Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Промышленные роботы и робототехнические системы. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФГБОУ ВО
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА»
621.8
П 217
Л. В. Пахомова
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ И
РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
Новосибирск 2022
ДК 621.865.8(075.8)
У
П 217
Пахомова Людмила Владимировна.
Промышленные роботы и робототехнические системы: учебное
пособие / Л.В. Пахомова – Новосибирск: Сибир. гос. унив. водн.
трансп., 2022. – 78 c.
ISBN: 978-5-8119-0933-9
В пособии рассмотрено структурное построение, конструктивные элементы и основы проектирования и расчета промышленных
роботов.
Даны основные понятия, принятые в робототехнике, классификация и структурные схемы промышленных роботов. Изложены основы
кинематического и динамического анализа и синтеза механических
систем манипулятора. Дана классификация, сравнительный анализ и
расчет приводов степеней подвижности.
Рассмотрены системы уравновешивания, конструктивные схемы
захватных устройств, рассмотрены основы построения и проектирования систем управления и информационных систем. Отдельно
рассмотрены функциональные схемы роботов для погрузочно-разгрузочных работ.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
направлению подготовки «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов», может быть использовано для практических и самостоятельных работ.
Рекомендовано в печать редакционно-издательским советом
ФГБОУ ВО «СГУВТ» от 17.05.2022 года протокол № 69.
Рецензент:
Кандидат техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Теоретической и прикладной механики» ФГБОУ ВО «СГУВТ» Загоровский В.В.
Пахомова Л. В., 2022
ФГБОУ ВО «СГУВТ», 2022
РАЗДЕЛ 1: «ОБЩИЕ ВОПРОСЫ»
Понятие о промышленном роботе, манипуляторе.
История возникновения и развития промышленного робота
Слово «робот» впервые стало широко использоваться после того,
как пьеса чешского писателя Карела Чапека «Р.У.Р.» («Россумские
универсальные роботы») впервые была поставлена в Париже в первой
половине 20-х годов нашего столетия. По-чешски и по-русски эти
создания называются «ро’ботник», от слова «ро’бота», которое на
этих же языках означает «нудная тяжелая робота».
Первые роботы представлялись как зловещие человекоподобные
машины. В 40-х годах писатель-фантаст Айзек Азимов ввел идею
роботов, служащих добру и популяризировал слово «робототехника».
В 1942 г. он разработал «три закона робототехники», которые гласят:
– Робот не может нанести вред человеку или через бездействие
допустить нанесение вреда человеку;
– робот должен подчиняться приказам, отдаваемым человеком,
если их выполнение не влечет нарушения первого закона;
– робот должен защищать свое собственное существование,
если действия, связанные с этим, не противоречат первому и
второму законам.
Первоначально робот определялся как «автоматический аппарат
или устройство, которое выполняет функции, обычно приписываемые
человеку». Однако это не очень точное описание, так как в действительности многие роботы могут выполнять различные задачи лучшим
и более сложным способом, чем люди.
Современная робототехника берет начало с 40-х годов нашего столетия, когда на практическую основу встали роботы в области атомной
энергетики, поскольку прямой контакт человека с радиоактивными
материалами недопустим. Уровень развития автоматизации в то время
был недостаточно высок, чтобы говорить о создании автоматов для
обслуживания атомной техники. Поэтому были найдены технические
решения, позволяющие не только вывести человека из опасной зоны,
но и использовать его интеллектуальные и физические способности
для исполнения работ в этой зоне. Машины, предназначенные для выполнения таких работ, получили название – манипулятор. Это машины
3
многоцелевого назначения, способные выполнять те же действия, что
и рука человека.
Манипулятор состоял из исполнительной механической руки,
перемещающейся в рабочей зоне, и задающей механической руки,
на которую воздействует оператор, находящийся в безопасной зоне.
Руки между собой связаны кинематическими передачами. Манипулятор имеет шарнирную конструкцию, число звеньев которой
достаточно для того, чтобы установить и ориентировать объект в
рабочей зоне.
Манипулятор, оснащенный системой управления и обратными
связями, носит название промышленного робота. Робот осуществляет
все рабочие движения во взаимодействии с каким-либо объектом и
внешней средой и воспроизводит (моделирует) двигательные функции
руки человека.
В современном промышленном производстве промышленные
роботы используются для загрузки и разгрузки множества машин,
автоматизации процессов выборки и сортировки, автоматизации
сборочных линий на производстве, а также таких основных технологических процессов как сварка, ковка, штамповка, сборка и окраска.
1.1 Основные понятия робототехники.
Классификация промышленных роботов
Основные понятия:
ГОСТ 25686-85 устанавливает следующие основные понятия:
Промышленный робот (ПР) – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства
в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности,
и перепрограммируемого устройства программного управления для
выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций.
Манипулятор (М) – управляемое устройство или машина для
выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки
человека при перемещении объектов в пространстве, оснащенное
рабочим органом.
4
В состав М входят:
– задающий орган – предназначен для создания управляющих
сигналов и движений;
– исполнительный орган – предназначен для выполнения дей-
ствий по сигналам и движениям с задающего органа;
– связующий орган – предназначен для передачи сигналов и
движений от задающего органа к исполнительному;
– рабочий орган (РО) – часть исполнительного органа, пред-
назначен для реализации технологического назначения М
(захватное устройство, инструмент).
Объект манипулирования – предмет, перемещаемый в пространстве манипулятором; к объектам манипулирования относятся
заготовки, детали, режущий и мерительный инструмент и т. д.
Основные показатели ПР определяются ГОСТом 4.480-87, а ГОСТ
Р 60.0.0.2-2016 вводит классификацию робототехнических устройств.
В зависимости от специализации различают следующие типы ПР:
– универсальный – ПР, предназначенный для выполнения техно-
логических операций различных видов и операций перемещения при функционировании с различными группами моделей
технологического оборудования;
– специализированный – ПР, предназначенный для выполнения
технологических операций перемещений одного вида или операций перемещения при функционировании с одной группой
моделей технологического оборудования;
– специальный – ПР, предназначенный для выполнения опера-
ций перемещения при функционировании с одной моделью
технологического оборудования.
По грузоподъемности ПР подразделяют на:
– сверхлегкие – роботы номинальной грузоподъемностью 1 кг;
– легкие – роботы номинальной грузоподъемностью >1 ≤ 10 кг;
– средние – роботы номинальной грузоподъемностью
>10 ≤ 200 кг;
– тяжелые – роботы номинальной грузоподъемностью
>200 ≤ 1000 кг;
– сверхтяжелые – роботы номинальной грузоподъемностью
>1000 кг.
5
По способу управления ПР подразделяют на:
– роботы с ручным управлением – копирующие манипуляторы;
– роботы с программным управлением – все действия и дви-
жения робота определены в программе, последовательность
команд в которой является постоянной или изменяется в
функции от контролируемых параметров внешней среды,
идентифицируемых по наличию или отсутствию сигналов
одного или нескольких измерительных устройств или других
(как правило, релейного типа) входных сигналов;
– роботы с адаптивным управлением – роботы, снабженные
датчиками для восприятия внешней среды, обеспечивающими
автоматическое изменение последовательности команд в программе, определяющей действия и движения робота, в функции от контролируемых параметров состояния внешней среды,
идентифицируемых при помощи специальных алгоритмов
обработки данных, поступающих от датчиков (например для
определения положения и ориентации детали на конвейере).
По способу программирования ПР подразделяют на:
– роботы, программируемые копированием;
– роботы, программируемые обучением;
– роботы, программируемые аналитически;
– роботы, программируемые целеуказанием.
По типу привода ПР подразделяют на:
– роботы с электромеханическими приводами;
– роботы с гидравлическими приводами;
– роботы с пневматическими приводами;
– роботы с комбинированными приводами.
В общем случае ПР характеризуется следующими параметрами:
1. Показатели назначения:
– грузоподъемность номинальная, полезная;
– число степеней подвижности;
– погрешность позиционирования;
– максимальная скорость;
– объем памяти;
– возможность работы при различных погодных условиях.
6
2. Показатели надежности:
– установленная наработка;
– срок службы;
– среднее время восстановления.
3. Показатели экономного использования сырья, материалов,
топлива, энергии и трудовых ресурсов:
– расход рабочего тела;
– потребляемая мощность.
4. Показатели транспортабельности:
– габаритные размеры;
– масса.
7
РАЗДЕЛ 2: «МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ (МС)»
2.1 Структура манипулятора (М)
Рис. 1 – Структурная схема ПР:
М – манипулятор, П – привод манипулятора, ТО – технологическое
оборудование, УВП – устройство ввода программ, ПРУ – пульт ручного
управления, УФК – устройство формирования команд.
Механическая система ПР объединяет манипулятор и привод степеней подвижности манипулятора. Манипулятор представляет собой
многозвенный шарнирный механизм с заданным числом степей подвижности, заканчивающийся РО – кистью с захватным устройством
для объекта манипулирования. Для перемещения МС снабжается
дополнительным механизмом передвижения.
При выполнении требуемых операций МС взаимодействует с
внешней средой и ТО.
Последовательность выполнения технологических операций
обеспечивается командами системы управления (СУ). СУ содержит
устройство формирования команд УФК, устройство ввода программ
УВП и пульт ручного управления ПРУ. Оператор может управлять ПР:
– в ручном режиме с ПРУ;
– в автоматическом режиме введением программы с помощью
УВП.
8
УФК, кроме управления приводами, может вырабатывать команды
управления ТО.
Информационная система ИС регистрирует состояние механической системы, ТО и внешней среды, и вырабатывает сигналы,
подающиеся в сравнивающее устройство УФК. На УФК вырабатывается команда дальнейшего такта движения РО. ИС определяет в
значительной мере функциональные возможности ПР, сложность
решаемых ими задач, эксплуатационную надежность и эффективность использования.
2.1.1 Понятие о роботизированных технологических
комплексах
Роботизированный технологический комплекс (РТК) представляет собой совокупность ТО, ПР, вспомогательного оборудования,
средств контроля и предназначен для выполнения одной или нескольких технологических операций в автоматическом режиме. Это
гибкая производственная система, в которой промышленные роботы
реализуют всю технологию производства за исключением управления
и контроля.
РТК могут быть различного масштаба и сложности:
– роботизированная ячейка – состоит как правило из одного –
двух ПР, выполняющих одну или несколько технологических
операций;
– роботизированные ячейки объединятся в роботизированные
участки;
– роботизированные участки образуют роботизированные
линии;
– роботизированные линии в свою очередь образуют роботизи-
рованное производство (завод, фабрика и т. д.).
Все РТК разделяются на две большие группы: РТК, в состав
которых входит какой-либо станок, а ПР используется в нем лишь
для перемещения заготовки из накопителя на станок и от станка на
конвейер, и РТК, в которых робот является исполнителем технологической операции.
9
ПР для РТК подбираются исходя из их грузоподъемности, числа
степеней подвижности, размеров и форм зон обслуживания, типа ТО
и эксплуатационных показателей, и требований.
Масштаб и сложность РТК определяется целью и типом производства, а также сложностью технологических операций.
2.2 Структурный анализ М
Механическая система обеспечивает реализацию технологического назначения ПР. Она включает в себя манипулятор и привод звеньев
и конструктивно состоит из:
– несущей конструкции;
– исполнительного органа;
– рабочего органа;
– приводов;
– передаточных механизмов.
Манипулятор ПР представляет собой многозвенный шарнирный
механизм с заданным числом степеней подвижности и разомкнутой
кинематической цепью, оканчивающейся РО для удержания объекта
манипулирования.
Кинематика движения РО в процессе производства, размеры и
расположение технологического оборудования определяют следующие параметры М:
– количество звеньев М;
– вид кинематических пар, из которых состоит М;
– геометрические размеры звеньев кинематических пар;
– конструкцию соединительных элементов звеньев;
– конструктивное исполнение всей системы.
Конструкция рабочего органа определяется массой объекта манипулирования и точностью его позиционирования.
2.2.1 Виды рабочих зон манипуляторов
Исполнительный орган М представляет собой совокупность
подвижных звеньев, позволяющих осуществить транспортирующие
и ориентирующие движения РО с деталью. Кинематику основных
движений ИО определяет система координатных перемещений РО и
форма рабочей зоны ПР.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]