Содержание.
1. Робот, его назначение
2. Функциональная схема промышленных роботов.
3. Применение и классификация
4. Достоинства использования промышленных роботов
5. Список литературы
Робот, его назначение
Робот — механическая система с манипуляционными устройствами, системой управления, комплексом чувствительных элементов и средствами передвижения в пространстве. Предназначен для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах.
Робот — многоцелевая машина и отличается от обычного автомата гибкостью и универсальностью выполнения различных операций.
Термин «промышленный робот» обычно относится к манипуляторам с автоматическим или комбинированным управлением.
В роботах реализуется идея функционального моделирования производственных рабочих, занятых на различных технологических операциях производственного процесса.
Под промышленным роботом понимается перепрограммируемый манипулятор, способный автоматически выполнять комплекс действий, предусмотренных программой.
При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации. Гибкие автоматизированные производства, создаваемые на базе промышленных роботов, позволяют решать задачи автоматизации на предприятиях с широкой номенклатурой продукции при мелкосерийном и штучном производстве.
Функциональная схема промышленного робота.
В общем случае промышленный робот включает в себя следующие основные элементы: манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения.
Чувствительные элементы робота дают необходимые сигналы в систему управления о приближении руки к предметам, о прикосновении и т. д. Эти элементы позволяют роботу ориентироваться нужным образом для достижения определенных целей в среде, где он функционирует.
.
Манипуляционная система.
Манипуляционные устройства робота — исполнительные органы, имитирующие действие человеческих рук в натуральном масштабе, с любым увеличением или уменьшением, а также усилием по мощности.
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 угловые 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, сварочная головка, отвёртка и т. д.
Система передвижения.
Средства передвижения робота могут быть любыми в зависимости от его назначения: шагающие механизмы; устройства на колесах; устройства на гусеницах; комбинация всех трех способов
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.
Система управления.
Система управления (с ЭВМ или без нее) может иметь несколько уровней, аналогично различным ступеням нервной системы и мозга человека.
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).
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 может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.
1 - датчик обратной связи; 2 — захватное устройство; 3 — кисть; 4 —рука манипулятора; 5 — колонна; 6 — несущая конструкция (основание); 7 - привод руки; 8 - блок управляющего устройства с пультом.
Применение и классификация промышленных роботов.
Применение промышленных роботов характеризуется тем, что :
-не требуется длительных сроков внедрения;
-не требуется больших затрат при переводе промышленного робота от одной работы к другой;
-обеспечивается низкая стоимость отладки робота.
По методу управления роботы делятся на три группы: с ручным, автоматическим и комбинированным управлением.
По своим возможностям промышленные роботы относятся к следующим трем поколениям.
Первое поколение представляет собой манипулятор с программным устройством управления.
Второе поколение — роботы с очувствлением. Исполнительные руки робота снабжаются различными датчиками, выдающими информацию о состоянии рук и предметов, с которыми он должен манипулировать, а также об основных свойствах среды, где происходит процесс. Такими датчиками могут быть контактные датчики, сигнализирующие о прикосновении руки робота к предметам; локационные, определяющие скорость движения и расстояние до предметов; телевизионные и оптические, образующие искусственное зрение, а также датчики, различающие цвет, теплоту, звук и т.д.
Третье поколение — роботы с искусственным интеллектом.
Конструкции промышленных роботов классифицируют по следующим признакам:
назначение — универсальные и специальные;
характер движения руки — совершающие движение по цилиндрической и сферической поверхностям;
тип приводов движения — гидравлические, пневматические, электрические и смешанные;
тип передвижения робота — неподвижные (напольные и подвесные), напольные подвижные, подвесные подвижные;
размещение пульта управления — отдельный пульт и пульт на роботе;
конструкция пульта управления — программа задается на перфоленте, магнитной ленте или барабане, программа задается панелью со штекерным набором, управление от ЭВМ;
технические возможности;
по массе поднимаемых деталей (сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые, сверхтяжелые) и величина раскрытия захватов;
величина подъема и выдвижения захвата.
По производственно-технологическому признаку промышленные роботы могут быть подразделены на две группы:
производственные (не более 20 % общемирового парка);
подъемно-транспортные.
По характеру выполняемых технологических операций: основные, вспомогательные,
универсальные.
По виду производства: литейные, сварочные, кузнечнопрессовые, для механической обработки, сборочные, окрасочные, транспортно-складские.
К первой группе относятся промышленные роботы, непосредственно участвующие в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин: сварочные, покрасочные.
Подъемно-транспортные роботы предназначены для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с автоматическим циклом обработки детали. Робот работает в трех режимах: обучение, повторение, редактирование, может обслуживать один или два станка, образуя с ними систему станок- промышленный робот.
Наиболее эффективно применение промышленных роботов в условиях многономенклатурного производства, требующего частой смены выпускаемых изделий и соответствующих изменений технологического процесса и переналадки оборудования. В этих условиях в наибольшей степени используются универсальные свойства роботов.
Действия промышленного робота.
Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:
перемещение деталей и заготовок от станка к станку;
сварка швов и точечная сварка;
покраска;
выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.
Промышленный робот является устройством, производящим некие манипуляционные функции, схожие с функциями руки человека.
Достоинства использования промышленных роботов.
Достаточно быстрая окупаемость;
исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
возможность использования технологического оборудования в три смены, 365 дней в году;
рациональность использования производственных помещений;
исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью.
.
Используемая литература :
1. Силовой расчет, уравновешивание, проектирование механизмов и механика манипуляторов: Учебное пособие для студентов смешанной формы обучения / И.Н.Чернышева, А.К.Мусатов, Н.А.Глухов и др.; Под ред. А.К.Мусатова. – М.: Изд-во МГТУ,2003– 80с., ил.
2. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для вузов: В 3-х кн. / под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробьева. – М.: Высш.шк.,2007.
3. Р.Пол “Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота – манипулятора” - М.: Наука, 2000.