24.3 Классификация и виды промышленных роботов

Промышленный робот (ПР) – это 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.

Благодаря быстрой переналадке промышленные роботы обеспечивают наибольший эффект в условиях частой смены объектов производства, а также при автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Применение промышленных роботов в массовом производстве позволяет в короткие сроки комплектовать средствами автоматизации автоматические линии. Как показывает опыт, комплексное применение промышленных роботов позволяет повысить производительность труда, сменность работы оборудования, а также существенно улучшить ритмичность и общую культуру производства. Применение роботов открывает широкие перспективы создания принципиально новых технологических процессов, не связанных с ограничениями, налагаемыми непосредственным участием человека.

Управляемое устройство или машина для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека, при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом, называется манипулятором. В зависимости от метода управления манипуляторы могут быть с ручным, автоматическим и интерактивным (комбинированным) управлением. Манипулятор с ручным управлением – устройство, в процессе управления которым участвует оператор. Манипулятор с интерактивным управлением − устройство, в процессе управления которым автоматический и ручной методы управления чередуются во времени. Автоматический манипулятор обеспечивает выполнение двигательных функций без участия оператора. Автооператор – это не перепрограммируемый автоматический манипулятор.

Основными структурными составными частями промышленного робота являются: исполнительное устройство, система управления и информационная система. Исполнительное устройство промышленного робота выполняет его двигательные функции. В состав промышленного робота входят манипулятор и система передвижения.

Система управления – совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих средств управления, обеспечивающих обучение (программирование), сохранение программы и ее воспроизведение (считывание информации и передача управляющих сигналов исполнительным органам промышленного робота).

Информационная система – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, обеспечивающих получение, преобразование, обработку и передачу информации о состоянии промышленного робота и внешней среды.

В зависимости от выполняемых функций промышленные роботы (ПР) подразделяются на подъемно-транспортные (вспомогательные), производственные (технологические) и универсальные.

Подъемно-транспортный ПР предназначен для выполнения вспомогательных переходов или операций перемещения: выполняет действия типа «взять − положить» при обслуживании основного технологического оборудования на операциях транспортирования, установки заготовок и снятия деталей, инструмента и приспособлений, а также на траспортно-складских операциях.

Производственный (технологический) ПР предназначен для выполнения технологических операций переходов. Он непосредственно участвует в технологическом процессе в качестве производящей или обрабатывающей машины, выполняющей основные технологические операции (гибку, сварку, окраску, сборку и т. д.).

Универсальный ПР может выполнять функции подъемно-транспортного (вспомогательного) и производственного (технологического) роботов.

Возможности ПР определяются типом системы программного управления (СПУ) и характером отработки программ.

В ПР применяют три системы СПУ, классифицируемые в соответствии с характером и дискретностью перемещений, степеней подвижности: позиционные – от точки к точке; контурные – по непрерывной траектории, когда положение рабочих органов определено в каждый момент времени; комбинированные (универсальные).

По способу представления задающей информации СПУ делятся на следующие виды: электромеханические, цикловые (ЦПУ), аналоговые (АПУ), числовые (ЧПУ) и аналого-числовые (гибридные).

В электромеханических системах информация задается положением упоров, настройкой реле времени, кулачками распределительного механизма, копирами и т. д.

В системах ЦПУ управляющие команды задаются в числовом виде, а геометрическая информация – положением механических упоров или подключением конечных выключателей.

В аналоговых СПУ информация задается в виде потенциалов. В качестве элементной базы в них используются решающие и операционные усилители постоянного тока.

В системах ЧПУ (позиционных и контурных) информация представлена в виде числовых кодов, хранящихся на быстросменных носителях.

В гибридных СПУ может использоваться информация, представленная в различном виде – числовом, аналоговом и т. д.

Основными техническими показателями ПР являются:

грузоподъемность – наибольшее значение массы предметов производства или технологической оснастки (включая массу захватного устройства), при которой гарантируется их удержание и обеспечение установленных эксплуатационных характеристик;

зона обслуживания – пространство, в котором выполняет свои функции рабочий орган;

число степеней подвижности;

погрешность позиционирования;

траектория движения рабочего органа.

По ГОСТ 25204-82 установлен ряд номинальных грузоподъемностей ПР и разделение их на группы: сверхлегкие (0,08 … 1,0 кг); легкие (1,25… 10 кг); средние (12,5 … 200 кг); тяжелые (250 … 1000 кг); сверхтяжелые ПР (более 1250 кг).

Числом степеней подвижности называется число степей свободы звеньев кинематической цепи относительно звена, принятого за неподвижное. В ПР число степеней подвижности определяется как сумма возможных координатных движений объекта манипулирования относительно неподвижного звена (стойки, опорной системы, основания и т. д.).

Под погрешностью позиционирования понимается отклонение положения рабочего органа ПР от заданного управляющей программой.

Объем памяти запоминающего устройства – наибольшее количество информации, которое может в нем храниться. Для систем ЧПУ объем памяти определяется числом машинных слов или двоичных знаков.

В зависимости от конструктивно-компоновочной схемы и объекта манипулирования ПР может находиться в рабочем объеме, имеющим ту или иную форму, а его перемещения осуществляться в различных системах координат. Система координатных перемещений ПР определяет кинематику основных движений механической системы робота и форму рабочей зоны.