Робототехника. Роботы в производстве энм
 Скачать 1.57 Mb.
|
|
Глава 10. РОБОТЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭНМ. Промышленные роботы (ПР) представляют собой класс универсальных автоматических средств комплексной автоматизации производственных процессов. Благодаря возможности быстрой переналадки ПР обеспечивают наибольший эффект в условиях частой смены объектов производства. Поэтому с ПР связано развитие качественно нового направления в автоматизации мелкосерийного многономенклатурного производства, основанного на объединении роботов и автоматизированного технологического оборудования в гибкие производственные системы различной сложности. Применение ПР в массовом производстве позволяет в сжатые сроки комплектовать автоматические линии различного назначения. Комплексное применение ПР обеспечивает повышение производительности труда в 1,5-2 раза (на некоторых операциях в 3-5 раз) при одновременном улучшении ритмичности и общей культуры производства. Использование ПР открыло перспективы создания принципиально новых технологических процессов, не связанных с ограничениями, которые накладывает участие человека. Особую роль ПР играют в производстве ЭНМ. Использование ПР в данной области является технической необходимостью, связанной не только с повышением безопасности технологических процессов. В настоящее время ПР являются важным звеном сложнейшего комплекса автоматизированного оборудования при создании безлюдных технологий по изготовлению ВВ, порохов, СТТ, пиротехнических составов и изделий из них. 10.1. Общие сведения о роботах. Многие технологические процессы, осуществляемые посредством сложных пространственных многовариантных движений, не могут быть автоматизированы традиционными техническими средствами (например, установка заготовок и съем изделий, их транспортировка, погрузочно-разгрузочные работы). При этом траектория движения исполнительного органа в таких процессах зависит от формы и размеров объекта и условий его обработки. Необходимость автоматизации подобных операционных действий привела к созданию механических систем, моделирующих свойства конечностей человека и воспроизводящих их двигательные функции. Такие системы называют манипуляторами и промышленными роботами. Манипулятор – техническое средство, автоматически воспроизводящие действия человека при выполнении вспомогательных и транспортных операций, работающее по жесткой программе определяемой его кинематической схемой. Промышленный робот –манипулятор с изменяющейся программой, представляющий собой автономно действующий МА, способный воспроизводить некоторые двигательные и умственные функции человека при выполнении вспомогательных и основных производственных операций. Согласно приведенным выше определениям манипулятор может работать как самостоятельное техническое средство в виде механизма с неизменным законом движения всех его звеньев или входить состав промышленного робота, как устройство реализующее операционные действия над объектами манипуляции. В последнем случае манипулятор имеет значительно более сложную кинематическую схему с возможностью изменения как последовательности перемещения звеньев механизма, так и закона их движения. 10.1.1. Составные элементы робота. Таким образом, промышленный робот состоит из двух основных и необходимых частей: манипулятора и устройства программного управления. Рассмотрим принципиальную схему его работы (рис. 10.1) и назначения входящих в его состав функциональных блоков. Исполнительное устройство (ИУ) манипулятора робота является наиболее ответственным и технически сложным элементом системы. ИУ непосредственно контактирует с объектом манипуляции и совершает над ним операционные действия согласно заданной программе. В большинстве случаев ИУ выполняется в виде захватных устройств (или схватов), если объектом взаимодействия является штучное изделие. Оно выполняется с учетом формы, размеров и массы объекта. Усилие схватывания должно регламентироваться прочностными характеристиками объекта, не вызывая деформации или разрушения, но при этом обеспечивать надежное его удержание при транспортировке. Последнее требование особенно важно при работе с изделиями из ЭНМ. Конструкции схватов рассмотрены в разделе 10.6. Если ИУ выполняет технологическую операцию, то в этом случае оно представляет собой рабочий инструмент (например, зажим с электродом или краскораспылитель) перемещающийся в пространстве по определенной траектории и совершающий дискретное или непрерывное воздействие на объект (точечная сварка или окраска изделия). Привод исполнительного органа обеспечивает функционирование ИУ. По своей структуре имеет определенное сходство с некоторыми видами МА, хотя и обладает более высокой сложностью. По виду используемого в них рабочего тела или энергоносителя, генерирующих движение ИУ, привода разделяются на гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные.  М   анипулятор                           С  истема программного управления.Рис. 10.1. Принципиальная схема программируемого робота. Устройство управления приводом приводит элементы привода в состояние, соответствующее поступающим из системы программного управления командам, при котором выполняется очередное требуемое программой действие. Основу данного устройства составляют аппаратура пневмо-, гидра- или электраавтоматически в виде преобразователей, усилителей, распределителей, а так же механизмов распределения регулирующих и распределительных органов элементов привода. Устройство передвижения служит для перемещения робота в рабочей зоне технологического процесса. Предусматривается его использование, когда необходимо расширить функциональные возможности робота. Однако большинство конструкций роботов выполнено в стационарном варианте. Устройство передвижения, как правило, имеет самостоятельное энергообеспечение и независимый привод, подчиняется системе программного управления. Датчики устанавливаются, как правило, на исполнительных органах манипулятора и информируют систему программного управления о тек4ущих параметрах взаимодействия ИУ с внешней средой (объектом манипуляции). В соответствии с действующими нормативами (ГОСТ 16263-70) датчик является измерительным преобразователем и определяется как средство измерения, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации, не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем, но доступной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки, кодирования или хранения. Система программного управления обеспечивает выполнение роботом определенной совокупности операционных действий в требуемой последовательности по заранее заданной программе. Данная система обеспечивает программирование (с помощью оператора) цикла работы ПР, запоминание и воспроизведение запоминающей программы. Основу системы составляет аппаратура управления пневмо- и электроавтоматики, ЭВМ и микропроцессорная техника. 10.1.2. Функциональные уровни робота. В теории и практике роботы принято разделять на три большие группы (или по поколениям), значительно отличающиеся друг от друга уровнем функциональных возможностей. Вместе с тем было бы неправильно полагать, что по мере развития последующего поколения роботов, предыдущее будет исчезать. Опыт подсказывает, что эти поколения не сменяют друг друга, а существуют и развиваются параллельно каждый в своем направлении. Программные роботы (первое поколение) работают по жесткой программе, а их система управления функционирует по разомкнутому циклу: поток управляющих команд в виде сигналов и действий направлен от СУ к исполнительным органам. Обратная связь между ИУ и СУ отсутствует. Также роботы могут переналаживаться, однако, работая по заданной программе, они будут многократно воспроизводить одни и те же действия без изменения даже, если объект манипуляции отсутствует. Такой принцип действия роботов может быть реализован только при высокой согласованности их работы с другим оборудованием, когда обеспечивается жесткая ритмичность входа в систему и ориентирование в исходном положении объектов. Роботы первого поколения не способны адаптироваться к внешним изменениям внешней обстановки и среды, поэтому их применяют для выполнения сравнительно простых производственных задач (съем, транспортирование, переориентация, установка объектов). Таково большинство современных промышленных роботов, обслуживающих технологическое оборудование. Главное их преимущество заключается в относительной простоте и доступности их создания и использованием стандартных средств автоматизации. В производстве ЭНМ фактически все роботы относятся к категории первого поколения. Они работают в составе автоматизированных поточных производств или являются основной технической единицей робототехнических комплексов (РТК). Адаптивные роботы (второе поколение) работают по гибкой программе. Их система управления функционирует по замкнутому циклу, построенному на двухсторонней связи: от СУ к ИУ, и от ИУ по средствам датчиков к СУ. Они реагируют на изменение внешней обстановки и осуществляют корректирующие действия, позволяющие выполнить операцию с учетом новых условий. Такие роботы снабжены средствами «очувствления» - датчиками внешней среды в виде сенсорных устройств. В систему управления вводится дополнительный блок, который анализирует по показаниям датчиков рабочую обстановку и обеспечивает адаптацию к ней робота. Данная задача может быть выполнена только с помощью ЭВМ и микропроцессоров. Более высокое конструктивное совершенство роботов второго поколения по сравнению с роботами первого поколения позволяет использовать их для решения достаточно сложных операционных действий. При этом технические возможности данных роботов позволяют снизить требования относительно ритмичности протекающего процесса и точности позиционирования объектов в исходном положении. Чем разнообразнее номенклатура изделий, тем сложнее задача роботизации, тем важнее использование свойств многофункциональности роботов и тем в большей степени могут понадобиться адаптивные роботы. Интеллектуальные роботы (третье поколение) в настоящее время существуют главным образом в виде экспериментальных моделей. Однако интенсивное развитие ЭВМ, микропроцессорной техники и электроники в целом позволяет прогнозировать их появление в качестве реально действующих технических средств в уже обозримом будущем. Данные роботы должны иметь более богатое очувсвтвление, с микропроцессорной обработкой информации, рассматриванием обстановки, автоматическая выработка решения о дальнейших действиях в неопределенной или меняющейся обстановке. При этом в корне меняется сам принцип программирования, когда операторам будет задаваться только цель действия робота, а сами действия и их порядок будет самостоятельно выбирать для себя сам робот. |