Промышленные роботы

Промышленные роботы, получившие самое широкое применение в производственной деятельности человека, являются одним из наиболее эффективных средств комплексной механизации и автоматизации технологических и транспортно-перегрузочных процессов. Использование их в различных производствах всегда предполагает получение существенного положительного эффекта, характеризуемого следующими показателями: 1) ростом производительности труда, 2) повышением качества продукции, 3) укорением перехода с выпуска одного вида продукции на другой, 4) снижением затрат на производство единицы продукции, 5) улучшением условий труда

Естественно, что полной гарантии достижения высокого положительного эффекта при роботизации какого-либо конкретного производства не существует. Так, в частных случаях при высвобождении рабочих из технологического процесса с целью улучшения условий труда и замены их роботами могут увеличиться затраты на производство единицы продукции, благодаря неоправданному выбору сложных и дорогих ПР, широкие функциональные возможности которых не соответствуют простоте данного технологического процесса Возможны и другие непрогнозируемые негативные явления в процессе внедрения промышленных роботов, существенно снижающие положительный эффект.

Издержки роботизации во многом обсуловлены недостаточно глубоким предварительным анализом роботизируемого технологического процесса, неудачным выбором типов ПР применительно к данному производству, недооценкой роли различных вспомогательных устройств и приспособлений, нерешенностью некоторых проблем эксплуатации роботизированного производства, в частности, дефицитом квалифицированных кадров по обслуживанию, наладке и программированию ПР, недоучетом специфических правил техники безопасности роботизированных производств и др.

Таким образом, внедрение промышленных роботов в производство, или роботизация производства, - сложный процесс, требующий тщательной подготовительной работы, касающейся не только технических, но кадровых и социальных проблем, детального проектирования и качественной реализации проекта роботизации. Целесообразность и успешность роботизации во многом зависят от вида производства и степени соответствия возможностей и качеств роботов характеру производства

Рассмотрим подробнее основные показатели современного производства - производительность, гибкость и уровень автоматизации.

Производительность - это количество продукции, изготавливаемое за единицу времени (час, смену, сутки, год). В зависимости от вида изделия и потребности в нем производительность может колебаться от единиц (для уникальных изделий) до десятков, сотен тысяч и миллионов (для массовых изделий - метизов, шарикоподшипников, стеклотары и т.п) выпускаемых изделий за определенное время. Рост производительности обусловлен прежде всего ускорением технологического процесса, т.е. сокращением времени, потребного на изготовление одного изделия.

Ярким примером роботизированной линии массового производства служит линия сборки-сварки кузовов легковых автомобилей, когда на одной линии практически по безлюдной технологии выпускаются одновременно изделия различных (5 - 8) модификаций.

Единичные производства характеризуются возможностью выпуска продукции многих видов на одном и том же оборудовании, что обусловлено, с одной стороны, универсальностью применяемого оборудования, с другой - практически неограниченной производственной гибкостью человека-рабочего, непосредственно занятого, в технологическом процессе. Любой современный ПР не может пока сравниться по производственной гибкости с рабочим. Поэтому замена человека во многих единичных технологических процессах, например, в сложных сборочных операциях, далеко не всегда возможна и экономически оправдана, поскольку требуемые при этом роботы должны обладать искусственным интеллектом, огромным объемом памяти и весьма большой стоимостью. Однако исключать полностью перспективу применения ПР в единичном производстве не следует. Преимущества ПР перед рабочим несомненны и заключаются в высокой скорости и точности выполнения операций, обеспечении стабильного качества выполняемого технологического процесса, возможности функционировать в дискомфортных и неприемлемых для человека условиях. 424

Эти качества ПР в ряде случаев могут оказаться решающими при выборе их для какого-либо единичного производства или процесса..

Серийные производства, занимающие промежуточное положение между массовым и единичным, для приближения их к ГАП требуют повышения всех показателей, но прежде всего, пожалуй, уровня автоматизации. Таким образом, роботизация серийных производств позволяет реализовать все положительные качества ПР. Особенно эффективно их использование в мелко- и среднесерийном производствах, обычно имеющих относительно невысокий уровень автоматизации.

Заключая рассмотрение роли промышленных роботов в различного вида производствах, можно сказать, что основная цель роботизации - приближение этих производств к наиболее современному их виду - гибким автоматизированным производствам.

Потребность роботизации промышленного производства, разумеется, не исчерпывается рассмотренными тенденциями. Существенное значение имеет сам характер технологического процесса - его сложность, стабильность, специфичность и т.п. Так, сравнительная простота многих технологических операций, устойчивость условий их выполнения, специфика труда (монотонность, вредность, опасность) обусловили широкое (до 80 - 90 % всего парка ПР) применение роботов в машиностроении, причем большинство этих роботов относятся к роботам первого поколения.

Роботизация таких отраслей, как строительство, горная промышленность, сельское хозяйство и др., осложняется необходимостью применения для ряда сложных процессов (например, монтажа работ на строящемся объекте, селективной подземной добычи полезных ископаемых, сборки плодов с одновременной оценкой их качества и сортировкой) роботов второго и третьего поколений. Однако мировой опыт свидетельствует о последовательном движении и в этот направлении.

Отличительным признаком промышленного робота от различных механизмов является наличие одного или нескольких манипуляторов. Манипулятор представляет собой многозвенный механизм, оснащенный приводами и рабочим органом (устройством захвата), с помощью которого осуществляется захват детали и ее перемещение от одного рабочего места к другому. Манипулятор может иметь от трех до девяти степеней подвижности, что в значительной степени определяет технические возможности промышленного робота.

Число степеней подвижности — это совокупность числа степеней свободы кинематической цепи манипулятора промышленного робота относительно базовой системы координат и числа степеней свободы устройства передвижения. Манипуляторы имеют переносные и ориентирующие степени подвижности.

Переносная степень подвижности манипулятора используется при перемещении рабочего органа в рабочей зоне. Ориентирующая степень подвижности используется при ориентировании рабочего органа в рабочей зоне относительно базовой системы координат.

Пространство, в котором может находиться рабочий орган манипулятора промышленного робота при неподвижном положении устройства передвижения, называется рабочей зоной. Рабочая зона

современных роботов находится в пределах от 1,0 до 10 м³. Для перемещения манипулятора и его основания применяется привод, который может быть гидравлическим, пневматическим и электрическим.

К достоинствам гидропривода относятся: плавное регулирование скорости, быстродействие и высокая точность отработки заданного движения; к недостаткам — зависимость характеристик привода от температуры рабочей жидкости, относительно высокая стоимость привода, сложность эксплуатации.

В настоящее время широкое применение нашли пневмоприводы в силу простоты своей конструкции, низкой стоимости и возможности работы в местах с повышенными требованиями к пожарной безопасности. К недостаткам пневмопривода можно отнести необходимость дополнительного оборудования для достижения плавности и точности движения манипулятора.

В последнее время находит все более широкое применение электропривод, отличающийся простотой подвода электрической энергии, высокой надежностью и большим ресурсом работы.

Конструктивно промышленный робот состоит из следующих основных частей: управляющего устройства 1; устройства передвижения 2; манипулятора 3; измерительного устройства и устройства внешних связей 4, которые размещены в основании робота. Манипулятор и устройство передвижения представляют собой объект управления для управляющего устройства. управляющее устройство входят пульт управления ПУ, запоминающее устройство ЗУ, вычислительное устройство ВУ и блок управления приводами БУП. С помощью ПУ оператор осуществляет ввод и контроль задания; в ЗУ хранятся программы работы и другая информация; в ВУ реализуется алгоритм управления роботом; БУП управляет приводами манипулятора и устройства передвижения. Управляющее устройство может быть расположено отдельно от самого робота или встроено в его корпус.

Процесс составления упорядоченной последовательности действий робота (его программы) для его системы управления начинается при первом выполнении роботом нового цикла движений при ручном управлении. Введение программы осуществляется с помощью электронного устройства, управляющего приводами манипулятора, или ручного управления манипулятором по всему пути его перемещения. Запоминающее устройство системы управления фиксирует все движение робота, крайние и про