1.3. Промышленные роботы

Промышленные роботы находят все более широкое применение, заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиями труда.

Это всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они обеспечивают возможности для перехода к качественно новому уровню автоматизации – созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.

Одно из их основных преимуществ – возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Поэтому применение промышленных роботов наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного труда.

Учитывая, что подавляющее большинство (до 75%) общемашиностроительной продукции выпускается сравнительно мелкими сериями, повышение уровня автоматизации серийного и мелкосерийного производств является важнейшей технико-экономической проблемой. К основным достоинствам применения промышленных роботов следует отнести:

 облегчение труда рабочего с конечной целью освобождения его от неквалифицированного, монотонного, а также тяжелого и вредного труда;

 обеспечение условий безопасности труда, снижение потерь рабочего времени от производственного травматизма и профтехзаболеваний;

 повышение производительности труда и качества выпускаемой продукции за счет снижения времени выполнения операций и обеспечения постоянного режима работы «без усталости»;

 увеличение выпуска продукции за счет роста коэффициента сменности работы оборудования до 1,9 при двухсменной и до 2,9 при трехсменной работе;

 интенсификацию существующих и стимулирование создания новых прогрессивных, высокоскоростных процессов;

 повышение уровня автоматизации и экономической эффективности серийного и мелкосерийного многономенклатурного производства;

 обеспечение стабильности энергозатрат за счет круглосуточной работы оборудования.

В табл. 8 показано распределение парка промышленных роботов по видам производства, а в табл. 9 – по промышленным отраслям.

Таблица 8

Распределение промышленных роботов по видам производства

Обслуживание кузнечно-штамповочного производства	25%
Обслуживание станков	20%
Обслуживание печей	10%
Окраска и нанесение защитных покрытий	13%
Сварка	11%
Транспортные и складские работы	10%
Сборка	6%
Прочие работы	5%

Таблица 9

Распределение промышленных роботов по отраслям

Отрасль промышленности	%
Автомобильная	38
Электротехническая	18
Производство пластмасс	11
Обработка металлов	8
Металлургия	7
Текстильное производство	3
Точное машиностроение	3
Прочие отрасли	12

1.3.1. Основные понятия

Промышленный робот – перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Характерными признаками промышленных роботов являются автоматическое управление, способность к быстрому и относительно легкому перепрограммированию, способность к выполнению трудовых действий. Он относится к обширному классу машин, оснащаемых манипуляторами.

Манипулятор – устройство, предназначенное для имитации двигательных и (или) рабочих функций руки человека и управляемое оператором или действующее автоматически.

Объектом манипулирования называют тело, перемещаемое в пространстве манипулятором. К объектам манипулирования относятся заготовки, детали, захватные устройства, вспомогательный, мерительный или обрабатывающий инструмент и т.п.

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

В состав структурной схемы манипулятора (ГОСТ 21024-75) входят следующие элементы:

 задающий орган – функциональная часть манипулятора, предназначенная для создания управляющих сигналов и движений;

 исполнительный орган – его функциональная часть, предназначенная для выполнения действий по сигналам и движениям, поступающим от задающего органа;

 связующий орган – предназначен для передачи сигналов и движений от задающего органа;

 рабочий орган – часть исполнительного органа, предназначенная для реализации технологического назначения манипулятора (выполняется в виде захватов, инструмента и т.п.);

 автооператор – неперепрограммируемый автоматический манипулятор.

К классу промышленных роботов относятся манипуляторы с интерактивным управлением. Интерактивный робот – попеременно управляемый оператором или действующий автоматически. В отличие от биотехнических интерактивные системы имеют устройства памяти для выполнения отдельных действий. В ГОСТ 25686-83 «Роботы промышленные. Термины и определения» дано более развернутое определение промышленного робота.

Промышленный робот – это автоматическая машина, представляющая собой манипулятор с перепрограммируемым устройством управления и предназначенная для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении предметов производства и (или) технологической оснастки.

Здесь важно обратить внимание на то, что, помимо двигательных, робот может выполнять и управляющие функции (например, при обслуживании нескольких станков он должен выполнять функции диспетчера: давать команду на открытие заграждения в станке при подходе робота для смены заготовки).

На рис. 15 представлена структура промышленного робота.

Рис. 15. Структура промышленного робота

В любой промышленный робот входят две основные системы: система программного управления (СПУ) и механическая система (МС).

Система программного управления предназначена для программирования, сохранения управляющей программы, ее воспроизведения и отработки. Она состоит из устройств:

• ввода управляющей программы;

• запоминающего (запись, хранение и выдача управляющей программы);

• хранения управляющей программы (запоминание, фиксация и длительное хранение на программоносителе);

• преобразующего (преобразование управляющей программы в вид, необходимый для управления силовым приводом);

• силового привода;

• обратной связи;

• сравнения (сравнение информации о состоянии внешней среды, параметрах функционирования робота от датчиков обратной связи и выработка сигнала ошибки на основании сравнения входного сигнала управляющей программы и сигнала от датчиков);

• управления (автоматическое управление работой всех частей СПУ в соответствии с заданным режимом и программой);

• пульта управления.

Управляющая программа может быть зафиксирована как с помощью механических аналогов (копиров, упоров) и различных коммутаторов (штекерных панелей, барабанов командоаппаратов), так и на быстросменных носителях (перфолентах, магнитных лентах, дисках).

В состав СПУ входит информационная система (ИС), которая обеспечивает сбор, первичную обработку и передачу в систему управления данных о функционировании узлов и механизмов (в том числе и блоков самой СПУ) и состоянии внешней среды. Она включает в себя устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов, а также комплекс датчиков различного функционального назначения. Информационную систему по функциональному назначению условно можно разделить на три подсистемы:

1. Восприятия и переработки информации о внешней среде, в которой функционирует робот – контроль состояния объекта труда и обслуживаемого оборудования. Эта подсистема может быть разделена на дистантную (визуальную) и контактную (осязания).

2. Подсистему внутренней информации о состоянии узлов, механизмов и систем робота.

3. Подсистему обеспечения техники безопасности.

Механическая система обеспечивает выполнение двигательных функций и реализацию технологического назначения робота. Ее часто называют собственно манипулятором. Она представляет собой пространственный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Конструктивно состоит из следующих основных узлов:

 несущих конструкций;

 приводов;

 передаточных механизмов;

 исполнительных механизмов;

 захватных устройств.

Исполнительный механизм – совокупность подвижно соединенных звеньев, предназначенных для воздействия на объект манипулирования или обрабатываемую среду. Исполнительный механизм, осуществляющий транспортирующее и ориентирующее движения, называют рукой робота. Если звенья исполнительного механизма соединены между собой только вращательными кинематическими парами, то в совокупности они образуют руку шарнирного типа.

Захватное устройство (схват) – узел механической системы робота, обеспечивающий захватывание и удержание в определенном положении объекта манипулирования. Схваты относятся к числу сменных элементов. Как правило, роботы комплектуют набором типовых схватов.

Соединение звеньев в кинематическую цепь осуществляется с помощью кинематических пар. Обозначения звеньев и кинематических пар приведены в ГОСТ 2.770-68.