CC BY
19
УДК 338.2
Федоров В.Е.,
доцент кафедра АТПиП Глушков Г.Е. ст. преподаватель кафедра АТПиП ГОУПГУ им. Т.Г. Шевченко филиал в г. Рыбница Приднестровье, г. Рыбница ОСНОВНОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА
В статье рассмотрены основное и вспомогательное оборудование автоматизированного производства, понятие и классификация промышленных роботов, функциональная схема робота, механическая система манипулятора, роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции.
Ключевые слова: Автоматизация, оборудование, промышленные роботы, манипулятор, роботизированные системы.
Fedorov V.E. Glushkov G.E.
" BASIC AND AUXILIARY EQUIPMENT OF THE AUTOMATED
PRODUCTION "
The basic and auxiliary equipment of the automated production, concept and classification of industrial robots, functional diagram of robot, mechanical system of manipulator, роботизированные systems in that robots execute basic technological operations, is considered in the article.
Keywords: Automation, equipment, industrial robots, manipulator, robotic systems.
Для повышения производительности труда и качества изделий во всем мире широко используется автоматизация производства. Объектами автоматизации могут быть операционные процессы и межоперационные перемещения изделий. По масштабам автоматизация может охватывать отдельные участки, цеха и даже целые предприятия. В зависимости от организации производства, типа производства и объема выпускаемой продукции могут быть три уровня автоматизации:
• «жесткая автоматизация» - автоматизированное производство с ограниченными возможностями переналадки;
• гибкое автоматизированное производство;
• «жесткая автоматизация» - обеспечивает большие объемы производства при долговременном выпуске единых изделий.
«Жесткая автоматизация» широко применялась при планово-
распределительной экономике. Себестоимость изделий при этом была невысокой, однако изделия при долговременном выпуске морально устаревали. При смене изделия требовался, как правило, полный демонтаж линий по выпуску изделий.
Автоматизированное производство с ограниченными возможностями переналадки также не рассчитано на частую сменность изделий. При переходе на новое изделие требуются достаточно серьезные экономические вложения, связанные с частичным демонтажем автоматизированной линии и частичной заменой оборудования.
При условии быстрой сменности изделий наиболее эффективно гибкое автоматизированное производство. В его основе, как правило, заложен модульный принцип. Оборудование состоит из отдельных модулей, которые легко могут быть заменены на другие. Система управления перепрограммируется на новые условия выпуска изделий.
Для автоматизации операционных процессов могут быть использованы различные автоматизированные системы, станки и технологическое оснащение.
В современном производстве в зависимости от объемов и частоты сменяемости выпуска изделий необходимо применять современное высокопроизводительное технологическое оборудование, позволяющее получать качественную продукцию с минимальными затратами.
Характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий при высокой производительности. Выполнить эти условия возможно путем автоматизации технологического оборудования, применением систем числового программного управления, современных информационных технологий.
Определились два требования к современному промышленному производству: с одной стороны, уменьшение сроков подготовки производства и выпуска, а также серийности промышленной продукции, а с другой -уменьшение трудоемкости изготовления и стоимости при высоком качестве продукции.
Удовлетворение первого требования предусматривает увеличение универсальности оборудования и систем управления, позволяющих отрабатывать любые заранее не планируемые ситуации, быстро переходить на изготовление новой продукции.
Второе требование связано с необходимостью комплексной автоматизации производства, которая ассоциируется с применением технологического оборудования с программным управлением и ЭВМ на различных уровнях управления - от непосредственного управления оборудованием до управления финансовой деятельностью предприятия.
В относительном противоречии этих требований в большой степени и заключаются трудности создания современного эффективно функционирующего производства. Чтобы удовлетворить противоречивым требованиям, необходимо придать производству определенные свойства:
• гибкость и маневренность, т.е. способность быстро перестраиваться на выпуск новой продукции;
• высокий технический уровень и хорошую оснащенность новыми технологиями и оборудованием, позволяющими выпускать изделия высокого качества, большой надежности и ресурса;
• экономичность, обеспечивающую приемлемую для рынка продажную цену продукции, а следовательно, и минимальные затраты на ее производство, экономию всех видов ресурсов, включая возможно более широкое использование прошлого труда.
Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до наших дней образцом для них служат возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых и опасных работах породило идею создания робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения. Функциональная схема робота показана на рис. 1. В общем виде она включает исполнительные системы -манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения (транспортную), ин-формационно-управляющую, сенсорную, дающую информацию о внешней среде и систему связи с оператором, а также с другими взаимодействующими с роботом машинами. Исполнительные системы состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора - кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается каким-нибудь рабочим инструментом или захватным устройством.
Рис. 1. Функциональная схема робота
Со временем понятие робот расширилось и под ним часто стали понимать любую автоматическую машину, заменяющую человека и чем-то напоминающую его разумное поведение.
Робот - это машина автоматического действия, которая объединяет
свойства машин - рабочих и информационных. Роботы также принципиально отличаются от других машин своей универсальностью (многофункциональностью) и гибкостью (быстрым переходом к выполнению новых операций.)
Кроме роботов с той же целью широко применяют манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т. п.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а также однопрограммные (неперепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Эти устройства явились в значительной степени предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. п.).
Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, принято называть роботизированными.
Роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции, называются робототехническими.
Роботы наиболее распространены в промышленности и, прежде всего, в машиностроении. Применяемые в промышленности роботы называют промышленными роботами (ПР).
К промышленным роботам, работающим в составе автоматических производств, предъявляются следующие основные требования:
1. Работа в автоматическом режиме при основных и вспомогательных операциях.
2. Автоматическая перенастройка по управляющим командам.
3. Стыкуемость промышленного робота по всем параметрам с оборудованием, в составе которого он будет работать.
4. Возможность осуществлять управляющие воздействия на основное технологическое оборудование.
Наряду с промышленностью роботы применяются и в других областях народного хозяйства и вообще человеческой деятельности:
• на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин);
• в сельском хозяйстве;
• в медицине (протезирование, обслуживание больных и инвалидов -в хирургии);
• в сфере обслуживания;
• при исследовании и освоении океана и космоса и выполнения работ в других экстремальных условиях (стихийные бедствия, аварии, военные действия), в научных исследованиях.
Применение роботов не только приносит конкретный технико-экономический эффект, связанный с повышением производительности труда, сменности работы оборудования и качества продукции, но и является существенным средством решения социальных проблем, позволяя освобождать людей от тяжелого, опасного и монотонного труда.
Существует большое количество промышленных роботов. Они имеют различное конструктивное исполнение, различные системы управления, различные технические характеристики, которые определяют их технические возможности и области применения. В связи с этим промышленные роботы классифицированы. Промышленные роботы классифицируют по основным признакам:
1.По типу выполняемых операций различают промышленные роботы:
-технологические - выполняют основные технологические операции.
Технологические роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные можно отнести к средствам автоматизации;
-вспомогательные - выполняют вспомогательные технологические операции по обслуживанию основного технологического оборудования.
2.По широте перечня операций, для выполнения которых предназначен робот, различаются роботы:
- специальные;
- специализированные;
- универсальные.
Специальные роботы предназначены для выполнения одной конкретной технологической операции (например, сварка, нанесение покрытий, определенная сборочная операция или обслуживание определенной марки технологического оборудования).
Специализированные роботы могут выполнять несколько однотипных операций (сборочный робот со сменными рабочими инструментами, робот для обслуживания определенного типа технологического оборудования и т. п.).
Универсальные роботы могут выполнять различные основные и вспомогательные операции в пределах их технических возможностей.
3.По показателям, определяющим их конструкцию. К таким показателям относятся:
- тип приводов;
- грузоподъемность;
- количество манипуляторов;
- тип и параметры их рабочей зоны;
- подвижность и способ размещения;
- исполнение по назначению.
Приводы, которые используются в манипуляторах и системах передвижения роботов, могут быть электрическими, гидравлическими и пневматическими. Часто их применяют в комбинации.
Грузоподъемность робота - грузоподъемность его манипуляторов, а для транспортного робота еще и его шасси.
Количество манипуляторов у роботов в большинстве случаев ограничено одним. Однако в зависимости от назначения существуют конструкции роботов с 2, 3 и совсем редко 4 манипуляторами. Манипулятор
может быть оснащен двумя схватами (рабочими органами), что повышает эффективность его работы.
Тип и параметры рабочей зоны манипулятора определяют область окружающего робот пространства, в пределах которой он может осуществлять манипуляции, не передвигаясь, то есть при неподвижном основании. Рабочая зона манипулятора - это пространство, в котором может находиться его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипулятора. Форма рабочей зоны определяется системой координат, в которой осуществляется движение рабочего органа манипулятора, и числом степеней подвижности манипулятора.
Подвижность робота определяется наличием или отсутствием у него системы передвижения. В первом случае роботы называют мобильными, а во втором - стационарными.
По способу размещения стационарные и мобильные роботы бывают:
- напольными;
- подвесными (мобильные роботы этого типа обычно перемещаются по поднятому монорельсу);
- встраиваемыми в другое оборудование (например, с размещением на станине обслуживаемого им станка).
Исполнение робота по назначению зависит от внешних условий, в которых он должен функционировать. Различают исполнение:
- нормальное;
- пылезащитное;
- теплозащитное;
- влагозащитное;
- взрывобезопасное и т. д.
4. По способу управления различают промышленные роботы:
- программные;
- адаптивные;
- интеллектуальные.
Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным и дискретным. В последнем случае управление движением осуществляется заданием последовательности точек с остановкой в каждой из них. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое, при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально - чаще всего ограничено двумя -начальной и конечной.
5. По быстродействию и точности движений. Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства. Быстродействие манипулятора определяется скоростью перемещения его рабочего органа и может быть разбито на три диапазона в зависимости от линейной скорости:
• малое - до 0,5 м/с;
• среднее - от 0,5 до 1.. .3 м/с;
• высокое - при больших скоростях.
Наибольшая скорость манипуляторов современных роботов достигает 10 м/с и выше. Точность манипулятора и системы передвижения робота характеризуется погрешностью позиционирования. Чаще всего точность роботов характеризуют абсолютной погрешностью. Точность роботов общего применения можно разбить на 3 диапазона в зависимости от линейной погрешности:
• малая - от 1 мм и более;
• средняя - от 0,1 до 1 мм;
• высокая - при меньшей погрешности.
Наименьшую точность имеют роботы, предназначенные для выполнения наиболее грубых движений, а наибольшую, микронную, роботы, используемые, например, в электронной промышленности.
Рассмотренные в данной статье параметры роботов относятся к классификационным, то есть используются при формировании типажа роботов и, соответственно, их наименований.
Использованные источники:
1. Бубнов М.А, Подураев Ю.В., Робототехнические мехатронные системы. Кн./ Изд. Станкин / Егоров О.Д. 2015. - 328 с.
2. Макаров И. М Робототехника и гибкие автоматизированные производства. Приводы робототехнических систем: Учеб. пособие для вузов; - М.: Высш. шк., 2012, - 175 с.
3.Макаров И. М. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. Управление робототехническими системами и гибкими автоматизированными производствами: Учеб. пособие для втузов/ и др.; - М.: Высш. шк., 2011. - 159 с.
4. Никитин К. Д.. Основы робототехники/ - Красноярск: Изд-во Красноярского универ., 2009. - 206 с.
