Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы организационно-технологического управления роботизированными комплексами. Учебное пособие
.pdf
111
Б. Метод программирования
Внешнее
(аналитическое)
Малый Средний Большой
С малым числом Со средним числом С большим числом
В режиме
обучения
В. Объем памяти
Г. Количество внешних команд
Рис. 11. Окончание
В режиме
самообучения
Промышленные роботы по типу взаимодействия с
производственной средой можно классифицировать на два
подкласса – по характеру выполняемых работ и степени
специализации. По характеру выполняемых работ все ПР
подразделяются на четыре группы, имеющие различные
производственно-технологические признаки: первая –
транспортные ПР – необходимы для осуществления операции
связи между рабочими местами, между рабочим местом и
складом и т.п., т.е. выполняющие разнородные транспортные
операции; вторая – обслуживающие (вспомогательные) ПР –
предназначены для автоматизации вспомогательных операций по
обслуживанию основного технологического оборудования. Они
выполняют действия типа «взять – перенести - положить», т.е.
операции установки, снятия предметов обработки, инструмента,
оснастки, а также питания транспортеров и другие операции;
третья – технологические (исполнительные) ПР предназначены
для автоматизации основных химико-технологических операций
(например, разделка, нанесение покрытий, герметизация и т.п.).
Они непосредственно участвуют в реализации технологического
и производственного процессов в качестве производящих или
обрабатывающих (формообразующих) машин; четвертая –
универсальные ПР – выполняют разнородные технологические
112
операции, т.е. основные и вспомогательные и сочетают в себе
признаки перечисленных групп (например, 2-й и 3-й группы, 1-й
и 2-й и т.д). Термин «универсальные ПР» характеризует ПР как
по характеру выполняемых операций, так и по степени
специализации.
По степени специализации ПР различаются на специальные
– выполняющие предписанные действия по своему прямому
назначению, с конкретной моделью технологического
оборудования, т.е. выполняют определенную технологическую
операцию или обслуживают конкретную модель
технологического оборудования. Специальные – выполняющие
операции одного вида, или осуществляющие переходы между
определенной группой моделей технологического оборудования;
многоцелевые – выполняющие различные вспомогательные или
транспортные операции.
Таким образом, мы рассмотрели количественные
(специализация) и качественные (характер выполняемых работ)
показатели взаимодействия ПР с производственной средой.
В представленной классификации будут рассмотрены
основные технические показатели ПР, характеризующие роботы
с точки зрения их промышленного применения и
технологических возможностей. В основу классификации
положено разделение ПР на три большие группы: общее
исполнение, подвижность и управление.
1. Общее исполнение
В результате различного исполнения роботы
подразделяются: по количеству манипуляторов, типу привода,
схеме их расположения, грузоподъемности, исполнению и
системе координат.
Количество манипуляторов
По количеству манипуляторов ПР разделены на три
подгруппы: одно, двух и многоманипуляционные.
Наиболее широко применяются одно манипуляционные
ПР: для осуществления разнообразных основных и
вспомогательных химико-технологических операций (например,
113
разделка, герметизация, транспортные и погрузочно –
разгрузочные работы). Преимущество данных роботов – простота
их конструкции и систем управления, легкость в
перепрограммировании, недостатки – достаточно большое время
холостых ходов, снижающее производительность робота.
Двух манипуляционные ПР применяются в основном для
взятия, транспортирования и разгрузки (загрузки) деталей
(изделий). Преимущество данных роботов состоит в сокращении
времени холостых ходов (по сравнению с одно
манипуляционными), что приводит к повышению
производительности ПР. К недостаткам необходимо отнести:
более сложное конструктивное исполнение, значительно сложнее
процесс программирования и перепрограммирование, более
высокая стоимость.
Много манипуляторные ПР – применяются пока
ограниченно и могут быть отнесены к специальным ПР. Они
обладают самым сложным конструктивным исполнением и
высокой стоимостью. Из общего парка используемых ПР одно и
двух манипуляционные составляют более 98 %.
Тип привода промышленного робота
Привод – это устройство, служащее для преобразования
энергии какого-либо вида в поступательное и вращательное
движение кинематических пар манипулятора. Привод играет роль
«мышц» робота. По типу привода ПР подразделяются на четыре
группы: с электромеханическими, гидравлическими,
пневматическими и комбинированными приводами. Системы
приводов ПР различны, каждый из них имеет свои преимущества
и недостатки. Системы приводов в значительной мере влияют на
технологические возможности ПР.
Наибольшее распространение в используемых в
промышленности ПР нашли пневмоприводы. Они просты,
надежны, дешевы, однако технологические возможности таких
ПР существенно ограничены, так как пневмопривод обеспечивает
перемещение исполнительного механизма от упора до упора, т.е.
114
работает в режиме циклового управления и обладает по каждой
степени подвижности робота, как правило, не более 2 точек
позиционирования. Кроме того, в пневмоприводах не
обеспечивается управление скоростью перемещения.
Пневмоприводы используются для ПР с грузоподъемностью до
10 кг и обладающих высоким и средним быстродействием.
Гидроприводы позволяют избежать основных недостатков
ПР с пневмоприводом, т.е. гидроприводы обеспечивают
хорошую регулировку усилий и скоростей, при этом развивают
наибольшие усилия, из всех типов приводов. Их используют в ПР
грузоподъемностью более 10 кг. ПР с гидроприводами имеют
более широкие технические возможности и, как правило,
позиционное и контурное управление. Однако у них есть
недостатки – это низкая быстроходность, нестабильность работы
при изменении климатических и производственных условий
(например, температуры движителя), потребность в отдельной
гидростанции, обладают более сложным конструктивным
исполнением, возможностью загрязнения производственной
среды и предмета манипулирования. Как пневматические, так и
гидравлические приводы реализуются в виде соответственно
пневмоцилиндров (гидроцилиндров) и пневмодвигателей
(гидродвигателей).
В электромеханических приводах используются
электродвигатели постоянного и переменного тока, шаговые и
линейные двигатели, а также вибродвигатели. Технологические
возможности ПР с электроприводом значительно шире, чем у
рассмотренных выше. Они просты в обслуживании, надежны в
работе и хорошо управляемы, просто стыкуются с основным
оборудованием, и к ним легко подводится движитель. При этом
низкий уровень шума, отсутствие загрязнения, как
технологической среды, так и предмета производства,
значительно расширяет их технологические возможности.
Однако применение электромеханических приводов
сдерживается из-за отсутствия электродвигателей с
необходимыми характеристиками, худшими массогабаритными
параметрами. Заметим, что за последнее десятилетие наметилась
тенденция значительного роста парка электромеханических
115
роботов, которые в ближайшее время будут занимать
доминирующее положение в робототехнике.
С учетом существующих недостатков систем приводов
создаются различные комбинированные приводы:
пневмогидравлические, пневмоэлектрические, электрогидравлические и т.д. Комбинированные приводы расширяют
технологические возможности ПР, однако при этом значительно
усложняется конструкция и управление ПР.
Для выбора типа привода, с учетом основных положений
роботизации, авторы предлагают выполнить данное действие по
структуре, представленной в табл. 11.
Таблица 11
Характерные показатели приводов роботов
Критерии выбора и основные характеристики типов приводов
используемых на промышленных роботах
Тип
привода
Пневматический
Электромеханический
Гидравлический
Количество
точек позиционирования
2 по каждой
степени
подвижности ПР
Множество До 150 кг Среднее
До 6 по
каждой
степени
подвижности
Номинальная грузоподъемность
До 40 кг Высо-
До 40 кг и
выше
Быстродействие
кое,
среднее
высокое
Малое Нежелате-
Целесообразность
использования
Возможен
непосредственный
контакт с
предметом
производства
То же
лен
непосредственный
контакт с
предметом
производства
116
Тип привода подбирается по каждой степени подвижности
н из з.у.
nk
Рmm
ПР в отдельности и должен удовлетворять всем четырем
характерным для роботизации показателям. Как правило, если ПР
например пневматический - все его приводы – пневматические
(исключением может быть захватное устройство). В итоге робот
должен обладать наиболее целесообразным типом привода,
удовлетворяющего в полной мере конкретному химикотехнологическому процессу.
Расположение привода
В зависимости от месторасположения привода на ПР
роботы можно подразделить на три группы: с расположением
привода в едином блоке, на исполнительных органах
(исполнительном устройстве) и комбинированное расположение
(компоновка) привода (рис. 12).
Грузоподъемность промышленных роботов
По грузоподъемности ПР подразделяются на пять
подгрупп: сверхлегкие, легкие, средни е, тяжелые и
сверхтяжелые. Грузоподъемность ПР является одной из
основных характеристик роботов. Согласно ГОСТ 25686-85 в
робототехнике принято классифицировать ПР по номинальной
грузоподъемности. Номинальная грузоподъемность – это
наибольшее значение массы предметов производства или
технологической оснастки, включая массу захватного устройства,
при котором гарантируется их удержание и обеспечение
установленных значений эксплуатационных характеристик.
Номинальная грузоподъемность ПР определяется как суммарная
грузоподъемность его рук:
n к
=+
åå
н
где Р
n – количество изделий; перемещаемых ПР за один его цикл;
з.у.
m
– масса захватного устройства; к – количество захватных
11
- номинальная грузоподъемность ПР; mиз – масса изделия;
,
устройств на роботе.
117
1
1
а б
2
2
3
1
3
1
в. г.
в г
2
2
1 3
1
3
д е
Рис. 12. Виды расположения приводов роботов: 1 – привод;
2 – передаточный механизм; 3 – блок для расположения приводов: на
исполнительном устройстве: а – пневматический (гидравлический), б –
электромеханический; в едином блоке: в – два привода и на каждом
свой передаточных механизма; г, д – один привод и несколько
передаточных механизмов; е - комбинированное расположение на
исполнительном устройстве и едином блоке
118
Сверхлегкие – номинальная грузоподъ емность до 1 кг. Это,
как правило, специализированные быстродействующие
пневматические ПР двумя – тремя степенями подвижности и
цикловым управлением, применяемые для операций типа "взять –
перенести – положить" на вторичных операциях и сборке.
Легкие – номинальная грузоподъемность от 1 до 10 кг.
Легкие роботы имеют чаще всего среднее быстродействи е и
снабжены различными типами приводов и устройств управления.
Количество степеней подвижности достигает 5 – 6.
Средние – номинальная грузоподъемность от 10 до 200 кг.
С такой грузоподъемностью выполняются как специальные, так и
специализированные и универсальные роботы. Приводы
преобладают гидравлические, реж е электромеханические и
комбинированные.
Тяжелые – номинальная грузоподъемность от 200 до
1000 кг. В основном относятся к группе специальных ПР.
Приводы в большинстве своем гидравлические, реже
электромеханические.
Сверхтяжелые – номинальная грузоподъемность свыше
1000 кг. Как правило, относятся к группе специальных. Приводы
в основном гидравлические, управление позиционное,
быстродействие малое. В настоящее время успешно
функционируют ПР грузоподъемностью более 4 т.
С увеличением грузоподъемности ПР его быстродействие
снижается, точность позиционирования падает, ход
манипулятора увеличивается.
Исполнение промышленных роботов
В зависимости от производственных и кинематических
условий, в которых планируется эксплуатировать ПР, они
выполняются в следующем исполнении: нормальное,
пылезащищенное, теплозащищенное, пожаробезопасное,
взрывобезопасное. Роботы с нормальным исполнением
предназначены для обычных условий эксплуатации. В условиях
производства с повышенной запыленностью необходимо
применять ПР в пылезащитном исполнении согласно
существующим нормам. Роботы в теплозащитном исполнении
119
применяются при работе вблизи открытого огня и оборудования,
функционирующего с завышенным температурным режимом
(например, печи и т.п.). В производствах с повышенными
пожаро- и взрывоопасными условиями ПР должны применяться
соответственно в пожаро- и взрывоопасном исполнении. Они
могут применяться и в комбинированном исполнении, например
в пылезащитном и взрывобезопасном. Заметим, все системы ПР
(система управления, исполнительное устройство и т.д.), а также
кабели, разъемы, провода и т.п. должны быть выполнены в одном
и том же исполнении, согласно производственных условий. Все в
полной мере относится и к периферийным устройствам,
функционально совмещенным с ПР.
Система координат
Система координат – это совокупность выделенных точек,
линий и поверхностей, с помощью которых определяется
положение геометрических объектов в пространстве.
По виду описываемого пространства системы координат
подразделяются на плоские и пространственные. Плоские
системы координат характеризуют месторасположение,
например, захватного устройства робота в одной плоскости ,
пространственные – в трехмерном пространстве.
По расположению осей координат относительно друг друга
системы координат подразделяются на прямоугольные и
координат в зависимости от направления координат
подразделяется на правую и левую. Наиболее часто используется
левая декартовая система, т.е. если смотреть в положительном
направлении оси аппликат, то поворот оси ординат к оси абсцисс
совершается по часовой стрелке. Криволинейная система
координат в зависимости от вида осей координат подразделяется
на полярную и ангулярную (угловую) систему координат.
В полярной системе координат точка в пространстве
описывается радиусом-вектором (полярным радиусом) и
полярным углом, что характерно для плоско-полярной системы
120
координат. Разновидностями пространственной полярной
системы координат являются цилиндрическая (образованная
радиусом-вектором, углом (полярным) и осью,
перпендикулярной к радиусу-вектору) и сферическая
(образованная радиусом-вектором и двумя перпендикулярными
углами) системы координат. Ангулярная система координат, как
и полярная, подразделяется на плоскую и пространственную
(цилиндрическую и полярную). Разница только в том, что точка
наряду с углами и описывается не радиусом-вектором, а кривой,
представляющей собой многозвенный шарнирный механизм.
Наибольшее распространение в робототехнике имеют
пространственные системы координат: декартова,
цилиндрическая, сферическая и ангулярная. Рассмотрим их
преимущества и недостатки.
Наиболее проста декартова система координат. Она
обеспечивает перемещение ПР в зоне, имеющей форму
параллелепипеда. Конструкции роботов с этой системой
координат наиболее просты и удобны для программирования,
имеют весьма высокую точность позиционирования и большую
грузоподъемность. Однако технологические возможности таких
роботов ограничены (они используются для установки и съема
деталей, при сборке и обработке, а также транспортировке и
укладке грузов). Это обусловлено тем, что затруднено взятие
объектов транспортирования и подача их в зону обработки
(укладки) со сложными подходами. Как правило, ПР,
работающие в данной системе координат, занимают
значительные производственные площади.
Цилиндрическая система координат обеспечивает
перемещение ПР в зоне, представляющей собой часть полого
цилиндра. Конструкции ПР в этом случае относительно не
сложны. Технологические возможности несколько выше,
манипулирование изделием обеспечивается по обе стороны
робота. При этом имеется ряд ограничений, аналогичным
ограничениям ПР с прямоугольной системой координат, т.е.
невозможно манипулировать предметом производства по
сложным траекториям.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]