Структура промышленных роботов

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ.

КОНСТРУКЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ

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 и т. 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 и 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. 1).

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 или универсальным. Специализированные роботы предназначены для выполнения как технологических, так и 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 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 самообучаться 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. 1).

Рис. 1. Классификация промышленных роботов

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, по 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.