Вопрос 2. Классификация технологических комплексов с применением роботов.

Начнем рассмотрение вопросов применения средств робототехники в промышленности с классификации технологических комплексов. В осно­ву положим следующие признаки:

• тип производственного подразделения;

• степень изменения производства, связанная с применением ПР;

вид технологического процесса;

• количество выполняемых технологических операций;

• тип и количество используемого основного технологического обору­дования;

• тип и количество используемых ПР;

• серийность и номенклатура продукции;

• компоновка комплекса;

• принцип управления комплексом;

• степень участия (функции) человека в комплексе.

И табл. 14.1 представлена основанная на этих признаках классификация технологических комплексов применительно к машиностроению. Вос­пользуемся ею для рассмотрения применения в этих комплексах роботов.

Таблица 14.1. Классификационные признаки и соответствующие им основные типы технологических комплексов с роботами

№ п/п	Признак	Наименование
1.	Тип подразделения	Технологическая ячейка Участок Линия Цех
2.	Степень изменения про­изводства, связанная с применением ПР	Для вновь создаваемого производства: с принципиально новой технологией; с новым технологическим оборудованием. Для модернизируемого производства: с изменением технологии; с модернизацией оборудования
3.	Вид технологического процесса	Комплекс: механообработки; холодной штамповки; ковки; литья; прессования пластмасс; термической обработки; сварки; транспортный; контроля и испытаний и т. д.

4.	Тип и количество техно­логического оборудова­ния	С выполнением основных технологических операций: технологическим оборудованием; ПР; их комбинацией
5.	Серийность и номенкла­тура продукции	С определенным размером выпускаемых партий продукции без переналадки ком­плекса. С определенным перечнем видов (типов) выпускаемой продукции
6.	Компоновка комплекса	Линейная Круговая Линейно-круговая По площади Объемная
7.	Тип управления	Централизованное Децентрализованное Комбинированное
8.	Участие человека	В выполнении технологических операций: основных; вспомогательных

Тип производственного подразделения. Здесь классифи­кационным признаком служит количество выполняемых технологиче­ских операций. Простейшим типом, который лежит в основе более круп­ных комплексов, является технологическая ячейка (ТЯ). В ней выпол­няется всего одна основная технологическая операция (помимо вспомо­гательных). При этом количество единиц технологического оборудова­ния и ПР в составе ТЯ не регламентируется.

Следующим более крупным типом является технологический участок (ТУ). На нем выполняется несколько технологических операций, кото­рые объединены технологически оборудованием или организационно управлением. Эти операции могут быть одинаковыми или различными. Если различные операции технологически последовательно связаны, то такой участок представляет собой технологическую линию (ТЛ).

Технологический участок представляет собой совокупность ТЯ, но мо­жет и не иметь их. Следующим типом комплекса является цех, состоящий из нескольких участков. Пределом развития

роботизированного производства является комплексно роботизированное предприятие.

В состав участков и цехов помимо технологических ячеек обычно входят еще склады, транспорт (в том числе и на базе ПР) и системы контроля качества продукции.

Классификация технологических комплексов по степени изменения про­изводства, связанного с применением ПР (табл. 14.1, п. 2). Такое измене­ние, очевидно, будет максимальным для создаваемых новых производств, основанных на новых технологиях, и минимальным для действующего производства, автоматизируемого на базе серийных ПР.

Классификация по виду технологического процесса (табл. 14.1, п. 3). Она не исчерпывается приведенным перечнем типовых для современного со­стояния областей применения ПР в машиностроении.

Классификация по типу и количеству используемого основного техноло­гического оборудования (табл. 14.1, п. 4). Здесь определены два уже наз­ванных ранее основных варианта: ПР, выполняющие основные техноло­гические операции (сборку, сварку, окраску и т. д.), или вспомогатель­ные роботы, обслуживающие основное технологическое оборудование.

Билет 18.

1. Классификация мобильных роботов по типу внешней среды перемещения.

2. Управление технологическими комплексами.

1. По типу внешней среды средства передвижения подразделяются на наземные, водные, воздушные и космические, а по широте применения на универсальные и специальные, предназначенные для особых условий и целей. Наземные универсальные системы передвижения — это тради­ционные колесные и гусеничные транспортные средства, а также шагающие (стопоходящие). Первые наземные мобильные роботы были созданы в связи с потребностью расширения рабочей зоны их манипуля­торов, а также для выполнения чисто транспортных операций (внутри­цеховой, складской и другой транспорт).

2. Все части технологических комплексов объединены общей системой ав­томатического управления. Эта система вклю­чает в общем случае следующие три уровня управления. Первый уровень образуют системы управления отдельными технологическими ячейками и другим работающим в составе комплекса оборудованием. На этом уровне применяются специальные устройства управления типа УЧПУ.

Второй уровень управления — это уровень связывания отдельных частей комплекса, включая транспортные системы, в согласованно работаю­щую систему. Реализуется этот уровень обычно на стандартных микро-ЭВМ. Помимо координации работы всех составных частей на этом уровне осуществляются контроль технологических режимов и исправно­сти оборудования, синтез управляющих программ для первого уровня, обработка и передача информации между управляемыми частями ком­плекса и к следующему, третьему уровню управления.

Третий уровень — уровень оперативно-календарного планирования и контроля функционирования комплекса. Здесь составляется и хранится план производства по объему и номенклатуре на смену, сутки, неделю и т. д., производятся контроль его выполнения, учет и анализ простоев оборудования. В состав этого уровня входят, кроме того, системы техни­ческой диагностики оборудования. Реализуется этот уровень на мини- ЭВМ. Все используемые в комплексе ЭВМ объединены в единую локаль­ную информационно-вычислительную сеть.

Перечисленные 3 уровня управления являются основными и могут до­полняться промежуточными уровнями. Так, системы управления отдель­ными технологическими ячейками в свою очередь могут иметь 2 уровня управления — уровень управления отдельными единицами входящего в ячейку оборудования и уровень совместного группового управления этим оборудованием в составе ячейки. В крупных комплексах типа цеха, содержащих несколько участков, наряду с системами управления этими участками обычно имеется следующий над ними уровень координации их работы.

Билет 19.

1. Наземные универсальные системы передвижения мобильных роботов.

2. Этапы проектирования технологических комплексов.

1. Наземные универсальные системы передвижения — это тради­ционные колесные и гусеничные транспортные средства, а также шагающие (стопоходящие). Первые наземные мобильные роботы были созданы в связи с потребностью расширения рабочей зоны их манипуля­торов, а также для выполнения чисто транспортных операций (внутри­цеховой, складской и другой транспорт).

2. В процессе создания технологических комплексов можно выделить 3 ос­новных этапа: технологический, алгоритмический и технический. На первом этапе осуществляется анализ технологического процесса, в ре­зультате чего определяется структура комплекса. Анализ технологического процесса (ТП) является одним из наиболее от­ветственных этапов, от качества выполнения которого в значительной степени зависит эффективность разрабатываемого комплекса. В связи с тем, что этот этап включает сравнение большого числа возможных вари­антов размещения оборудования, транспортных путей и т. п., важным средством его выполнения является компьютеризация.

Результатом следующего алгоритмического этапа разработки является определение алгоритмов функционирования всего комплекса и его час­тей, требований к устройствам управления, каналам связи и вспомога­тельному оборудованию. На этом этапе происходит также увязка с автоматизированной системой управления предприятием.

На этапе алгоритмического проектирования комплекса необходимо, в частности, учитывать следующие требования:

• наиболее полное и рациональное использование производственных фондов;

• возможность корректировки банка данных в ходе выполнения произ­водственной программы;

• поэтапность ввода технологического комплекса и его частей.

Существенным элементом этого этапа является создание банка данных, содержащего все сведения о типах и характеристиках всего оборудова­ния, устройств управления, каналов связи и т. д. Причем он должен не­прерывно корректироваться и расширяться с включением существую­щих решений по отдельным элементам комплекса и по отдельным технологическим операциям.

Заключительным этапом процесса проектирования технологического комплекса является его техническая реализация. Этот этап включает разработку или выбор ПР, их устройств управления, техноло­гической оснастки, транспортных путей и способов транспортировки, каналов связи, устройств информационного обеспечения на основе уже определенных тре­бований.

Билет 20.

Шагающие роботы.

Манипуляторы с цилиндрической системой координат.

Ответы:

Вопрос 1. Особый раздел робототехники составляют шагающие системы передви­жения и основанные на них транспортные машины. Механические ноги — педипуляторы (от латинского словаpes, pedis — нога) — наиболее близки манипуляторам. Однако значение и потенциальные области применения шагающих машин выходят за пре­делы робототехники. Способ передвижения с помощью ног (шагание, бег, прыгание) является наиболее распространенным в жи­вой природе. В технике он еще не получил заметного применения прежде всего из-за сложности управления.

Шагающий способ представляет основной интерес для движения по за­ранее неподготовленной местности с препятствиями. Ко­лесные и гусеничные транспортные машины тратят на это значительно большую энергию, чем в случае передвижения шагами, когда взаимодействие с грунтом происходит только в местах упора стопы. Также обладает и большей проходимостью на пересеченной местности вплоть до возможности передвигаться прыжками, преодолевать препят­ствия и т. п. НО при передвижении по достаточно гладким и подготовленным поверхностям этот способ уступает колесному в эконо­мичности, скорости передвижения и простоте управления.

В задачи системы управления шагающей машины входят:

стабилизация в процессе движения положения корпуса машины н про­странстве на определенной высоте от грунта независимо от рельефа местности;

обеспечение движения по определенному маршруту с обходом препят­ствий;

связанное управление ногами, реализующее определенную походку с адаптацией к рельефу местности.

Основное назначение шагающих машин — передвижение по сильно пересеченной местности=> управление ими обязательно должно быть адаптивным. В системе управления при этом выделяют обычно сле­дующие 3 уровня управления:

первый, нижний, уровень — управление приводами степеней подвиж­ности ног;

второй уровень— построение походки, т.е. координации движений ног, со стабилизацией при этом положения корпуса машины в про­странстве;

третий уровень — формирование типа походки, направления и скоро­сти движения, исходя из заданного маршрута в целом.

Первый и второй уровни реализуются автоматически, а третий уровень осуществляется с участием человека-оператора. В комбинации с другими более традиционными способами он используется. В частности, реализована комбинация колесного и ша­гающего способов передвижения в так называемых колесно-шагающих транспортных машинах. Применяются два варианта такой комбина­ции. В первом случае режимы качения и шагания осуществляются раз­дельно и последовательно с помощью отдельных приводов. Например, колеса устанавливаются на концах вертикальных рычагов подвески, ко­торые могут поворачиваться на 360° относительно корпуса машины. При включении приводов этих рычагов машина передвигается на них, опираясь на колеса. При вертикальном положении рычагов подвески машина движется на колесах в режиме обычного качения.Во втором ва­рианте оба режима— качение и шагание— осуществляются одновре­менно. Опоры механизма шагания выполняются в виде колес и переме­щаются вперед относительно корпуса машины без отрыва от грунта. При этом колеса, вращаясь, участвуют в создании тягового усилия. Ведутся научно-исследовательские работы по созданию шагающих ма­шин, способных перемещаться подобно насекомым по вертикальным и наклонным поверхностям вплоть до движения "вниз головой". На рпе. 3.24 показан вариант подобной шестиногой шагающей машины. Для сцепления с поверхностью используется клейкая жидкость, которая практически мгновенно затвердевает под действием электрического или магнитного ноля. 6 ног робота образуют 2 группы но 3 ноги. Каждая группа имеет по 2 привода, осуществляющих подъем ног (относительно корпуса робота) и перемещение вдоль поверхности в направлении дви­жения. Благодаря симметрии конструкции робот может передвигаться в любом направлении без поворота корпуса. Для обеспечения сцепления ног с поверхностью могут.использоваться и более традиционные средст­ва, такие, например, как пневматические присоски и электромагниты.