

н

X

Ангулярная

—; г~ ~

По числу степеней подвижности

Электромехани­ческие

По характеру обработки программы

Рис. 162. Классификация промышленных роботов

жестко запрограммированных операций. Программное устройство робота может перестраиваться на выполнение другого комплекса операций.

Адаптивные роботы — роботы второго поколения. Они снаб­жены сенсорной системой, позволяющей функционировать в не­полностью определенной и часто меняющейся обстановке с адап­тацией к ней, в поисковых режимах с автоматическим наведением. Исполнительные «руки» таких роботов снабжаются различными первичными преобразователями, выдающими информацию о со­стоянии рук и предметов, с которыми он должен манипулировать.

Интеллектуальные роботы являются роботами третьего поко­ления. С помощью искусственного зрения и ряда других уст­ройств они могут воспринимать и распознавать обстановку, строить модель среды, автоматически принимать решение о дальнейших действиях и выполнять его, изменять свое поведение и самообу- чаться по мере накопления собственного опыта.

Подавляющее большинство используемых в производстве ро­ботов относятся к роботам первого поколения. Для обеспечения функционирования таких роботов необходимо создать специаль­ную оснастку и вспомогательное оборудование, стоимость которых достигает 40 % стоимости самого робота. Поэтому альтернативой внедрения роботов с жесткой системой управления является ис­пользование адаптивных роботов.

Классификация промышленных роботов возможна и по другим признакам (см. рис. 162).

2. СТРУКТУРА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

Независимо от класса, типа и назначения каждый ПР состоит из двух основных систем: механической системы и системы уп­равления.

Механическая система обеспечивает функции движения и реа­лизует технологическое назначение ПР. В ее состав входят сле­дующие основные узлы: несущие конструкции, приводы, переда­точные механизмы, исполнительные механизмы и захватные устройства.

Несущая конструкция — это станина (каркас), на которой монтируются все остальные узлы.

Приводы могут быть электрическими, пневматическими, гидра­влическими и комбинированными.

Исполнительный механизм представляет собой совокупность подвижно соединенных звеньев, предназначенных для воздейст­вия на объект манипулирования или обрабатываемую среду. Исполнительный механизм, осуществляющий транспортирующие и ориентирующие движения, называют рукой ПР.

Большинство современных промышленных роботов имеет один исполнительный механизм, но есть роботы, которые снабжены двумя, тремя или более механизмами. По конструкции они могут быть стационарными, выдвижными, телескопическими, шарнир­ными и др.

Возможность наклона руки робота способствует повышению его мобильности и позволяет манипулировать с грузом, находя­щимся на уровне пола.

ПР с цельным или телескопическим рычажным устройством мо­жет выполнять необходимые движения и сравнительно универ­сален.

Маневренность рычажного устройства определяется числом степеней подвижности.

Захватное устройство — это узел механической системы, обеспечивающий захватывание и удержание объекта манипули­рования в определенном положении. Так как объекты манипули­рования могут иметь различные размеры и форму, то захватные устройства относятся к числу сменных элементов ПР.

Большая часть ПР снабжается исполнительными устройст­вами, обладающими тремя—пятью степенями подвижности, зах­ватное устройство обычно обладает еще двумя степенями подвиж­ности и станина может перемещаться на одну-две степени.

Системы координат, пц которым перемещаются органы ро­бота, наряду с числом степеней подвижности, оказывают сущест­венное влияние на зону обслуживаемого пространства. Если за единицу принять движение в системе прямоугольных координат (при одной степени подвижности), то зона обслуживания возра­стает: при перемещении В цилиндрических координатах в 9,6 раза; полярных — в 29,7 раза; сферических — в 87,2 раза.

Система программного управления предназначена для програм­мирования, сохранения управляющей программы, ее воспроизве­дения и обработки. В состав системы программного управления входят устройства ввода и вывода управляющей программы, ее запоминания и хранения. Управляющая программа — это по­следовательность простых инструкций, выполненных на некотором формальном языке. Она может быть зафиксирована как с помощью механических упоров и копиров, различных коммутаторов (на­пример, штекерных панелей), так и с помощью быстросменных носителей (перфолент, магнитных лент, дисков и т. д.).

В качестве устройства ввода управляющей программы с бы­стросменных носителей применяют контактные и бесконтактные считывающие устройства (с перфолент), а также различные маг­нитные накопители.

3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РОБОТОВ

К числу основных технических показателей ПР относятся грузо­подъемность, число степеней подвижности, погрешность позицио­нирования, рабочая зона, мобильность и т. п.

Грузоподъемность ПР определяется как суммарная грузо­подъемность его рук. Грузоподъемность руки — это наибольшая масса груза (включая массу захватного устройства), которым мо­жет манипулировать робот. Для некоторых типов ПР важным показателем является также усилие (или крутящий момент), развиваемое исполнительным механизмом при заданных усло­виях. К числу таких показателей относятся усилие зажима или крутящий момент ротации (вращения) захватного устройства.

Число степеней подвижности — это сумма возможных коор­динатных перемещений объекта манипулирования. Для некоторых типов роботов иногда дополнительно определяется число степеней подвижности захватного устройства.

Погрешность позиционирования — это отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической при много­кратном позиционировании (повторении движения). Она оцени­вается в линейных или угловых единицах измерения.

Рабочая зона — пространство, в котором может находиться при работе захватное устройство. Коэффициент сервиса исполнитель­ного устройства робота характеризует возможность подхода зах­ватного устройства к заданной точке с разных направлений и дает представление о его двигательных возможностях.

Мобильность промышленного робота определяется его воз­можностью совершать движения.

Контрольные вопросы а задания

1. Что называется роботом?

2. Что называется манипулятором?

3. Расскажите о видах манипуляторов и видах их управления.

4. В чем заключается различие между промышленным и интерактивным роботом?

5. По каким признакам классифицируются промышленные роботы?

6. Расскажите о системах управления промышленными роботами.

7. Расскажите о структуре промышленных роботов.

8. Перечислите основные технические показатели роботов и дайте им опре­деление.