Станки с программным управлением и промышленные роботы

Раздел: Технология

Промышленные роботы являются представителями машин- манипуляторов, которые предназначены для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека. Манипуляторы с ручным управлением (биотехнические) управляются оператором дистанционно или непосредственно путем перемещения рабочего органа.

К автоматическим манипуляторам относятся автооператоры, промышленные роботы и интерактивные роботы.

Автооператор — это неперепрограммируемый автоматический манипулятор.

Промышленный робот (ПР) — автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки. Перепрограммируемость — это свойство робота заменять управляющую программу автоматически или оператором.

Существуют роботы, которые попеременно управляются то оператором, то автоматически. В них имеется устройство памяти для автоматического выполнения отдельных действий.

Применение ПР в значительной степени решает вопрос развития комплексной автоматизации производства с возможностью его быстрой переналадки на выпуск нового вида продукции. ПР освобождает рабочего от неквалифицированного монотонного и вредного для здоровья труда, улучшает условия безопасности рабочих и высвобождает их для выполнения новых народнохозяйственных задач.

Применение ПР позволяет повысить производительность труда в 2—3 раза, увеличить сменность работы оборудования и улучшить ритмичность. Сегодня ПР в машиностроении выполняют погрузочно- разгрузочные, транспортно-складские работы, обслуживают станки, прессы, литейные машины и т. д., а также они могут выполнять сварочные, сборочные, контрольно-измерительные, окрасочные и другие основные операции.

ПР широко применяют в горнодобывающей, металлургической, нефтяной и других отраслях промышленности. Их используют в медицине, в сфере обслуживания, при исследовании океанов и т. д. Во всех случаях ПР позволяют автоматизировать на их основе производство со всеми вытекающими отсюда технологическими, организационными, психологическими и социально-экономическими аспектами.

Структурная схема промышленного робота представлена на  165. Исполнительное устройство ПР выполняет все его двигательные функции. В исполнительное устройство входит манипулятор и в общем случае устройство передвижения ПР. Манипулятор состоит из несущих конструкций, приводов, исполнительных и передаточных механизмов. Каждая степень подвижности манипулятора имеет свой двигатель (пневматический, электрический, гидравлический). В ПР часто используют волновые и планетарные редукторы, что позволяет уменьшить объем и массу сборочной единицы при высоком коэффициенте передачи. В ПР малой грузоподъемности используют традиционные зубчатые редукторы, а в тяжелых ПР — зубчатые редукторы в сочетании с винтовой парой.

Исполнительный механизм ПР (механическая рука) осуществляет ориентирующие и транспортирующие движения. Чаще всего он имеет шарнирное исполнение. Рабочим органом ПР является захватное устройство (сварочные клещи, окрасочный пистолет, сварочный инструмент и т. д.). Захватное устройство захватывает и удерживает объекты, перемещаемые манипулятором. Современные ПР комплектуют набором типовых захватных устройств.

Устройство управления ПР служит для формирования и выдачи управляющих воздействий исполнительному устройству в соответствии с управляющей программой. В устройство управления, как правило, входят: пульт управления; запоминающее устройство, в котором хранятся программы и другая информация; вычислительное устройство и блок управления приводами манипулятора и устройства передвижения. Устройство управления используют обычно и для технологического оборудования, работающего совместно с данным ПР, или совместно работающих с ним других роботов.

Информационная система обеспечивает сбор и передачу в устройство управления данных о состоянии окружающей среды и функционировании механизмов ПР. В эту систему входит комплект датчиков обратной связи различного назначения, устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов.

Рабочие движения ПР направлены на удержание объекта и перемещение его в заданных направлениях. Установочные движения необходимы для удобства выполнения операций и увеличения зоны обслуживания.

Системы координат ПР определяют его компоновочную схему и соответственно кинематику и форму рабочей зоны. Роботы могут работать в прямоугольной декартовой, цилиндрической, сферической, угловой и комбинированной системе координат (* 3).

В прямоугольной (декартовой) системе координат звенья механической системы имеют прямолинейные перемещения по трем (или двум — при плоской системе) взаимно перпендикулярным осям X, F, Z. Рабочая зона ПР имеет форму прямоугольника или параллелепипеда (размеры Я, L, Lx определяют параметры рабочей зоны).

В плоской полярной системе координат объект перемещается в одной координатной плоскости и его положение определяется величиной радиуса-вектора г и углом поворота радиуса-вектора ф.

Цилиндрическая система координат характеризуется перемещением рабочего органа ПР в основной координатной плоскости в направлениях г и ф, а также по координате Z. Рабочая зона в этом случае имеет форму цилиндра, размеры Я, L и угол ф определяют ее параметры.

Сферическая система координат характеризуется перемещением рабочего органа в точку пространства за счет перемещений по радиусу-вектору г и угловым перемещениям <р и 0 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Рабочая зона ПР имеет в этом случае форму шара.

Угловая плоская или пространственная (цилиндрическая и сферическая) система координат характерна для движения многозвенных шарнирных рук ПР. Объект манипулирования перемещается в направлении радиуса-вектора г за счет относительных угловых поворотов звеньев руки, имеющих постоянную длину. Увеличивается число моделей так называемых «антропоморфных» ПР, имитирующих движение руки человека и работающих в угловой системе координат. Такие ПР имеют только вращательные пары, что увеличивает зону обслуживания, маневренность и функциональные возможности.