Промышленные роботы Ч. 3 учебное пособие

5

ВВЕДЕНИЕ

Современное поколение является свидетелем стремительного развития науки и техники. За последние триста лет человечество прошло путь от простейших паровых машин до мощных атомных электростанций, овладело сверхзвуковыми скоростями полета, поставило себе на службу энергию рек, создало огромные океанские корабли и гигантские землеройные машины, заменяющие десятки тысяч землекопов. Запуском первого искусственного спутника Земли и полетом первого человека в космос наша страна проложила путь к освоению космического пространства.

Робототехника является одним из новых направлений автоматизации производственных процессов, начало развития которого в нашей стране относится к последнему десятилетию. Комплексный подход к решению техникоэкономических и социальных задач, связанных с внедрением роботов, позволил освободить от монотонного труда рабочих.

Робот (от чешск. robota) – электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство (или их комбинация), предназначенное для замены человека в промышленности, при работе в опасных средах и при некоторых других работах. Принятый сейчас во всем мире термин «робот» был изобретен чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использован в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы» 1920).

До появления настоящих роботов считалось само собой разумеющимся, что роботы будут похожи на людей. Роботы никогда не бывают похожи на людей, если при проектировании это не ставилось в качестве главной задачи.

Внастоящее время под роботом понимают автоматический манипулятор

спрограммным управлением. В зависимости от участия человека в процессах управления роботами их подразделяют на биотехнические и автономные, или автоматические.

Кбиотехническим роботам относятся дистанционно управляемые копирующие роботы; экзоскелетоны; роботы, управляемые человеком с пульта управления; полуавтоматические роботы.

Дистанционно управляемые копирующие роботы снабжены задающим органом (например, манипулятором, полностью идентичным исполнительному), средствами передачи сигналов прямой и обратной связи и средствами отобра-

6

жения информации для человека-оператора о среде, в которой функционирует робот.

Экзоскелетоны выполняются в виде антропоморфных конструкций, обычно «надеваемых» на руки, ноги или корпус человека. Они служат для воспроизведения движений человека с некоторыми необходимыми усилиями и имеют иногда несколько десятков степеней подвижности.

Роботы, управляемые человеком с пульта управления, снабжаются системой рукояток, клавиш или кнопок, связанных с исполнительными механизмами каналов управления по различным обобщенным координатам. На пульте управления устанавливают средства отображения информации о среде функционирования робота, поступающей к человеку по радиоканалу связи.

7

Робот призван заменить человека в случаях, когда выполнение задачи находится за пределами человеческих возможностей либо сопряжено с чрезмерной угрозой здоровью и жизни человека, а также при недостатке профессионально подготовленного персонала для выполнения трудоемких и циклически повторяющихся задач.

1.1. Классификация роботов

Роботы можно классифицировать:

по областям применения – производственные (промышленные), военные (боевые, обеспечивающие), исследовательские, медицинские;

по среде обитания (эксплуатации) – наземные, подземные, надводные, подводные, воздушные, космические;

по степени подвижности – стационарные, мобильные;

по типу системы управления – программные, адаптивные, интеллектуальные;

по функциональному назначению – манипуляционные, транспортные, информационные, комбинированные;

по уровню универсальности – специальные, специализированные, универсальные;

по конструктивным признакам;

по типу исполнительных приводов – электрические, гидравлические, пневматические;

по типу движителя – гусеничные, колесные, колесно-гусеничные, полугусеничные, шагающие, колесно-шагающие, роторные, с петлевым, винтовым, водометным и реактивным движителями;

по конструктивным особенностям технологического оборудования (по числу манипуляторов, по грузоподъемности манипуляторов, по системе координат рабочей зоны (линейная, угловая));

по типу источников первичных управляющих сигналов – электрические, биоэлектрические, акустические;

по способу управления – автоматические, дистанционно управляемые (копирующие, командные, интерактивные, супервизорные, диалоговые), ручные (шарнирно-балансирные, экзоскелетонные).

9

1.2. Среды функционирования роботов

Условия функционирования роботов, определяемые типом среды эксплуатации и характером рабочего процесса, можно разделить на две категории: детерминированные (определенные) и недетерминированные (неопределенные).

Ксредам первой категории (детерминированным) относятся среды, спроектированные и созданные человеком. Детерминированным процессом является каждый процесс, протекание которого полностью зависит от целенаправленной деятельности человека (деятельности по непосредственному осуществлению процесса, управлению процессом и т.п.).

В детерминированных средах уже имеется высокая степень организации либо требуемая степень организации может быть достигнута при сравнительно небольших затратах. Определенность среды обусловлена априорным знанием точного положения всех объектов, с которыми может взаимодействовать робот. Для манипуляционного робота это означает точное знание местоположения и ориентации объектов, расположенных в его рабочей зоне. Для транспортного робота детерминированной средой является, например, рельсовая трасса в цехе.

Кпервой категории относятся также среды, которые можно организовать требуемым образом, хотя и ценой значительных затрат (не полностью организованные среды). В этом случае отдельные объекты могут иметь заранее неизвестные отклонения от эталона.

Кэтим средам можно отнести полевые склады боеприпасов, горючесмазочных материалов, технологические позиции и т.д.

В средах второй категории практически невозможно осуществить их организацию. Такие среды являются полностью неорганизованными (недетерминированными). К ним относятся, в частности, природные среды и среды, создаваемые аварийными ситуациями как в природных условиях, так и при разрушении сред, спроектированных и созданных человеком, т.е. при разрушениях зданий и сооружений. К действиям робота в природных средах относятся действия

вполевых условиях: разведка на местности, военные действия, разминирование

ипатрулирование, подводные и подземные работы и т.п. (в том числе в случаях радиоактивного, химического и бактериологического заражения местности). К действиям робота при разрушениях созданных человеком сред относятся ведение боевых действий в городских условиях, расчистка завалов, спасательные работы в разрушенных сооружениях и т.п.

10