2. Робототехника и ее значение в пищевой промышленности

Анализ состояния механизации и автоматизации в отрасли показывает, что 60 % персонала от численности работающих на погрузочно-разгрузочных работах, транспортных и других вспомогательных операциях выполняют ручную работу. Практи­чески на всех предприятиях имеются цехн или участки, работа на которых связана с воздействием на человека вредных и опасных факторов. Такими факторами являются высокая тем­пература, повышенная влажность, запыленность, вибрация, шум. Зачастую зоны с повышенной температурой чередуются с зонами охлаждения и сквозняками. Замена рабочего в таких помещени­ях позволяет не только высвободить человека из опасной и вредной среды, но и повысить производительность труда, и как правило, качество продукции.

Промышленные роботы (ПР) способны заменить человека там, где требуется тяжелый физический труд, в условиях с повышенными температурой и влажностью, вибрацией, шумом загрязненным воздухом, взрывоопасностью и радиоактивностью. Промышленный робот представляет собой перепрограммируемую автоматическую машину, способную выполнять аналогичные че­ловеческим двигательные функции по перемещению предметов производства или технологической оснастки.

История развития робототехники насчитывает три поколения

роботов. Каждое поколение позволяет отразить те изменения в архитектуре, средствах управления роботами, которые возникали на определенном этапе в процессе их эволюции.

Роботы первого поколения часто называют программными. Эти роботы предназначены для выполнения запрограммирован­ной последовательности операций но четкой программе, состав­ленной с учетом требований того нли иного технологического процесса. Особенно эффективно применение роботов первого по­коления при неизменных и строго определенных условиях эксплу­атации. Поэтому они широко внедряются в производство при выполнении простейших операций сборки, установки, снятия, транспортирования и упаковки изделий. Однако благодаря про­стоте изменения программы, заложенной в память системы уп­равления робота, возможно переобучение его путем перепрограм­мирования на выполнение другого класса операций.

Роботы второго поколения называют адаптивными. Системы управления этими роботами имеют более широкий по сравнению с программным набор датчиков информации о состоянии внешней среды и характеризуются ббльшей сложностью. Алгоритм управ­ления роботами второго поколения значительно сложнее, чем ро­ботами с жесткой программой, и часто имеет ситуационный характер, что требует реализации его с помощью мнкроЭВМ или микропроцессора. Благодаря широко развитому программно­му обеспечению, наличию совершенных устройств системы очувс­твления роботы второго поколения способны приспосабливать свое поведение к изменяющейся обстановке.

Роботы третьего поколения называют интеллектуальными нли разумными. Функциональные возможности этих роботов зна­чительно расширены, от имитации физических действий человека до автоматизации элементов его интеллектуальной деятельности. По сравнению с адаптивными роботами они характеризуются значительно более сложной системой управления, включающей элементы искусственного интеллекта. Благодаря этому интел­лектуальные роботы способны воспринимать разговорный язык и вести диалог с человеком, распознавать н анализировать различ­ные ситуации, строить модель внешней среды, обучаться навы­кам, программировать движения, усваивать понятия, планнро вать поведение в разнообразных условиях эксплуатации. В на­стоящее время выпускается большое число робототехнических устройств, различающихся но компоновочным схемам н конст­руктивному исполнению. Типовая модель робота имеет вид. приведенный на рис. 15.1.

Независимо от типа, класса, поколения н назначения про­мышленный робот имеет две основные части: механическую и систему управления Механическая часть состоит из основания /. с помощью которого робот устанавливается на пат вблизи основного технологического оборудования нли монтируется на станине. Робот может также перемещаться относительно обору-

довання по рельсам портала или направ­ляющим 2. Корпус 3 конструктивно объе­диняет все органы робота, в том числе привод рабочих ор­ганов.

Исполнительное устройство робота — манипулятор 4 — вы­полняет все двига­тельные функции, оснащено приводом и управляющим уст­ройством. Роботы могут иметь два и более независимо или синхронно дей­ствующих манипуля­тора. Рабочий орган 5 является состав- -

ной частью манипу- ^Ркс' ^{,5Л Типовая моде;,ь робота} лятора и предназна­чен для непосредственного выполнения предусмотренных дейст­вий. Рабочий орган может иметь разную конструкцию, которая иногда является решающим фактором при определении возмож­ности использования робота, например для манипулирования хрупким, крупногабаритным или профилированным объектом. Устройство управления 6 в соответствии с заданной программой формирует управляющее воздействие, которое передается испол­нительному устройству и далее на приводы с помощью много­жильного кабеля или пневмопровода.

Структурная схема робота первого поколения (программного) приведена на рис. 15.2. В роботе сложная механическая кон­струкция (захватывающее устройство, привод, исполнительный механизм) сочетается с развитыми средствами контроля и управ­ляющим устройством. Обобщенная схема робота представлена па рис. 15.3.

Система связи робота выполняет функции обмена информа­цией между человеком и робототехническим устройством в целях выдачи роботу заданий, контроля его действий, диагностики и т. п. Для этого используются не только механические уст­ройства информации, смонтированные на пульте управления (кла­виши. кнопки, переключатели), но и устройства для речевого управления (микрофоны, магнитофоны). Вывод информации от робота к человеку в виде звуковых и световых сигналов осу­ществляется с помощью дисплеев, устройств синтезаторов речи, телемониторов.

Рис. 15.2. Структурная схема робота первого поколения:

ПУ пульт управления; УУ уггройсти» управления. НЛ — нгполиительииг дпига теля. СУП - система управления иряао- ло». Л1Л1 — игзинизм манипулятора. ЦОС — датчики обратной связи. ОР объект работ; IIP — промышленный робот

Ряс. 15.3. Обобщенная схема робота: НС информационная система; УС - уп­равлявшая система; ДС--двигательная система. СС — система саялн: ООС — объ­ект окружающей среды

Информационная система выполняет функции искусственных органов чувств (сенсоров) робота и предназначена для восприя­тия и преобразования информации о состоянии объектов внешней среды и самого робота в соответствии с алгоритмом управляю­щей системы. В качестве сенсоров информационной системы робота наибольшее распространение получили акустические дат­чики, лазерные и ультразвуковые дальномеры, тактильные, кон­тактные и индукционные датчики, датчнкн положения, скорости, сил и моментов, телевизионные н оптико-электронные устройства и др.

Управляющая (интеллектуальная) система выполняет функ­ции своеобразного «мозга* робота и предназначена для формиро­вания законов (алгоритмов) управления приводами и исполни­тельными механизмами двигательной системы в соответствии с сигналами обратной связи информационной системы. Под поня­тием «мозг» робота обычно подразумевается использование мн­кроЭВМ или микропроцессора в комплекте с набором входных (аналого-цифровых) и выходных (цифро-аналоговых) преобра­зователей и интерфейсных каналов связи, по которым осущест­вляется обмен аналоговыми (непрерывными) и дискретными (цифровыми) сигналами между роботом и внешней средой.

Интеллектуальные способности робота определяются алгорит­мическим и программным обеспечением его управляющей систе­мы. Двигательная (моторная) система выполняет функции целе­направленного воздействия робота на объекты окружающей сре­ды в соответствии с управляющими сигналами информаинонно- управляющен системы. Конструктивно двигательная система мо­жет быть представлена разными приводами (двигателями), манипуляторам»! (механические руки), педнкуляторами (меха­нические ноги) и другими элементами.

Опыт внедрения роботов п пищевую промышленность, по су­ществу, отсутствует. Поэтому на нервом этапе следует ориентн-

решаться на использование серийных моделей роботов, успешно применяемых в других отраслях промышленности. В пищевой промышленности имеется много операций для роботов: загрузка и выгрузка штучных полуфабрикатов и изделий, транспор­тирование нх к технологическому оборудованию, посадка изделии в печь, распределение, накопление, складирование, упаковка, укупорка, фасовка и нарезка готовых изделий, розлив жидкостей в бутылки и т. д.

Роботы незаменимы при использовании нх для автоматиза­ции складских работ, автоматизации межцеховых перемещений грузов в экспедициях, внутрицеховых и можоперационных пере­мещений тары, стеклопосуды, формировании контейнеров, паке­тов. ящиков с готовой продукцией. Широкая сфера деятельности принадлежит роботам и организации операций по мойке и стерилизации стеклопосуды и технологических емкостей больших размеров, сульфитации продукции, удалению отходов производ­ства. уборке производственных помещений н т. д.

В СССР разрабатываются автоматические манипуляторы и роботы для пшцевой промышленности. Специальным конструктор­ским технологическим бюро по контейнерам и пакетным перевоз­кам для механизации ручного труда (г. Тбилиси) разработаны роботизированные комплексы для механизированной укладки бу­тылок н вертикальном положении в контейнеры и механизиро­ванной выемки из них. устройства для укладки стеклянных банок в тару. Указанные устройства находит широкое примене­ние на предприятиях по переработке винограда, консервной, мн- во-безалкогольнон отраслей промышленности.

Московский филиал ГПИ «Роспищепромавтоматнка» разрабо­тал роботизированный технологический комплекс (РТК) «Ар­тур II», предназначенный для автоматизации завершающих процессов производства печенья, отбраковки, контроля формы и размеров, загрузки печенья в заверточные автоматы. Опытный образец РТК «Артур II» внедрен ка Московской кондитерской фабрике «Большевик».

Для выполнения работ но внедрению робототехники на пище­вых предприятиях необходимо выполнить комплекс подготови­тельных мероприятий: определение объектов роботизации; пас­портизацию ручных вспомогательных н основных технологичес­ких операций; выбор серийных моделей роботов или составление технического задания на нх создание; расчет экономического эффекта от применения роботов. При определении конкретных моделей роботов, используемых на Производстве, учитываются нх технические характеристики. При выборе серийных моделей роботов необходимо учитывать требования, выдвигаемые специ­фическими особенностями пищевых производств: надежная ра­бота в условиях повышенных влажности, запыленности, вибра­ции и температуры среды -30-т- 4-50 °С и выше. Базовые модели роботов с номинальной грузоподъемностью 0.5...500 кг должны предусматривать использование не только электрического, но и пневматического приводов для взрывоопасных условий производ­ства.

Высокая стоимость роботов пока еще является определенным препятствием на пути их широкого применения в производстве. Расчет экономической эффективности от внедрения роботов по традиционной методике зачастую дает низкие показатели. Поэто­му в последнее время создана специальная для роботов методи­ка расчета экономической эффективности, позволяющая учиты­вать не только технические, но и социальные факторы их внедрения.

Применение роботов в сочетании с вычислительной техникой способно существенно изменить облик пищевых предприятий. Человек из обыкновенного исполнителя и придатка машины, со­вершающего монотонные малоквалифицированные ручные опера­ции. превращается в оператора и диспетчера производства, управляющего согласованной работой машин н агрегатов.