Промышленные роботы

Промышленные роботы

Промышленный  робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы  управления, которое применяется  для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах.

 Промышленные  роботы являются важными компонентами  автоматизированных гибких производственных  систем (ГПС), которые позволяют увеличить  производительность труда.

Основное  назначение промышленных роботов (ПР) состоит в замене рабочих на тяжелых, утомительных, монотонных операциях, а  также в условиях, вредных и  опасных для человека. Общепризнано, что промышленные роботы являются одним  из наиболее эффективных средств  механизации и автоматизации  различных производств. Чаще всего  промышленный робот появляется как  механическая рука, переносящая заготовки  при обслуживании станка или пресса. При этом в первую очередь обращает на себя внимание сходство ПР с рукой  человека, как по виду выполняемых движений, так и по темпу работы. Нередко робот повышает производительность при замене рабочего на участке или линии, но редко это повышение велико, а иногда и вообще не имеет места. Существуют средства автоматизации и механизации, обеспечивающие значительно большее повышение производительности, но эти средства, как правило, являются узкоспециализированными. Специфика ПР заключается в:

• простоте перестройки,
• переналадки при изменении заданий на вид и последовательность выполнения отдельных движений,
• на положение точек (начальных и конечных) и траекторий движений в целом,
• на зависимость движений от поступающих сигналов.

Поэтому любой робот может приспосабливаться  к изменениям (в заданных пределах) номенклатуры изделий, к различному оборудованию и различным дополнительным требованиям. Если даже ПР являются обслуживающими, они создаются как самостоятельные автоматические машины.

Промышленный робот с программным  управлением предназначен для загрузки деталей типа тел вращения в стенках  с горизонтальной осью шпинделя. Обширная рабочая зона площадью более 30м  2  позволяет обслуживать группу станков при линейном или линейно - параллельном расположении. Привод ПР – электрогидравлический шаговый. Система координат – угловая. ПР комплектуется быстросменными широкодиапазонными самоцентрирующими захватными устройствами. Имеется специальный датчик для определения положения заготовок на позициях вспомогательных устройств. Предусмотрено устройство светозащиты, обеспечивающие безопасность эксплуатации оборудования.

Рабочий орган ПР должен подобно руке человека перемещать, объект в заданную точку пространства и определенным образом, ориентировать этот объект; причем «рука» робота должна обладать достаточной маневренностью, грузоподъемностью, точностью позиционирования и скоростью. «Кисть» на конце руки, робота состоит из зажимных устройств, способных удерживать детали и узлы. В такой кисти могут быть один или два набора  «пальцев» или же вакуумные (или магнитные) присоски (см. рис. 1, в).

К роботу можно  подсоединять разные кисти для выполнения различных работ. При этом замена кистей может выполняться автоматически, без участия человека. Зажимные кисти  фирмы «Andreiden Geselscbaft» (ФРГ) имеют три, и пять пальцев. Кисть с тремя пальцами позволяет захватывать до 80% тех предметов, которые могут удерживаться рукой человека.

Роботам-манипуляторам  в зависимости от их конструкции  и назначения придается от двух до шести степеней свободы. Кроме того, в некоторых роботах, например, в  роботах фирмы «Versatran», обеспечиваются дополнительные степени свободы  за счет «перемещения вдоль направляющих салазок. Число степеней свободы  рабочего органа и самого робота достигает  восьми.

Рука робота может вращать кисть и перемещаться по вертикали и по горизонтали. Сама кисть может сжиматься или  разжиматься, поворачиваться и наклоняться  вперед и в стороны, как кисть  человеческой руки.

Перемещение рабочего органа может быть прерывистым (от точки к точке) и плавным. У  роботов с плавным перемещением рабочего органа последний, как правило, движется по контуру, определенному  той задачей, которую выполняет  робот. Робот с прерывистым движением  рабочего органа предназначается в  большинстве случаев для прямолинейного перемещения деталей от одной  операции к другой. Погрешность установки  рабочего органа для такого робота может не превышать нескольких сотых  миллиметра.

В качестве привода исполнительных органов  робота хорошо зарекомендовали себя электрогидравлические устройства, сочетающие такие качества, как большая  выходная мощность при малой инерционности, надежность в работе и возможность  электрического управления. В зависимости  от типа памяти и исполнительных звеньев  система управления может быть цифровой, аналоговой или смешанной. Роботы второго  поколения, имеющие в системе  управления мини-ЭВМ, оснащены «телеглазом».

Роботы повышенной сложности могут быть запрограммированы  на повторяющийся останов рабочего органа в 200—3000 точках рабочей зоны, а не в 20—30 точках, как у простых  роботов. Их сравнительно легко запрограммировать  на работу в режиме «обучения». В  этих роботах с регулированием по замкнутому контуру, а не по разомкнутому, как в простых роботах, выделены отдельные устройства управления для  руки и кисти.

Чтобы соблюдать  правильную траекторию движения руки три повторяющихся рабочих операциях, робот должен обладать памятью: на вращающемся  магнитном барабане, на цилиндрических магнитных тонких пленках, как в роботах «Unimate», на потенциометрах, как в роботах «Versatran» фирмы «AMV», или на металлоокисных полупроводниках (МОП) сдвиговых регистрах, разработанной шведской фирмой «Relab».

Кроме того, используются полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ), связанные с мини-ЭВМ, как в работе фирмы Cavassaci Corporation (Япония) или «Sindstrand Corporation» (США).

К устройствам  памяти необходимо отнести также  простые конечные выключатели и  механические упоры с предварительной  установкой положения, используемые в  большинстве недорогих роботов. В роботе «Unimate» функцию программирования выполняет транзисторный логический блок, считывающий информацию из ЗУ на цилиндрических магнитных пленках. В роботе «Versatran» и многих других последовательность выполняемых операций задается посредством переключения короткозамыкающих штырей и электронной  коммутационной панели, от которой  управляются логические схемы на реле.

Конкретный  вариант системы управления определяется технико-экономическими показателями. На рис. 1 представлены основные (базовые) компоновочные схемы промышленных роботов.

 

 

                   Рис 1.

 

 

Гидрокинематическая схема робота с гидравлическим приводом

 

Рис. 2

На рис. 2 показана гидрокинематическая схема  промышленного робота с цикловым ПУ, применяемого для обслуживания токарных полуавтоматов. Робот имеет  четыре степени подвижности, не считая перемещения губок захватного устройства:

1. перемещения руки вдоль оси Z; 2) перемещение руки вдоль оси центров станка X; 3) поворот руки с захватом вокруг оси X (к таре- к станку); 4) вращение пиноли руки с захватом вокруг оси Z (кантование). Робот закрепляют стационарно.

Привод руки вдоль оси Z осуществляется от гидроцилиндра Ц3. При перемещении его штока – рейки приводятся во вращение колесо z₄, затем зубчатая пара z₃-z₁ и колесо z₂, которые находятся в зацеплении с зубчатой рейкой пиноли головки руки.

Привод поворота руки вокруг оси  осуществляется от гидроцилиндра Ц4 через зубчатую рейку и реечное  колесо z₅. От гидроцилиндра Ц1 происходит зажим и разжим захватов. Гидроцилиндр Ц2 через зубчатый редуктор поворачивает шток головки руки с захватом вокруг оси Z. Гидроцилиндр Ц5 перемещает руку вдоль оси.

Робот1  можно поставить для  обслуживания одного станка2 (рис 3а), нескольких станков2 (рис 3б); робот может перемещаться вдоль фронта станков (рис 3в). Робот  перемещает заготовки из накопителя3 к станкам и между станками. Во всех случаях – это автоматизированный участок, на котором автоматизированы все основные и вспомогательные операции.

Рис 3.

 

Если обеспечить такие участки системами транспортировки  заготовок, то получим автоматизированные цеха и заводы.

 

Структурная блок-схема комплексной  обрабатывающей системы с применением  ПР.

Заготовки из заготовительного производства ЗП поступают в пункт приема заготовок ППЗ, состоящий из ряда бункеров (Б₁….Б_n). Опознающее устройство ОУ позволяет установить номер группы и подгруппы заготовок. Далее детали поступают на склад заготовок СЗ или на склад полуфабрикатов СП. По сигналу от станка или диспетчера робот – перекладчик-контователь РПК берёт со склада нужную деталь и устанавливает её на спутник транспортной системы ТС. Спутник с деталью движется до тех пор, пока не остановиться на позиции, определяемой программой. Промышленный робот ПР переносит деталь на многооперационный станок МС и устанавливает её в патрон, начинается обработка. Обработанную ранее деталь робот – загрузчик снимает и устанавливает на тот же спутник. Если деталь не обработана  полностью за одну установку, она поступает вновь в СП, а оттуда на другой станок.

 

 

                   Рис 4.

Применение  ПР позволяет повысить производительность труда в 2-3 раза, увеличить сменность работы оборудования и улучшить ритмичность. Сегодня ПР в машиностроении выполняют погрузочно-разгрузочные, транспортно-складские работы, обслуживают станки, прессы, литейные машины и т. д., а также они могут выполнять сварочные, сборочные, контрольно-измерительные, окрасочные и другие основные операции.

Промышленные  роботы широко применяют в горнодобывающей, металлургической, нефтяной и других отраслях промышленности. Их используют в медицине, в сфере обслуживания, при исследовании океанов и т. д. Во всех случаях ПР позволяют автоматизировать на их основе производство со всеми вытекающими отсюда технологическими, организационными, психологическими и социально-экономическими аспектами.