Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Промышленные роботы (ПР) находят все более широкое применение, заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиями труда. Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР -- всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации -- созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека. Сегодня робототехнические системы применяют практически во всех отраслях народного хозяйства, однако наибольшее распространение они получили в промышленности, прежде всего -- в машиностроении. Одно из основных преимуществ ПР-- возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Поэтому применение ПР наиболее эффективно а условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, чем и объясняется постоянно растущий интерес к ним. Одной из основных причин разработок и внедрения роботов является, конечно, экономия средств. По сравнению с традиционными средствами автоматизации ПР обеспечивают большую гибкость технических и организационных решений, снижение сроков комплектации и пуска в производство автоматизированных систем. Основные предпосылки расширения применения ПР следующие: повышение качества продукции и объемов ее выпуска благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима «без усталости», росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования; изменение условий труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижения потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний; экономия и высвобождение рабочей силы для решения задач. Современное развитие техники позволяет перейти к решению этих технико-экономических и социальных задач за счет создания ПР и выпуска роботизированных комплексов (модулей) «оборудование--робот--приспособление».



1. Область применения промышленных роботов

робот захватный манипулятор сварочный

Промышленные роботы применяются в промышленном производстве и научных исследованиях. В большинстве случаев под промышленным роботом подразумеваются автоматические программно-управляемые манипуляторы, выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Основными задачами промышленных роботов являются: перемещение массивных или крупногабаритных грузов, точная сварка, покраска, а также сортировка продукции. По применению промышленные роботы делят на

: - сварочные роботы - эту лучший выбор для автоматизации сварочных процессов на вашем производстве. Технология роботизированной сварки, одна из самых отработанных в мировой практике;

- Роботы для плазменной резки - часто находят свое применение, особенно если речь идет о работе с объемными конструкциями. .

- Роботы для дуговой сварки. Это одна из самых востребованных технологий в мире. Качество и производительность РТК дуговой сварки, на порядок выше человеческого труда.

- Роботы для контактной сварки, представляют собой хороший пример экономически эффективного использования роботов, к тому же освобождающая человека от однообразной и тяжелой работы. Применение промышленных роботов для точечной сварки, было и есть одним из самых распространенных приложений робототехники.

- Промышленные роботы для паллетирования. Повсеместное применение поддонов, необходимость в сокращении времени, вредная для здоровья среда, все это вызывает потребность в автоматизации паллетирования продукции. Скорость и точность работы роботов, несравнимы с человеческим трудом.

Роботизированная покраска - это технология, без которой сегодня невозможно представить любое серийное производство, требующее нанесение покрытий. Наряду с дуговой сваркой, технология покраски стояла у истоков в создании роботизированных технологий.

Применить современные промышленных роботов - такую задачу ставят перед собой многие предприятия. Действительно промышленные роботы улучшают качество продукции, ее производительность, заменяют человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Промышленные роботы широко применяются для решения различных технологических задач. На сегодняшний день основными областями применения промышленных роботов являются сварочные и сборочные операции, резка, область упаковки и паллетирования, пищевая промышленность, биотехнологии, и др.



2. Классификация промышленных роботов

По способу управления различают:

- роботы с программным управлением, работающие по заранее заданной жесткой программе (роботы первого поколения);

- роботы с адаптивным управлением, которые имеют средства очувствления и поэтому могут работать в заранее не регламентированных и меняющихся условиях, например, брать произвольно расположенные предметы, обходить препятствия и т. д. (роботы второго поколения);

- роботы с интеллектуальным управлением (с искусственным интеллектом), которые наряду с очувствлением имеют систему обработки внешней информации, обеспечивающую им возможность интеллектуального поведения, подобного поведению человека в аналогичных ситуациях (роботы третьего поколения).

Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным (контурным) и дискретным (позиционным). В последнем случае управление движением осуществляют, задавая конечную последовательность точек и последующее перемещение по ним шагами от точки к точке. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое, при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально и чаще всего ограничено двумя -- начальной и конечной координатами.

По назначению ПР могут быть разделены на несколько групп, из которых самый большой класс по распространению составляют ПР, предназначенные для автоматизации процессов машиностроения. Кроме того различают роботы для горнодобывающей и нефтяной промышленности (обслуживание бурильных установок, монтажные и ремонтные работы), металлургии, в строительстве (монтажные, отделочные, транспортные работы), в легкой, пищевой, рыбной промышленности. В последние годы роботы были внедрены на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин), в сельское хозяйство,здравоохранение и в военной отрасли.

В машиностроении ПР различают на по следующим группам:

- для обслуживания процессов литейного производства (литейные);

- для обслуживания процессов сборочного производства (сборочные);

- для обслуживания процессов механической обработки;

- для автоматизации штамповочного производства (прессовые);

- для обслуживания процессов сварочных робот (сварочные).

Наибольшее распространение в промышленности ПР получили прежде всего в машиностроении.

По степени специализации все ПР вне зависимости от их назначения делятся на три типа: универсальные, специализированные и специальные.

- универсальные (многоцелевые) роботы предназначены для выполнения разных операций и в том числе для работы совместно с разными видами ТО;

- специализированные (целевые) роботы имеют более узкое назначение и осуществляют одну определенную операцию (например, сварку, окраску, обслуживание оборудования определенного вида);

- специальные роботы выполняют только одну конкретную операцию (например, обслуживают конкретную модель технологического оборудования);

По характеру выполняемых операций все ПР оделяться на 3 группы:

- производственные (технологические), которые выполняют основные операции ТП и непосредственно в нем учувствуют в качестве производящих или обрабатывающих машин (сварочные, сборочные и т.д.);

- подъемно-транспортные (вспомогательные), которые применяются для обслуживания основного ТО для выполнения вспомогательных операций, а также на транспортно-складских операциях;

- универсальные - выполняют разнородные основные и вспомогательные ТО.

По типу привода. Приводы, используемые в роботах, делятся на:

- электрический;

- гидравлический;

- пневматический;

- и пневмогидравлический.



Часто их применяют в комбинации, например, в звеньях манипулятора большой грузоподъемности используют гидравлический привод, а в его захватном устройстве -- более простой и маломощный пневматический.

По грузоподъемности ПР делятся на:

- сверхлегкие - до 1 кг;

- легкие - до 10 кг;

- средние - до 100 кг;

- тяжелые -до 1000 кг;

- и сверхтяжелые - свыше 1000 кг.

Грузоподъемность робота обусловливается грузоподъемностью его манипуляторов, а при наличии нескольких манипуляторах -- грузоподъемностью наиболее мощного из них.

2.1 По количеству манипуляторов ПР бывают

- одноманипуляторные (однорукие);

- двурукие;

- трехрукие;

- четырехрукие.

Обычно количество М у роботов ограничено одним. Обычно манипуляторы многорукого робота выполняют одинаковыми, но существуют конструкции роботов с разными М. Например, ПР для обслуживания прессов холодной штамповки с двумя разными М: один основной -- для взятия заготовки и установки ее на пресс и другой упрощенной конструкции -- для выполнения более простой операции сталкивания готовой детали в бункер.



3. Применение

Различные аспекты применения промышленных роботов рассматриваются, как правило, в рамках типовых проектов промышленного производства: исходя из имеющихся требований, выбирается оптимальный вариант, в котором конкретизирован необходимый для данной задачи тип роботов, их количество, а также решаются вопросы инфраструктуры питания (силовые подводки, подача охлаждающей жидкости -- в случае использования жидкостного охлаждение элементов оснастки) и интеграции в производственный процесс (обеспечение передачи следующей технологической операции).

Промышленные роботы в производственном процессе способны выполнять основные и вспомогательные технологические операции.

К основным технологическим операциям относятся операции непосредственного выполнения формообразования, изменения линейных размеров заготовки и др.

К вспомогательным технологическим операциям относятся транспортные операции, в том числе операции по загрузке и выгрузке технологического оборудования.

Среди самых распространённых действий, выполняемых промышленными роботами, можно назвать следующие:

· перенос материалов (перенос деталей и заготовок от станка к станку или с конвейера на конвейер, штабелирование, работа с поддонами, укладка деталей в тару и т. п.);

· обслуживание станков и машин (загрузка и разгрузка станков, удерживание обрабатываемой детали);

· дуговая и точечная сварка;

· литьё под давлением (особенно литьё под давлением);

· ковка и штамповка;

· нанесение покрытий распылением;

· другие операции обработки (сверление, фрезерование, клёпка, резка водяной струёй, обдирка, очистка, шлифовка, полировка);

· сборка механических, электрических и электронных деталей;

· контроль качества продукции и др.

· По применению промышленные роботы делят на:

- Сварочные роботы - эту лучший выбор для автоматизации сварочных процессов на вашем производстве. Технология роботизированной сварки, одна из самых отработанных в мировой практике.

- Роботы для плазменной резки - часто находят свое применение, особенно если речь идет о работе с объемными конструкциями.

- Роботы для дуговой сварки. Это одна из самых востребованных технологий в мире. Качество и производительность РТК дуговой сварки, на порядок выше человеческого труда.

- Роботы для контактной сварки, представляют собой хороший пример экономически эффективного использования роботов, к тому же освобождающая человека от однообразной и тяжелой работы. Применение промышленных роботов для точечной сварки, было и есть одним из самых распространенных приложений робототехники.

- Промышленные роботы для паллетирования. Повсеместное применение поддонов, необходимость в сокращении времени, вредная для здоровья среда, все это вызывает потребность в автоматизации паллетирования продукции. Скорость и точность работы роботов, несравнимы с человеческим трудом.

Роботизированная покраска - это технология, без которой сегодня невозможно представить любое серийное производство, требующее нанесение покрытий. Наряду с дуговой сваркой, технология покраски стояла у истоков в создании роботизированных технологий.

Применить современные промышленных роботов - такую задачу ставят перед собой многие предприятия. Действительно промышленные роботы улучшают качество продукции, ее производительность, заменяют человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Промышленные роботы широко применяются для решения различных технологических задач. На сегодняшний день основными областями применения промышленных роботов являются сварочные и сборочные операции, резка, область упаковки и паллетирования, пищевая промышленность, биотехнологии, и др.



4. Назначение

Для замены человека в выполнении вспомогательных и основных технологических операций используются промышленные роботы в процессе этого производства. При использовании роботов решают важную задачу. А именно - человек освобождается от работ, что связаны с опасностями для здоровья или с тяжёлыми физическими работами. И также человека можно освободить от монотонных элементарных операций, которые не требуют высокую квалифицированную подготовку.

Манипуляторы, которыми управляет оператор, требуются для выполнения разнообразных работ с радиоактивным материалом. Также эти устройства просто незаменимы для выполнения работ в космосе, в химически активных областях, под водой.

То есть, промышленные роботы и манипуляторы - это важные составные части современного промышленного производства.

Манипулятор робота обеспечивает движение выходного звена и объекта манипулирования в пространстве, что в нём закреплён. Чтобы это требование выполнялось полностью основной механизм манипулятора имеет не меньше шести подвижностей и движение каждой из них обязательно должно быть управляемым. Промышленный робот с таким количеством подвижностей является сложной автоматической системой. Такая система сложная и в изготовлении, и в использовании. Именно поэтому чаще всего используются механизмы с меньшим числом подвижностей. Самые простые манипуляторы имею две (редко) или три подвижности. Эти манипуляторы более дешёвые в изготовлении и использовании, хотя они и предъявляют характерные требования к организации рабочей области. Таки требования возникают из-за заданной ориентации объектов манипулирования относительно механизма промышленного робота. По этой причине оборудование располагают относительно робота с необходимой ориентацией. Механизм такого манипулятора соответствует цилиндрической системе координат. Манипулятор оснащён приводами, состоящими из двигателей с редуктором и системой датчиков обратной связи. В системе находятся также устройства, которые сохраняют и задают программу движения. Они называются носителями программы. Такие устройства могут быть дискетами, дисками, магнитными лентами и другими.

Преобразование заданной программы передвижения в управляющие двигателями сигналы осуществляет система управления. Такая система включает электронно-вычислительную машину с определённым программным обеспечением, усилители и цифроаналоговые преобразователи. Управляющая система, соответствуя заданной программе, формирует и выводит на исполняющие устройства приводов.

Промышленных роботов классифицируют по определённым признакам. По характеру выполнения технологических операций они бывают основными, вспомогательными и универсальными. По виду производства сварочными, сборочными, окрасочными и другими. Они разделяются по числу подвижностей манипулятора, по системе координат руки манипулятора и другим признакам.



5. Захватные устройства

Захватные устройства (ЗУ) предназначены для захвата и удержания объектов манипулирования. Современные промышленные роботы комплектуют типовым набором стандартных захватных устройств, для специальных промышленных роботов захватные устройства могут проектироваться индивидуально. Захватные устройства должны обеспечивать надежный захват и удержание деталей различных по массе, размерам и конструкции (в пределах предусмотренных параметрами робота); стабильность базирования; быстроту переналадки; они не должны повреждать деталь в месте захвата.

На конструкцию захватных устройств влияют система ЧПУ, вид обслуживаемого оборудования, тип робота, серийность производства. Например, робот, обслуживающий группу станков в серийном производстве, должен иметь широкодиапазонные захватные устройства или их автоматическую смену. Захватные устройства для обслуживания патронных токарных станков отличаются по конструкции от захватных устройств, обслуживающих центровые станки. На рисунке 1 показана схема работы захватного устройства 6 с зажимными губками 5 при установке заготовки 2 в патрон 1 токарного патронного станка с ЧПУ. Упор 3 с помощью пружины 4 поджимает деталь по торцу в момент смены баз. Одна из конструкций захватного устройства для установки валов в центрах токарного станка



1. Захватное устройство для установки заготовки в патрон токарного станка с ЧПУ

2. Захватное устройство с пневмоприводом

Механические захватные устройства промышленных роботов наиболее распространены. Их классифицируют по типу привода (пружинные, пневматические, гидравлические, электромеханические), по типу губок (жесткие, регулируемые, гибкие или пружинящие); по виду передаточного механизма (рычажные, реечные, клиновые). Механические захватные устройства с пневмоприводом просты, удобны, отсутствуют утечки, но при одних и тех же габаритных размерах с гидроприводом последний обеспечивает значительно большие силы захвата. Пневмопривод к тому же в отличие от гидропривода не позволяет точно регулировать силу зажима. Рычажное захватное устройство с пневмоприводом для деталей цилиндрической формы показано на рис. 2. На штоке 2 пневмоцилиндра 1 расположены рычаги 3, несущие зажимные губки 4, которые могут быть постоянными или сменными. Профиль губок обеспечивает центрирование захватываемых деталей в широком диапазоне.

Захватные устройства с электромеханическим приводом встречаются реже. Для заготовок небольшой массы и габаритных размеров могут использоваться захватные устройства одностороннего действия, в которых губки раскрываются или закрываются пружиной.

Чтобы не повредить деталь при зажиме, часто применяют гибкие, эластичные или силораспределяющие захватные устройства. Для взятия хрупких предметов используют губки в виде надувных подушек или надувных пальцев (рис. 2,а). Пальцы выполнены из резины цельными с постепенным переходом тонкостенной части 4 в гофрированную 3 и толстостенную часть 2 (рис. 2,б). При подаче воздуха через канал 1 тонкостенная часть пальца удлиняется больше, чем гофрированная и утолщенная, поэтому происходит деформирование пальцев по линии 5 и зажим детали.



В общем случае (рис.3.)захватные устройства включают в себя следующие основные элементы: соединительные фланцы; силовые приводы или устройства преобразования энергии в механическую силу; передаточные механизмы или механизмы преобразования различных видов движений, направлений перемещений и изменения передаточных отношений и соответственно скоростей перемещений; рабочие элементы захвата, то есть элементы непосредственного контактирования с объектом манипулирования.

Передаточные механизмы могут быть: рычажно-шарнирными, рычажно-кулисными, рычажно-зубчатыми, рычажно-винтовыми, рычажно-кулачковыми, клиновыми. Захватные устройства могут иметь два, три и более "пальцев", осуществляющих захват. Для магнитных захватов рабочими элементами являются элементы магнитной системы, к которым притягивается объект, для вакуумных - присоска, ограничивающая полость разряжения воздуха. Узел крепления захватного устройства к руке манипулятора называется механическим интерфейсом.

Рис.3. Общая структура захватных устройств

- номинальная сила захватывания, определяемая как сила, с которой рабочие элементы действуют по нормали к зажимаемой поверхности объекта манипулирования. Определяется, как правило, расчетным путем с учетом массы, ускорения, характера взаимодействия контактируемых поверхностей рабочих элементов с объектом манипулирования;

- масса захватного устройства, определяет инерционные силы, действующие на механизмы промышленного робота, а также максимальную полезную массу объекта манипулирования;

- время захватывания - время от подачи сигнала устройством управления на захватывание до момента завершения процесса, то есть когда усилие захватывания достигает установившегося значения;

- время отпускания - время от подачи команды устройством управления на отпускание до момента завершения процесса, то есть освобождения объекта и полного открытия схвата. Время захватывания и время отпускания обычно определяются экспериментально, их расчет дает, как правило, недостоверные результаты, но эти показатели важны для построения циклограммы и определения производительности робототехнологического комплекса;

- средняя наработка на отказ и среднее время восстановления отказа , характеризующие надежность работы захватного устройства. Средняя наработка на отказ при нормальных эксплуатационных условиях должна быть не менее 2000 ч.;

- габаритные размеры захватного устройства;

- количество используемых пальцев;

- характерные размеры объекта манипулирования, позволяющие оценить диапазон размеров деталей, на которые рассчитан схват;

- условия эксплуатации - температура, состояние окружающей среды;

- вид привода;

- энергетические показатели - напряжение, сила тока, давление рабочего тела;

- максимальная масса объекта манипулирования.

К захватным устройствам промышленных роботов предъявляются требования общего характера и специальные, связанные с конкретными условиями. К обязательным требованиям относятся следующие: надежность захватывания и удержания объекта манипулирования при условии соблюдения необходимых скоростных характеристик манипулятора; стабильность базирования изделия в схвате; прочность захватного устройства при малых габаритах и массе; необходимое соответствие с технологическим оборудованием по точности позиционирования; простота управления и малое время срабатывания; высокая надежность в эксплуатации, простота конструкции.

К специальным требованиям относятся: широкодиапазонность, то есть возможность захватывания и базирования деталей в широком диапазоне массы, формы и размеров; обеспечение возможности захватывания близко расположенных деталей; легкость и быстрота смены захватного устройства; возможность изменения усилия удержания объекта манипулирования. Кроме того, при проектировании захватных устройств необходимо учитывать общие требования безопасности, предъявляемые к промышленным роботам, робототехнологическим комплексам и участкам. В каждом конкретном случае выбор конструкции захватного устройства зависит от целого ряда факторов, основными из которых являются следующие:

1. Форма, характеристики и взаимное положение поверхностей объекта манипулирования. Для захвата не могут быть использованы участки поверхностей, по которым осуществляется фиксация объекта в технологическом оборудовании и на которые он устанавливается перед захватыванием. Целесообразно осуществлять захват объекта манипулирования за предварительно обработанные поверхности, что уменьшает погрешности его фиксирования в схвате. С целью обеспечения необходимого запаса надежности удерживания объекта целесообразно осуществлять захват таким образом, чтобы уменьшить силы инерции при переносе.

2. Технические характеристики основного и вспомогательного технологического оборудования, которые определяют требования к направлению движения схвата при захватывании и отпускании объекта манипулирования, направлению ввода объекта в зону установки, к обеспечению свободы перемещения объекта по отдельным координатам в захватном устройстве, реализации поисковых движений, применению специальных удлинителей в условиях работы в зоне высоких температур.

3. Условия сохранности объекта манипулирования, к которым относятся условия неповреждения поверхностей захвата, прочности, сохранения формы.

4. Положение и движение объекта манипулирования в момент захватывания определяют требования к точности позиционирования и ориентирования объекта перед захватыванием, а также к способу подачи объекта перед захватом.

5. Необходимость информационного обеспечения процессов захватывания и отпускания. Кроме того, отдельной задачей является проблема унификации схватов и их элементов.

Механические захватные устройства работают по принципу удержания объекта манипулирования с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов. Эти устройства характеризуются функциональной универсальностью и конструктивным разнообразием.

Количество конструктивных элементов, входящих в структуру захватного устройства, определяется местом расположения стыковочного узла. В специализированных и технологических роботах кисть и схват могут выполняться безразъемными. Чаще всего устройство представляет собой единый модуль, который крепится к кисти типовым стыковочным узлом.

Типы, присоединительные размеры" устанавливает присоединительные размеры фланцевых мест крепления и диаметры цилиндрических хвостовиков захватных устройств промышленных роботов(рис.3.1). Для легких и средних роботов фланцевый способ крепления является более предпочтительным. У легких и сверхлегких роботов распространены также крепления захватных устройств на манипуляторе посредством клеммового соединения, цанговых и тангенциальных зажимов, переходных втулок. Такие способы крепления предполагают наличие у захватных устройств цилиндрических хвостовиков.

Рекомендуются два исполнения мест крепления захватных устройств: сменные и быстросменные. В качестве конструктивного решения мест крепления сменных устройств рекомендовано фланцевое, причем на руке манипулятора выполняется фланец с центрирующим отверстием по оси и с резьбовыми отверстиями вокруг него. Такая конструкция позволяет размещать часть элементов захвата внутри руки манипулятора, осуществлять связь захватного устройства с приводом, находящимся в руке манипулятора. Предусмотрено два исполненияфланцев: круглой и квадратной формы (см. рис. 3.1).

Рис.3.2 Виды исполнений фланцев захватных устройств

Оба исполнения взаимозаменяемы и имеют одинаковые координаты резьбовых отверстий. Принятое расположение отверстий обеспечивает взаимозаменяемость фланцев разных исполнений одного диаметра и позволяет осуществлять переустановку схвата с поворотом вокруг продольной оси на 45 или 90°. Допускается использовать в местах крепления дополнительные конструктивные элементы, например, штифтовые отверстия, пазы и другие.

Неуправляемые и неприводные захватные устройства выполняются в виде пинцетов, разрезных упругих валиков и цанг (рис. 8.3.) или же клещей с одной или двумя подвижными губками, находящимися под действием пружин.



Рис. 3.3 Неуправляемые захватные устройства

Наибольшее распространение получили командные захватные устройства, которые разделяют по типу усилительно-передаточных устройств на: шарнирно-рычажные, реечно-шестеренные, реечно-рычажные, кулисно-рычажные, клино-рычажные, гаечно-винтовые, кулачковые, червячные. Выбор той или иной схемы при проектировании захватных устройств обусловлен в основном следующими факторами; необходимостью преобразования перемещения выходного звена двигателя в требуемую величину хода губок схвата (в зависимости от диапазона захватываемых размеров); требуемой траекторией перемещения губок при захватывании и отпускании объектов; требованиями к надежности удерживания объектов.

Магнитные захватные устройства обеспечивают большие усилия притяжения на единицу площади, позволяют работать с заготовками, имеющими отверстия, а также при невозможности применения вакуумных захватов. Они просты по конструкции, надежны в эксплуатации, позволяют регулировать удерживающую силу. К недостаткам относятся: возможность работы только с объектами из магнитных материалов, значительная масса и вероятность остаточного магнетизма у деталей, что бывает недопустимо.

По способу удержания заготовки магнитные захваты делятся на захваты с постоянными магнитами и принудительным снятием заготовок, с управляемой магнитной системой, электромагнитные. Захваты с управляемой магнитной системой работают по принципу широко распространенной магнитной оснастки: магнитных плит, измерительных стоек. В связи со сложностью управления захваты с постоянными и управляемыми магнитами не нашли широкого распространения в промышленности. Наиболее простыми по конструкции, технологии изготовления и системе управления являются электромагнитные захватные устройства.

К недостаткам таких устройств следует отнести жесткие требования к стабильности энергоснабжения, так как даже кратковременное обесточивание катушки электромагнита связано с выпаданием заготовки. Кроме того, для них характерно наличие остаточного магнетизма, нагрев электромагнитной катушки при длительном включении. Для устранения остаточного магнетизма, вызывающего «залипание» деталей при отключении электромагнита, необходимо в процессе его изготовления произвести отжиг сердечника с нагревом 600 - 700° С и последующим охлаждением вместе с электропечью, в которой производят нагрев.

Электромагнитные захватные устройства (ЭМЗУ) могут различаться по типу исполнения электромагнитной катушки, типу магнитопровода, типу источника питания, количеству обмоток электромагнита, типу системы управления. Наибольшее распространение в робототехнике получили захватные устройства двух типов: cо стержневым электромагнитом, с кольцевым электромагнитом.

Исходными данными для расчета ЭМЗУ являются: 1) параметры захватываемой заготовки - геометрические размеры, марка материала, масса; 2) паспортные данные промышленного робота -угловые и линейные скорости перемещения звеньев, типы приводных систем, траектории манипулирования; 3) циклограмма работы ЭМЗУ - время включенного и выключенного состояния; 4) напряжение питания катушки ЭМЗУ.



6. Управление

Программное управление -- самый простой тип системы управления, используется для управления роботами на промышленных объектах. В таких моделях отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются. Для программирования 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.

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.

Программирование основанное на методах искусственного интеллекта.

Управление человеком (например, ручное дистанционное управление).

Принципы управления промышленным роботом:

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 служит 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 к выполнению технологических операций.

В ходе программирования может задаваться информация как о конечных точках траектории движения рабочего органа, так и всей траектории движения. Существует и еще один способ программирования - с использованием элементов искусственного интеллекта, когда перед роботом ставится только цель, а метод ее достижения (траекторию движения) машина должна разработать самостоятельно. Программа может записываться на любые материальные носители, от перфоленты или перфокарты и механических упоров до оптических дисков. Роботы бывают жестко-программируемыми, адаптивными и гибко-программируемыми.

Так же выделяют перепрограммируемые машины и роботы, не подлежащие последующему перепрограммированию (автооператоры). Жесткое программирование предполагает строгое выполнение роботом последовательности заложенных в память команд. Считается, что окружающая среда детерминирована (изменения во времени предсказуемы), однородна и постоянна (неизменна, или изменения заранее известны и заданы). Такие условия сохраняются, например, в условиях массового, крупносерийного или серийного производства однородной продукции. Последовательность выполнения команд неизменна, или же изменяется по установленной функции. В ряде случаев функция зависит от показателей контролируемой внешней или внутренней среды робота, что предполагает наличие датчиков.

Программное обеспечение адаптивного робота представляет собой набор нескольких программ, одна из которых основная (аналогична программе жестко-программируемого робота), а остальные - вспомогательные, к которым бортовой компьютер обращается в случае изменения окружающей среды. При этом основная программа помимо содержания команд по непосредственному управлению исполнительным механизмом содержит порядок подключения вспомогательных программ или подпрограмм, когда аппарат сталкивается с трудностью.

Предполагается, что среда может изменяться во времени, но количество таких изменений ограничено и заранее предсказуемо. Каждое возможное изменение предварительно рассчитано, разработан алгоритм преодоления возникающей трудности. Для восприятия информации об изменениях окружающей среды используется набор датчиков, в том числе видео. Поэтому подобные механизмы часто называют системами «глаз - рука». Последовательность выполняемых команд может самостоятельно изменяться, если того требуют изменяющиеся условия окружающей среды.

Гибко-программируемые промышленные роботы наиболее совершенны, но и наиболее сложны. Их программное обеспечение представлено математической моделью окружающего мира, а так же систему анализа входящей информации (с датчиков давления, видеокамер, звуковых датчиков и пр.). Программа должна уметь самостоятельно (на начальных этапах с помощью оператора, в случае самообучающихся систем) принимать решения, человек лишь задает конечную цель. Гибко-программируемые машины получили наименование «искусственного интеллекта».

Условно, указанные типы роботов относятся к первому, второму и третьему поколению соответственно. В случае биотехнических систем (управляемых человеком манипуляторов) программное обеспечение представляет собой обработчик аналоговых или цифровых сигналов, поступающих с блока управления и преобразующих их в команды, понятные исполнительному механизму. Вне зависимости от типа робота (биотехнический или автоматический) диалог человека и программы неизбежен. Он может проходить на объектно-ориентированном языке, в виде текстовых сообщений и даже языковых команд (слабо подходит для флективных языков, к которым относится русский), не говоря уже о кнопочном и рычажном управлении.

Программа задается в виде цифрового кода (числовое программное управление, ЧПУ), аналоговых сигналов (АПУ), комбинированным способом или набором последовательно выполняемых рабочих операций (цикловое ПУ). Современные роботы почти всегда выпускаются с ЧПУ. В случае ЦПУ память, как правило, рассчитана на объем в 10-50 операций. ЦПУ разумно применять в условиях, когда робот выполняет ограниченное число движений с небольшим числом точек позиционирования, а сама технологическая операция занимает непродолжительное время (роботы первого типа). Если количество возможных перемещений, точек позиционирования значительно, а операция требует относительно много времени, то используют позиционное управление (второй тип).

Наконец, при выполнении движений по заданной траектории с заданной скоростью используют контурное программное управление (третий тип). Позиционное программное управление предполагает контроль позиций рабочего органа, без отслеживания траектории его движения. Контурное управление - отслеживание движения, без фактического контроля конечных позиций. Адаптивные механизмы бывают только с контурным и позиционным управлением. В большинстве случаев система программного управления физически отделена от механической системы промышленного робота (манипулятора). Это делается для возможности постепенной модернизации оборудования, а так же, чтобы управлять роботом или корректировать его поведение с выносного пульта, когда тот задействуется в неблагоприятных для человека условиях.

7. Применение при сварке

Применения сварочных роботов, которые показывают многообразие их технологических возможностей и тенденции развития, обеспечивающие эффективное использование современной промышленной робототехники в сварочном производстве. В некоторых исследованиях обосновывается необходимость внедрения промышленных роботов для улучшения условий производства, рентабельность которого не превышает 20%. К числу отрицательных производственных факторов относятся монотонная работа, вредная окружающая среда, тяжелая физическая работа, высокая температура, доля которых по степени воздействия на человека составляет соответственно 40, 20, 10 и 10%.

Сварочный робот освобождает сварщика от тяжелой, монотонной и грязной работы, однако ответственность человека возрастает. Задавая информацию о начале, окончании, изменении рабочих ходов или технологических переходов, оператор контролирует процесс сварки и обеспечивает правильное выполнений всех функций. Обязанности оператора не менее важны, чем обычного сварщика, однако труд оператора менее утомителен.

В работу оператора необходимо вложить новое содержание и придать ей определенную гибкость для того, чтобы он выполнял свою роль как обученный рабочий и мог совершенствовать свои навыки и далее. На суставы, мыщцы и другие части тела сварщика, непосредственно связанные с выполнением технологических операций, а также на его органы кровообращения и чувств действуют физические и другие нагрузки, поэтому абсолютно необходимы меры для снижения этих нагрузок.

Большие динамические нагрузки на мышцы при тяжелой физической работе, например при перемещении заготовок или ручном манипулировании клещами для точечной сварки, повышают частоту пульса и вызывают физическое утомление. Статическое нагружение мышц, возникающее при работе с малыми нагрузками на организм, часто обусловливается продолжительным пребыванием в одной позе или длительным удержанием инструмента в определенном положении, например при ведении электродвигателя или сварочной горелки.

Поэтому при назначении рабочего ритма сварщика или оператора сварочного робота следует учитывать, что периоды нагрузки должны чередоваться с периодами относительного покоя или отдыха. Оператор становится в известной степени руководителем специализированного сварочного поста, в обязанности которого входят:

выполнение несложных заданий по программированию;

управление и контроль всех процессов в пределах роботизированного сварочного поста;

контроль качества сваренных деталей;

устранение неполадок при незапланированных остановках;

техническое обслуживание и уход за роботом и периферийным оборудованием;

выполнение дополнительных сварочных работ, недоступных для робота;

очистка и замена изношенных деталей, например сварочных сопел и контактных наконечников сварочных горелок;

работа в контакте с механиками по обслуживанию и ремонту, а также с мастерами и технологами.

Все указанные проблемы внедрения комплексных роботизированных постов для дуговой сварки последовательно учтены изготовителями сварочных роботов. В состав современного роботизированного комплексного поста входят:

шарнирно-рычажный робот со шкафом и пультом управления, а также программирующим устройством;

периферийное оборудование для установки и перемещения заготовок;

сварочная оснастка, состоящая из источника сварочного тока, механизма подачи проволоки и неохлаждаемой или водоохлаждаемой горелки для сварки в защитном газе.

С помощью программирующего устройства горелку перемещают от точки к точке, а данные о координатах точек вводят в память системы управления нажатием на соответствующие кнопки программирующего устройства. Для каждого шага задают свою скорость позиционирования или сварки, для сварочных движений выбирают соответствующую комбинацию параметров режима. Периферийное оборудование для перемещения деталей во время процесса сварки для принятия сварочным швам удобного пространственного положения тоже программируется. Ошибочный ввод данных можно скорректировать или ввести дополнительные данные.



Заключение

Промышленные роботы способны выполнять как вспомогательные (транспортные операции), так и основные (формообразование, изменения размеров заготовки, окраска, сборка) технологические операции. В наше время сферы применения промышленных роботов настолько же многообразны, как и современное производство. Мировой опыт показал, что возможно роботизирование практически любого технологического процесса, главное условие, чтобы это было экономически выгодно. Уже около двух десятилетий предприятия проявляют повышенный интерес к роботизированным технологиям резки и сварки, но в последние годы наметилось значительное увеличение спроса на промышленные роботы для автоматизации производства: обслуживания станков и технологического оборудования, механической обработки, покраски и др.



Литература

1. Локтева С.Е. Станки с программным управлением и промышленные роботы 2010 г

2. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-е издание, перераб. М.: Машиностроение, 1988.

3. Спыну. Промышленные роботы- конструирование и применение 1991

4. Белянин П. Н. Промышленные роботы. -- М.: Машиностроение, 1975.

5. Квинт В. Л. Промышленные роботы: классификация, внедрение, эффективность. -- Знание, 1978.

6. Механика промышленных роботов. Е. И. Воробьёв, С. А. Попов, Г. И. Шевелёва. -- М, 1988.

Размещено на Allbest.ur

...