CC BY
59УДК 621.865.8
Р.А. Гараев, А.О. Рогожников
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: garaevrobert01@mail.ru
ПЕРСПЕКТИВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ
В век высокого спроса на различные механические устройства необходимо обеспечить их быструю и качественную сборку в нужных количествах. Для этого требуется прибегнуть к помощи роботов-манипуляторов, которые будут собирать и создавать механизмы по строго запрограммированному сценарию, что значительно повысит скорость и качество по сравнению с ручной сборкой. Благодаря возможности дистанционного управления робот-манипулятор также сможет выполнять вредные для здоровья людей операции, такие как исследование подводных акваторий или работа в суровых условиях.
Ключевые слова: робот-манипулятор, промышленное оборудование, дистанционное управление, сборка.
R.A. Garaev, A.O. Rogognikov
Kamchatka State Technical University Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: garaevrobert01@mail.ru
PERSPECTIVE OF ROBOT MANIPULATOR USE IN VARIOUS INDUSTRIES
In an age of high demand for various mechanical devices, it is necessary to ensure their quick and high-quality assembly in the right quantities. Robot manipulators will help to do this. They will assemble and create mechanisms according to a strictly programmed plan, that will significantly increase the speed and quality compared to manual assembly. Thanks to the remote-control capability, the robot manipulator will also be able to perform operations that are harmful to human health, such as exploring underwater areas or working in harsh environments.
Key words: robot manipulator, industrial equipment, remote control, assembly.
Робот-манипулятор является одним из наиболее востребованных вариантов промышленного оборудования. Данный механизм управляется дистанционно и является одним из главных элементов большинства технологических процессов, особенно тех, которые требуют большого навыка и точности, а также чрезвычайно опасны и вредны для здоровья человека. Наибольшую эффективность роботы-манипуляторы достигают в составе конвейеров - автоматизированных производственных систем. Их использование позволяет повысить качество и производительность выполняемых работ, при этом не требует большого количества ресурсов на поддержание и обслуживание. Помимо промышленного производства манипуляторы могут использоваться как модули для различных устройств, начиная от дронов и заканчивая различными протезами.
Роботы-манипуляторы относятся к профессиональному оборудованию [1]. В основном их конструкция имитирует движение предплечья и кисти человека. Главным преимуществом данных устройств является возможность выполнения работы, на которую физически не способен человек. Именно это является основной причиной роста их использования и популярности. Поскольку человек управляет роботами-манипуляторами дистанционно, количество производственных травм значительно сокращается, что, безусловно, увеличивает безопасность работ.
Главным различием между манипуляторами является дополнительное навесное оборудование, которое и определяет техническую сферу и задание данного устройства. Этим оборудованием может быть: сварочная головка, фреза, захваты разных типов, техническая пробирка,
лазерный резак и т. д. Один и тот же механизм с различным оборудованием может выполнять совершенно разную работу, что, в свою очередь, означает универсальность данных устройств. Робот-манипулятор (рис. 1) состоит из следующих конструктивных элементов:
- рабочий орган (1) - устройство, непосредственно выполняющее операции, воздействующее на объект манипулирования; это инструмент (лазерный резак, фреза) или механический захват;
- опорные конструкции (2) - элементы, обеспечивающие прочность конструкции; в зависимости от вида робота они представляют собой стойки, колонны, тросы и другое;
- манипуляционная система (3) - механизм, состоящий из большого количества звеньев, служит для пространственной ориентации органа и его переноса от одной точке к другой;
- привод (4) - элемент, который приводит всю конструкцию в движение и действует согласно заданным программным параметрам; привод, в свою очередь, состоит из энергоустановки, двигателей, передаточных механизмов [2];
- система программного управления - это «ядро» автоматизированного помощника, автоматизирующее процесс выполнения задачи.
На рынке современной техники существует множество манипулирующих устройств (рис. 2) от разных фирм с различными техническими характеристиками и ценовой категорией.
Рис. 2. Разновидности роботов-манипуляторов
У каждого есть свои достоинства и недостатки, характерно выделяющие его перед другими подобными устройствами. В таблице представлены одни из самых востребованных моделей роботов-манипуляторов.
Модели роботов-манипуляторов и их характеристики
№ п/п Название Характеристики Особенности Стоимость
1 Dobot Magician Educational Размеры, мм: 340x300x400 Вес, кг: 3, 4 Программное обеспечение: DobotStudio, Repetier Host, Grbl Controller 3.6, DobotBlockly (Visual Programing editor) Материал: алюминий Грузоподъемность, кг: 1 Лазерная гравировка, модуль Wi-Fi Высокая повторяемость с точностью до 0,2 Может управляться с ПК и телефона Множество портов 264 000 Р
Окончание табл.
№ п/п Название Характеристики Особенности Стоимость
2 UFACTORY uArm Swift Pro Размеры, мм: 150x140x281 Вес, кг: 2,2 кг Материал корпуса: алюминий Программное обеспечение: uArm Studio, uArm Play Материал: алюминий Грузоподъемность, кг: до 0,5 Возможность 3D-печати Может управляться с телефона или ПК Распознавание лиц Русскоязычное ПО 130 000 Р
3 KUKA KR10 Размеры, мм: 960x515x300 Вес, кг: 54 Материал: сталь Грузоподъемность, кг: 10 Рабочий диапазон, мм: 1101 Защита IP 65/67 Быстрая связь через Gigabit Ethernet Встроенные карты памяти для важных системных данных 1 400 000 Р
4 CRP RH18-20 Размеры, мм: 1570x1045x476 Вес, кг: 285 Материал: сталь Грузоподъемность, кг: 20 Максимальный охват: 1 720 мм Защита: корпус IP54 Манипулятор: IP67 Широкая область применения Высокая скорость работы 1 800 000 Р
Все представленные в таблице роботы-манипуляторы, несомненно, можно использовать в производстве. Преимущества использования оборудования данного типа лежат на поверхности: значительно повышается точность исполняемых операций, возрастает их безопасность, снижается количество брака. Помимо этого, робот способен выдерживать большие нагрузки в течение длительного времени, а зачастую - работать круглосуточно. Человек так работать не может. Соответственно, рентабельность производства существенно возрастает. Именно поэтому роботы-манипуляторы достаточно быстро окупают вложения на их покупку и внедрение в эксплуатацию.
Однако данные механизмы спроектированы для создания конвейерных производств и обучения обращения с ними [3]. Большинство из устройств, поставляемых на наш рынок, производятся заграничными компаниями и имеют иностранное программное обеспечение, что в условиях текущей мировой обстановки может быть критично и нереализуемо ввиду отсутствия ремонта и обслуживания данных роботов-манипуляторов, а также нарушения логических поставок, что особенно критично для удаленных регионов России. К тому же после ухода некоторых заграничных компаний дистанционно может быть заблокирована и программа управления этими устройствами.
Уже сейчас в Камчатском государственном техническом университете на кафедре «Энергетические установки и электрооборудование судов» ведется разработка робота-манипулятора (рис. 3).
Основной особенностью разрабатываемого устройства станет модульность и наличие различных режимов работы, что позволит использовать его как в стационарном месте для использования в производственном цеху, так и на подвижном устройстве, как, к примеру, дрон. Это значительно снизит затраты на осмотр морских акваторий, поскольку вместе группам водолазов будет достаточно одного подводного устройства, на которое будут установлены необходимые манипуляционные модули, которые смогут собирать образцы грунта и брать пробы воды. Помимо этого, данный проект поможет увеличить производительность труда на морских предприятиях посредством перемещения объектов с большим весом, будь то коробки с продукцией или с сырьем. Робот-манипулятор будет работать на собственном программном обеспечении, что позволит реализовать полный спектр возможностей и исключить внешнюю блокировку.
Весь комплекс работ направлен на разработку отечественного аналога, приспособленного к работе в режиме критических погодных условий и агрессивной внешней среды (в случае установки на подвижные устройства). На данный момент ведется сбор необходимой информации, моделирование прототипа модели робота-манипулятора, а также анализ и поиск виртуальной среды для написания программного обеспечения, необходимого для полного управления данным устройством.
Определенно можно сказать, что за роботами-манипуляторами будущее. Их использование значительно повышает эффективность и скорость производства, позволяет сократить количество брака и производственных травм, поскольку все будет совершаться непосредственно устройствами по отработанному и заранее прописанному сценарию. К тому же роботы-манипуляторы могут работать в недоступных для людей местах и условиях. Но для полноценной интеграции в производство требуется большое количество работы и ресурсов, от установки самого оборудования и до наладки программного обеспечения, а для этого требуются специально обученные люди. Именно поэтому ведется самостоятельная разработка данных устройств и программ к ним.
Литература
1. Кулешов В.С., Лакота Н.А. Дистанционно управляемые роботы и манипуляторы. - М.: Машиностроение, 1986. - С. 52-56.
2. Белов А.О. Судовые электроприводы. Основы теории и динамики переходных процессов. - М.: Моркнига, 2016. - 120 с.
3. Панфилов Ю.В., Рябов В.Т., Цветков Ю.Б. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы. - М.: Радио и связь, 1988. - 120 с.
