Раздел V. Промышленные роботы и роботизированные системы

Глава 22. Общие сведения о промышленных роботах

1. Основные определения и классификация промышленных роботов

Решение проблемы комплексной автоматизации в литейных и термических цехах возможно только путем применения принципиально новых машин, имитирующих действие человека в трудовых процессах. Такими машинами являются промышленные роботы, исполнительными устройствами которых стали многозвенные манипуляторы с управляемыми приводами по каждой степени подвижности.

Термин робот ввел известный писатель. К. Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе «Рур» (Россумские универсальные роботы). Этим словом были названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Термин промышленный робот появился в 70-е годы.

Робот – это автомат с внешней обратной связью, состоящий из рецептора (чувствительного элемента), преобразователя информации, запоминающего устройства, манипулятора (исполнительного элемента) и каналов связи, соединяющих эти элементы. Существующие конструкции роботов разделяют на три класса: человекоподобные, информационные и промышленные роботы.

Человекоподобные роботы создавались в основном в рекламных целях, хотя делались попытки их использования для различных практических целей. Информационные роботы достигли высокого совершенства. Они используются там, где человек пока не может существовать (спутники Земли и Луны, «Луноход-1» и «Луноход-2» и др.). Промышленные роботы (ПР) предназначаются для замены физического труда человека.

Манипулятор – это устройство, предназначенное для имитации двигательных и рабочих рук человека. Объектом манипулирования называют тело, перемещаемое в пространстве манипулятором. К объектам манипулирования относят детали, заготовки и различный инструмент.

По методу управления все манипуляторы можно разделить на биотехнические, т. е. с ручным управлением, интерактивные (со смешанным управлением) и автоматические.

Манипулятор с ручным управлением – манипулятор, управляемый оператором дистанционно или непосредственно за счет перемещения рабочих органов.

В зависимости от типа задающего органа манипуляторы с ручным управлением могут быть копирующими, командными и полуавтоматическими.

В копирующем манипуляторе движение рабочего органа повторяет перемещение кисти человека. В командном манипуляторе движение рабочего органа осуществляется по каждой степени подвижности в отдельности с помощью кнопок, рукояток и т. п. В полуавтоматическом манипуляторе задающий орган содержит рукоятку, управляющую несколькими степенями свободы, и микроЭВМ, которая преобразует сигналы с рукоятки в сигналы, управляющие движениями исполнительных или рабочих органов.

К числу автоматических манипуляторов относятся автооператоры, промышленные роботы у манипуляторы с интерактивным управлением.

Автооператор – непрограммируемый автоматический манипулятор. Промышленный робот (ПР) – перепрограммируемый автоматический манипулятор. Манипуляторы с интерактивным управлением попеременно управляются оператором или действуют автоматически. Они имеют устройства памяти для автоматического выполнения отдельных действий.

Промышленные роботы. По назначению ПР можно условно разделить на производственные и транспортные (рис. 162).

Производственные роботы осуществляют основные операции технологических процессов различных производств (литейного, сварочного, механообрабатывающего, кузнечного, окрасочного). Они оснащены определенным инструментом. Транспортные роботы предназначены для межоперационной передачи заготовок, деталей и узлов. Они автоматически загружают и разгружают оборудование, передают и складируют готовые детали, обслуживают технологическое и транспортное оборудование.

Каждый из этих типов роботов может быть специализированным или универсальным. Специализированные роботы предназначены для выполнения как технологических, таки транспортных операций определенных видов производств; универсальные – для выполнения основных, вспомогательных, контрольных, транспортных и других работ в различных видах производств.

По типу силового привода различают электромеханические, пневматические, гидравлические и комбинированные роботы.

В соответствии с характером отработки программы различают жесткопрограммируемые, адаптивные и интеллектуальные роботы.

Жесткопрограммируемые роботы являются роботами первого поколения и представляют собой манипуляторы с программным устройством управления. Такой робот выполняет совокупность жестко запрограммированных операций. Программное устройство робота может перестраиваться на выполнение другого комплекса операций.

Рис. 162. Классификация промышленных роботов

Адаптивные роботы – роботы второго поколения. Они снабжены сенсорной системой, позволяющей функционировать в неполностью определенной и часто меняющейся обстановке с адаптацией к ней, в поисковых режимах с автоматическим наведением. Исполнительные «руки» таких роботов снабжаются различными первичными преобразователями, выдающими информацию о состоянии рук и предметов, с которыми он должен манипулировать.

Интеллектуальные роботы являются роботами третьего поколения. С помощью искусственного зрения и ряда других устройств они могут воспринимать и распознавать обстановку, строить модель среды, автоматически принимать решение о дальнейших действиях и выполнять его, изменять свое поведение и самообучаться по мере накопления собственного опыта.

Подавляющее большинство используемых в производстве роботов относятся к роботам первого поколения. Для обеспечения функционирования таких роботов необходимо создать специальную оснастку и вспомогательное оборудование, стоимость которых достигает 40 % стоимости самого робота. Поэтому альтернативой внедрения роботов с жесткой системой управления является использование адаптивных роботов.

Классификация промышленных роботов возможна и по другим признакам (см. рис. 162).