Роботы манипуляторы разновидности и конструкция
Роботы манипуляторы, их классификация и виды, характерные особенности, конструкции, назначение и области применения. История развития механических рук и атомная физика. Структурная схема робота. Роботы первого поколения – обучаемые манипуляторы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.03.2015 |
| Размер файла | 83,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ВВЕДЕНИЕ
Робот (чеш. robot, от robota — подневольный труд, rob — раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром. Первые упоминания о человекоподобных машинах встречаются ещё в древнегреческих мифах. Термин «робот» был впервые введён К. Чапеком в пьесе «R. U. R.» (1920), где Роботами называли механических людей. В настоящее время робототехника превратилась в развитую область промышленности: тысячи промышленных роботов работают на различных предприятиях мира, подводные манипуляторы стали непременной принадлежностью подводных исследовательских и спасательных аппаратов, изучение космоса опирается на широкое использование роботов с различным уровнем интеллекта. С развитием робототехники определились 3 разновидности Роботов: с жёсткой программой действий; манипуляторы, управляемые человеком-оператором; с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно («разумно») без вмешательства человека. Большинство современных Роботов (всех трёх разновидностей) — Роботы манипуляторы, хотя существуют и другие виды Роботов (например, информационные, шагающие и т. п.). Возможно объединение Роботов первой и второй разновидностей в одной машине с разделением времени их функционирования. Допустима также совместная работа человека с Роботами третьего вида (в так называемом супервизорном режиме). Первые Роботы («андроиды», имитировавшие движения и внешний облик человека) использовались преимущественно в развлекательных целях . С 30-х гг. в связи с автоматизацией производства Роботы — автоматы стали применять в промышленности наряду с традиционными средствами автоматизации технологических процессов, в частности в мелкосерийном производстве и особенно в цехах с вредными условиями труда.
Промышленный Робот манипулятор имеет «механическую руку» (одну или несколько) и вынесенный пульт управления или встроенное устройство программного управления, реже ЭВМ. Он может, например, перемещать детали массой до нескольких десятков кг в радиусе действия его «механических рук» (до 2 м), выполняя от 200 до 1000 перемещений в час. Промышленные Роботы — автоматы имеют преимущество перед человеком в скорости и точности выполнения ручных однообразных операций. Наиболее распространены Роботы манипуляторы с дистанционным управлением и «механической рукой», закрепленной на подвижном или неподвижном основании. Оператор управляет движением манипулятора, одновременно наблюдая её непосредственно либо на телевизионном экране; в последнем случае. Роботы снабжается «телевизионным глазом» — передающей телевизионной камерой. Часто Робот оснащают обучающейся автоматической системой управления. Если такому Роботу «показывают» последовательность операций, то система управления фиксирует всё в виде программы управления и затем точно воспроизводит при работе. Роботы манипуляторы используют для работы в условиях относительной недоступности либо в опасных, вредных для человека условиях, например в атомной промышленности, где они применяются с 50-х гг. В 60-х гг. появились подводные Роботы манипуляторы разнообразных конструкций и назначения: от глубоководных управляемых аппаратов с «механическими руками» (в частности, для захвата образцов породы со дна моря и т. д.) и ползающих по морскому дну платформ с исследовательской аппаратурой до подводных бульдозеров и буровых установок. Подобные манипуляторы применяются и в космонавтике, на американских «Шаттлах».
Робот — это универсальный автомат, позволяющий выполнять механические действия. Его принципиальной особенностью является быстрая оперативная перестройка с одной выполняемой операции на другую. Существует несколько разновидностей роботов и для каждого из них имеется своё определение. Чаще всего говорят о трёх поколениях роботов: промышленных роботах или манипуляторах, адаптивных роботах и роботах с искусственным интеллектом или как говорили раньше — интегральных роботах.
Манипулятор, 1) в горном деле — основной механизм буровой каретки, предназначенный для перемещения в призабойном пространстве автоподатчика с перфоратором (бурильной машиной).
2) В процессах обработки металлов давлением — машина для выполнения вспомогательных операций, связанных с изменением положения заготовки.
3) В ядерной технике — приспособление для работы с радиоактивными веществами, исключающее непосредственный контакт человека с этими веществами. С помощью М. можно захватывать предмет, находящийся за защитной стенкой, перемещать и поворачивать его. М. пантографического типа с механическим приводом (копирующий М.) точно воспроизводит движение руки оператора. Угловая ориентация копирующей «руки» и движения, имитирующие сжимание и захват, передаются гидравлическим приводом или тросами, идущими от управляющей рукоятки к копирующей «руке». Для дистанционного управления на большом расстоянии от оператора применяются М., управляющее и копирующее плечи которых связаны между собой электрически.
1. «МЕХАНИЧЕСКИЕ РУКИ»
История механических рук начинается с… атомной физики. Дело в том, что многие материалы, с которыми приходится иметь дело в этой области науки, обладают радиоактивностью — свойством выделять в окружающее пространство опасные для здоровья человека лучи. Механические руки стали устанавливать там, куда доступ человека нежелателен, а сам он, управляющий руками, располагался в другом, безопасном помещении. Можно сказать, что в этих копирующих манипуляторах была использована та же идея, что и в известных всем куклах — марионетках. Оператор, работающий на манипуляторе, рукой приводит в движение управляющий механизм, звенья которого соединены с соответствующими звеньями исполнительного механизма, повторяющего все движения руки оператора.
При работе с радиоактивными веществами расстоянии от оператора до исполнительных рук манипулятора может доходить до десятков метров, при работах в подводном мире — до тысяч метров. При применении манипуляторов в космическом пространстве это расстояние будет измеряться сотнями тысяч, миллионами километров… Надёжное и точное управление на значительном расстоянии — вот первое требование, которое предъявляют к любой конструкции копирующего манипулятора. Первое, но не единственное
2. РОБОТ ТИПА «РУКА»
Каждый робот рассчитан на выполнение той или иной работы, которая и определяет его конструкцию, размеры, степень подвижности, число рук и пальцев на руке, грузоподъёмность, точность движения и т.д. Независимо от того, стоит ли робот возле станков, передвигается между ними или ползает под потолком, у него всегда есть мощная механическая рука с двумя или четырьмя пальцами. Роботы отличаются один от другого общим видом, габаритами и техническими характеристиками, но у них есть и общие признаки. На рис. 4 изображена структурная схема такого робота. Рукой управляет либо оператор с пульта, либо мозг робота — его ЦВМ (цифровая вычислительная машина). В блоке памяти находится программа действий робота, которую вводят в него или которую он приобретает во время обучения.
Общий блок управления электрическими, гидравлическими или пневматическими двигателями, расположенными в плече руки, предплечье, в кисти, состоит из цепей управления движением руки по каждой из координатных осей. Сколько степеней свободы у руки, столько и цепей управления.
Рис. 4. Структурная схема робота.
Робот — манипулятор, встав на рабочее место, согласовывает свою работу с обслуживаемым технологическим оборудованием. Движения руки точные, повороты строго рассчитаны во времени. Робот с оборудованием образует автоматизированную ячейку. Из таких ячеек составляют робототехнологические комплексы или линии. Одно из наиболее распространённых занятий роботов — манипуляторов — окраска изделий.
Окрашивают обычно способом набрызгивания. Чтобы защититься от вредного действия распыляемой краски, приходится работать в специальной маске, а рабочую зону оборудовать специальными защитными устройствами. Это сложно, дорого и все равно небезвредно для человека. Если же окраску изделий поручить манипулятору, а управление им человеку, это оздоровит условия работы и повысит производительность труда.
Процессы формовки кирпича обычно высокомеханизированы. За формовкой следуют операции пропаривания, обжига, требующие перекладывания кирпича и складывания его в пирамиды определённой конфигурации. Эти операции также можно механизировать и автоматизировать, используя манипуляторы. Механическая рука может брать одновременно 5-6 и более кирпичей, каждый из которых весит до 4 кг, и не боится обжечься, даже если они только что из печи.
Стеклянные заготовки для телевизионного кинескопа могут весить 10-15 кг. Сложный технологический процесс их изготовления требует многократной установки, съёма, погрузки. Сотни людей были заняты этой малопроизводительной работой, но им на смену пришли механические руки.
Эти несколько скупых примеров ясно свидетельствуют о том, как широко поле деятельности, открывающееся перед автоматическими манипуляторами в самых различных областях производства.
3. РОБОТЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ — ОБУЧАЕМЫЕ МАНИПУЛЯТОРЫ
Каждый промышленный робот — манипулятор состоит из двух основных частей: манипулятора и устройства управления. Первая отвечает за все необходимые движения, вторая — за управление ими. Описывая конструктивную компоновку робота для промышленности, трудно удержаться от сравнения его с «конструкцией» человека. Каждый промышленный робот имеет мозг — блок управления и механическую часть, включающую тело и руку. Тело робота — это, как правило, массивное основание или, как его называют, станина, а рука — многозвенный рычажный механизм — манипулятор. Чтобы рука могла совершать положенное ей многообразие движений, она имеет мышцы — привод. Задача мышц — преобразовывать сигналы блока управления в механические перемещения руки. Венчает механическую руку кисть или захватное устройство — схват.
Большинство промышленных роботов имеет одну руку, но существуют и роботы, обладающие двумя, тремя и более руками. Взглянув на руки промышленного робота, почти любой человек, даже не обладающий проницательностью Шерлока Холмса, сможет, немного подумав, определить сферу «профессиональных интересов» робота. Вот клешни из трёх крюков для круглых поковок, вот присоски, как у осьминога, для стеклянных листов, вот ковш для сыпучих материалов, и т.д. и т.п. Ещё проще разобраться в обязанностях робота, если руки его снабжены специализированным инструментом: сверлом, краскораспылителем, гайковёртом и др. Инструмент закреплён прямо на руке, а не в схвате, теперь уже ненужном.
Различают руки роботов и по размерам: есть экземпляры рук для работы с многотонными валами, а есть миниатюрнейшие щипчики — пинцетики для изделий микроэлектроники или часовых шестерёнок. Некоторые пальчики — усики манипулируют деталями, различимыми лишь в микроскоп.
робот манипулятор механический рука
Cписок литературы
1. Вадим Викторович Мацкевич «Занимательная анатомия роботов» — М.: Сов. радио, 1980.
2. Значение слова «Манипулятор» в Большой Советской Энциклопедии
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Определение степени свободы пространственного манипулятора промышленного робота. Расчет скорости вращения колес двухскоростной планетарной коробки передач. Вычисление скорости и ускорения коромысла рычажного механизма; составление векторного уравнения.
контрольная работа [243,0 K], добавлен 01.05.2015
Промышленные роботы как важные компоненты автоматизированных гибких производственных систем. Социальные факторы роботизации. Обзор преимуществ использования промышленных роботов в сварочных процессах. Отличия роботов от прочего капитального оборудования.
презентация [798,1 K], добавлен 08.10.2015
Что такое промышленные роботы, их основные технические показатели и структурные составляющие. Основные конструктивно-технологические группы промышленных роботов. Основные типы технологических операций и вспомогательных функций, выполняемых роботами.
презентация [229,0 K], добавлен 10.04.2013
История развития и принцип работы пылесоса. Достоинства и недостатки моделей с мешками. Конструкция устройств с пылесборником более высокого класса. Домашние встроенные пылесосы, использование аквафильтра. Сухая и влажная уборка. Роботы и пароочистители.
доклад [12,5 K], добавлен 12.12.2013
Характеристика промышленных роботов для обслуживания металлорежущих станков, их функциональные особенности и назначение, разновидности и отличия. Типовые схемы компоновок РТК механообработки. Состав оборудования и номенклатуры обрабатываемых деталей.
реферат [1,0 M], добавлен 20.05.2010
Проблема эстетического совершенствования машин, станков, приборов, средств транспорта, бытовой техники. Основные виды промышленных роботов, особенности их дизайна. Роботы для мероприятий, их достоинства и недостатки. Обзор аналогов промышленных роботов.
реферат [480,8 K], добавлен 20.02.2015
Транспортирование заготовок и деталей: классификация способов и их отличительные особенности, оценка имеющихся преимуществ и недостатков. Специальные ориентирующие устройства для деталей, их значение и принципы работы. Автоматические манипуляторы.
Структура и кинематика манипуляторов (90
Методические указания к курсовому проектированию по ТММ. – Оренбург, ГОУ ОГУ, 2006, — 39 с., ил. 18.
Методические указания предназначены для выполнения курсового проектирования по ТММ для студентов механических специальностей.
Составлены в соответствии с программой, утвержденной ГОУ МО РФ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Виды манипуляторов и промышленных роботов.
Структура и геометрия манипуляторов.
Синтез системы управления механизмами машины-автомата.
Таблица включений (таблица 4.2).
Составление формул включения и их упрощение.
Построение системы управления на пневматических элементах.
Построение системы управления на электрических элементах.
Список использованных источников.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одним из основных направлений развития современной техники является развитие робототехнических систем. Рабочие органы автоматических машин и систем представляют собой по структуре пространственные кинематические цепи со многими степенями свободы.
В этой связи в программу курса теории механизмов и машин внесены разделы по структурному, кинематическому и динамическому анализу и синтезу различных схем механизмов роботов и манипуляторов.
В методических указаниях рассмотрены структура и аналитическая кинематика пространственных манипуляторов с тремя степенями свободы, что соответствует университетской программе курса ТММ.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1 Виды манипуляторов и промышленных роботов
Манипулятором называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения рабочих функций руки человека (латинское «manipulus» -пригоршня).
Механизм манипулятора образован из пространственной незамкнутой кинематической цепи (рисунок 1.1). Звенья этой цепи имеют названия
3 – кисть (захват),
4 – палец. Кинематические пары: А – плечевой сустав Р 3, В – локтевой сустав Р 1, С – кистевой сустав Р 3 .
Звено – 4 (палец) при структурном анализе объединяется со звеном 3. Поэтому цепь состоит из стойки и трех подвижных звеньев и имеет степень подвижности W = 7, так как число степеней свободы незамкнутой кинематической цепи равно сумме подвижностей кинематических пар или
W = 6n – 5Р 1 – 4Р 2 – 3Р 3 – 2Р 4 – Р 5 = 6 . 3 – 5 . 1 – 3 . 2 = 7.
В дальнейшем появились манипуляторы с большим числом звеньев и кинематических пар, и внешнее сходство с рукой человека стало утрачиваться, но во всех вариантах сохранилось назначение манипулятора – воспроизводить движения подобные движениям рук человека (степень подвижности руки человека, без учета движения пальцев, W = 12). Число степеней подвижности манипуляторов обычно не превышает 7.
В зависимости от вида системы управления различают манипуляторы с ручным управлением и манипуляторы с автоматическим управлением.
В манипуляторах с ручным управлением оператор, ориентируя рукоятку задающего устройства, создает нулевую ориентацию звеньев исполнительного механизма. Недостаток – отсутствие обратной связи по усилию, т.е. оператор не ощущает действие нагрузки.
В манипуляторах с автоматическим управлением звенья исполнительного механизма получают движение от сервоприводов (т.е.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вспомогательных приводов, которые приводят в движение отдельные звенья по заданной программе). Программа может многократно использоваться для управления манипулятором.
Манипуляторы с автоматическим управлением называются промышленными роботами. Они используются не только для работы во вредных условиях, но и для механизации однообразных и утомительных работ на быстродействующих конвейерах. Отличаются от других машинавтоматов возможностью быстрой переналадки на выполнение другой программы.
Промышленные роботы по степени совершенства принято делить на роботов 1-го, 2-го и 3-го поколений.
Роботы 1-го поколения имеют «жесткую» программу и требуют точного позиционирования деталей, с которыми работают. Большинство применяемых в настоящее время в промышленности роботов относятся к 1- му поколению. Робот 1-го поколения состоит из манипулятора и программных блоков. Первоначальная программа действий записывается в память робота. Это называется этапом обучения. Различают три метода обучения:
а) с помощью настройки механических устройств типа кулачков, конечных переключателей — «обучение по точкам»;
б) с помощью пульта управления, аналогично как у станков с ЧПУ – «обучение с пульта»;
в) непосредственно рукой оператора – «обучение показом».
Роботы 2-го поколения представляют собой устройства, приспособленные к изменяющейся внешней обстановке и не требующие точного позиционирования деталей. Их по этому называют адаптивными. Элементами адаптации являются различные датчики фотометрические, магнитные, измерители температуры, цвета, химического состава и т.п.
Роботы 3-го поколения способны выбирать способ движения в зависимости от окружающей обстановки. Их называют «интегральными» или «интеллектуальными». Человек выступает не как оператор, а как диспетчер (выдает задание, принимает доклады об исполнении).
Термин «поколение» надо понимать лишь как степень развития технических возможностей.
2 Структура и геометрия манипуляторов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Движения, совершаемые человеком и воспроизводимые роботом, можно разделить на три класса: глобальные, региональные, локальные.
Глобальные движения – это перемещения на расстояния, превышающие размеры робота, например перемещение робота по монорельсу для обслуживания группы станков.
Движения, совершаемые рукой робота в пределах его рабочей зоны, называются региональными, или переносными, так как они обеспечивают перенос объекта в требуемую точку.
Локальные движения – это перемещения, соответствующие движениям кисти руки. Основное назначение – ориентирование объекта манипулирования, поэтому их также называют ориентирующими.
Пространственный манипулятор в общем случае должен иметь шесть степеней подвижности, три для отработки региональных (переносны) движений и три – для локальных (ориентирующих).
Для промышленных роботов обычно оказывается достаточным для выполнения рабочих операций 4 –5 степеней (3 переносных и 1 – 2 ориентирующих). Простейшие, не перепрограммируемые роботы называемые автооператорами, могут иметь 1 –2 степени подвижности.
Кинематическая цепь региональных движений обычно содержит три звена и три кинематические пары V класса (вращательных и поступательных) и носит название руки. Возможны следующие расположения кинематических пар (рисунок 2.1) ВВВ , ВВП , ВПВ , ПВВ , ППВ , ПВП , ВПП , ППП . Оси соседних кинематических пар могут иметь самое различное относительное расположение, поэтому схемы манипуляторов весьма разнообразны.
Какой принцип построения конструкций манипуляторов получил развитие
Что такое манипулятор?
Исполнительный механизм робота — это его механическая рука или, как ее еще называют, манипулятор.
Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.
Как устроен манипулятор?
Манипулятор состоит из шарнирно соединенных звеньев, как рука человека из костей, связанных суставами. Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:
Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень свободы (подвижности) робота, а также область действия манипуляционной системы робота.
Последнее (рабочее) звено манипулятора может быть захватывающим или специализированным. Захватывающее звено, называемое схватом, является аналогом кисти человеческой руки. Схват служит для удержания и переноса предметов. Специализированное звено – звено с закрепленным инструментом, например для сверления, резки, сварки.
Иногда последним звеном манипулятора служит не схват, а в зависимости от предназначения робота соответствующий рабочий инструмент: дрель, гаечный ключ, краскораспылитель, сварочная горелка, медицинский инструмент и др. Робот с таким манипулятором может быть «сварщиком, маляром, хирургом и т. д.
Как работают манипуляторы?
Перемещение звеньев манипулятора обеспечивают так называемые приводы — аналоги мускулов в руке человека. Приводы являются источниками механической энергии, нужной для движения звеньев.
- Если источником механической энергии служит электродвигатель, то привод называют электрическим.
- Если таким источником является гидропривод, то его называют гидравлическим.
- Если таким источником является пневмоцилиндр, то привод называют пневматическим.
Свойства Приводов
Электропривод обладает рядом достоинств: не загрязняет окружающую среду отработанным газом или маслом, относительно малошумен; к тому же современные полупроводниковые схемы управления дешевы и надежны в работе. Все эти качества делают электропривод наиболее перспективным как в настоящем, так и в будущем.
В гидравлическом приводе используется гидроцилиндр. На рисунке показана схема такого привода, сообщающего «руке» робота возвратно-поступательное движение. Принцип его действия следующий. В цилиндр 1, в котором находится поршень 2, соединенный с помощью штока с манипулятором 3, поступает под давлением жидкость (отсюда название — гидроцилиндр); она-то и заставляет передвигаться поршень, а вместе с ним «руку» робота.
Гидравлический привод имеет свои преимущества. Прежде всего, это сравнительно небольшая масса привода и высокое быстродействие. Важное свойство гидропривода — возможность получения с его помощью малой скорости при сохранении плавности перемещения. Благодаря этим качествам гидропривод получил широкое распространение в мощных промышленных роботах.
Пневматический привод аналогичен гидравлическому; в нем роль двигателя выполняет пневмоцилиндр, т. е. цилиндр, в котором поршень перемещается под действием сжатого воздуха. Особенностью пневмопривода является то, что используемое в нем рабочее вещество — воздух — легко сжимается, вследствие этого пневмопривод используется лишь для роботов, производящих операции с мелкими и легкими деталями, например, в технологических процессах приборостроения, часовой промышленности и пр. Другая причина, сдерживающая применение роботов с пневмоприводом — шум, которым сопровождается выброс из пневмоцилиндра отработавшего воздуха.
Итак, привод, являясь «мускулом» манипулятора, приводящим его в движение, во многом определяет, каков снабженный этим приводом робот: насколько он силен (какова его грузоподъемность), ловок (как точно он может выполнить заданное действие), быстр (сколько ему надо на это времени) и др.
Управление манипуляторами подразделяется на:
- Программное управление— самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Программное управление производится с помощьюПКилипрограммируемого логического контроллера.
Адаптивное управление — управление, основанное на показаниях датчиков. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.
- Управление человеком (например, дистанционное управление).
Рассмотрите картинки следующих механизмов и обсудите принцип их действия:
З адание по конструированию 1
На основе принципа действия рассмотренных механизмов, используя балки и штифты, создать механический многозвеньевой манипулятор, способный изменять длину и захватывать детали.
Требования к конструкции следующие:
- Манипулятор-хватательный механизм должен иметь минимальную длину в сложенном состоянии и максимальную в разложенном;
- У манипулятора должно быть две ручки, как у щипцов, многоколенчатое соединение, ведущее к схвату — хватательной части манипулятора;
- Изобретатель должен суметь взять с помощью схвата некоторый предмет и перенести его с места на место.
При оценке манипулятора будут производиться следующие измерения:
- Измерение габаритов (длина, ширина) в сложенном состоянии.
- Измерение габаритов (длина, ширина) в разложенном состоянии
- Захват мелкой, средней и крупной детали.
По итогам измерений будет выбран лучший манипулятор.
Задание по конструированию 2
Посмотрите видео про робота-художника.
Видео YouTube
Измените конструкцию своей механической «хваталки» так, чтобы она могла захватить карандаш или ручку и с помощью рычагов управления провести прямую линию и нарисовать ровный круг. Рука робота при этом должна быть закреплена на некоторой основе, но должна быть возможность поворота этой руки.
Промышленный робот
Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и системы управления (позволяющей перепрограммировать в широких пределах движения исполнительных органов манипулятора, их количество и траекторию; а также задать другие количественные и качественные параметры конфигурации робота и оснастки), которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.
Промышленные роботы могут выполнять основные технологические операции (сварка, окраска, сборка и др.) и вспомогательные технологические операции (загрузка-выгрузка технологического оборудования, транспортные и др.). При использовании сменной технологической оснастки выполняемые операции могут совмещаться одним роботом.
Промышленные роботы являются одним из компонентов автоматизированных производственных систем (РТК, РТЛ, РТС, РТЯ, ГАП и т.п.), которые пр неизменном уровне качества позволяют увеличить производительность труда в целом.
Экономически выгодно использование промышленных роботов совместно с другими средствами автоматизации производства (автоматические линии, участки и комплексы).
Содержание
История
Появление механических манипуляторов, а затем систем программирования в т.ч. числового программного управления (ЧПУ) привело к созданию промышленных роботов т.е. программируемых манипуляторов для разнообразных операций.
Первые промышленные роботы начали создавать в середине 50-х годов 20 века в США. В 1954 году американский инженер Дж. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт, т.е. получил патент на робот промышленного назначения. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation» (универсальная автоматика).
В 1959 году фирма «Консолидейтед Корпорейшн» (США) опубликовала описание манипулятора с числовым программным управлением (ЧПУ), а в 1960-1961 гг. в американской печати появились первые сообщения о манипуляторах «Transferrobot» и «Eleximan» с ПУ для автоматизации сборочных и других работ. В 1962 году в США были созданы первые в мире промышленные роботы «Юнимейт» ф.»Юнимейшн Инкорпорейд» и «Версатран» ф. «АМФ Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.
Промышленный робот «Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана (нем.) русск. с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.
Промышленный робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.
Функциональная схема промышленного робота
В составе робота есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему с захватным устройством или технологическим инструментом и систему перемещения.
Манипуляторы
Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.
Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:
- звенья, обеспечивающие поступательные движения;
- звенья, обеспечивающие вращательные перемещения.
Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.
Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.
Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.
Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочные клещи, отвёртка и т. д.
Система передвижения
Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д.
Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.
Управление
Управление бывает нескольких типов:
- Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования таких роботов могут применяться среды программирования типа VxWorks/Eclipse или языки программирования например Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. В качестве аппаратного обеспечения обычно используются промышленные компьютеры в мобильном исполнении PC/104 реже MicroPC. Может происходить с помощью ПК или программируемого логического контроллера.
- Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.
- Основанное на методах искусственного интеллекта.
- Управление человеком (например, дистанционное управление).
Принципы управления
Современные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.
Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.
Подчинённое управление
Подчинённое управление cлужит для построения системы управления приводом. Если необходимо построить систему управления приводом по положению (например, по углу поворота звена манипулятора), то cистема управления замыкается обратной связью по положению, а внутри системы управления по положению функционирует система управления по скорости со своей обратной связью по скорости, внутри которой существует контур управления по току со своей обратной связью.
Современный робот оснащён не только обратными связями по положению, скорости и ускорениям звеньев. При захвате деталей робот должен знать, удачно ли он захватил деталь. Если деталь хрупкая или её поверхность имеет высокую степень чистоты, строятся сложные системы с обратной связью по усилию, позволяющие роботу схватывать деталь, не повреждая её поверхность и не разрушая её.
Управление роботом осуществляться системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.
Рядом стоящие шкафы современных систем управления двух промышленных роботов FANUC R-2000iB