Лекція №6 Робототехнічні комплекси в гнучких виробничих системах
6.1 Структура, класифікація і основні елементи ПР.
6.2 Основні принципи проектування роботів.
6.3 Агрегатно-модульний принцип компонування ПР.
6.4 Захватні пристрої ПР.
6.5 Компоновки ПР з технологічним обладнанням.
6.6 Технологічна підготовка РТК.
6.7 Роботизовані технологічні комплекси.
6.8 Типові схеми РТК.
6.1 Структура, класифікація і складові елементи ПР
Структура робота, що взаємодії з навколишнім середовищем (НС) та людиною-оператором, спрощено може бути проілюстрована схемою, що зображена на рис. 6.1.
Рисунок 6.1 – Узагальнена структура робота
Згідно схеми робот складається з чотирьох систем: виконавча або рухома (ВС); керуюча або інтелектуальна (КС); інформаційно-вимірювальна або сенсорна (ІВС) та система зв'язку або мова робота (СЗ). До навколишнього середовища (НС) відноситься технічне обладнання, об'єкти маніпулювання, перешкоди в робочій зоні.
ВС – призначена для відпрацьовування керуючих сигналів, що сформовані керуючою системою. Виконавчою системою у роботах є механічні маніпулятори, пристрої переміщення, електромагнітні та пневматичні маніпуляційні пристрої.
ІВС – призначена для сприйняття та перетворення інформації про стан навколишнього середовища, результати його взаємодії з ВС та стану самого робота у відповідності з погребами керуючої системи. Елементами ІВС є теле- та оптико-електронні пристрої, лазерні та ультразвукові далекоміри, давачі тощо.
КС – формує закон керування для ВС на підставі сигналів зворотного зв'язку від ІВС. організує спілкування робота з оператором відповідною мовою, планує дію робота та приймає цілеспрямовані рішення. КС створюється на базі ЕОМ чи мікропроцесорів.
СЗ – призначена для обміну інформації між роботом, оператором, іншими роботами, функціональними пристроями. Інформація від оператора надходить через пункт керування, а від робота до оператора – у формі світлових чи звукових сигналів та передається через табло, цифрові індикатори, дисплеї, монітори, синтезатори мови, та ін.
В залежності від призначення та задач, що розв'язуються, роботи розподіляються на два великих класи: виробничі та пошукові.
Виробничі роботи призначені для виконання фізичної роботи, а також окремих видів трудомістких, напружених та стомлюючих розумових робіт (проектування, інформаційне забезпечення, керування).
Виробничі роботи підрозділяються на: промислові, транспортні, будівельні, сільськогосподарські, побутові та ін.
Пошукові роботи призначені для пошуку, збирання, переробки та передачі інформації про досліджувані об'єкти.
Рисунок 6.2 – Складові елементи ПР
Такими об'єктами є – космос, океанічні глибини, надра Землі, зони обслуговування термоядерного енергетичного обладнання та ін.
Найбільше розповсюдження отримали промислові роботи, особливо в ковальсько-штампованому, зварювальному виробництві, механообробні, складальних операціях, нанесенні покриття та оздоблюванні поверхонь, автоматизації транспортно-складських робіт.
Згідно ГОСТ 25686-85 ПР – це автоматична машина, стаціонарна чи рухома, що складається з виконавчого пристрою у вигляді маніпулятора, який має декілька ступенів рухомості, та перепрограмованого пристрою програмного керування для виконання у виробничому процесі рухомих та керуючих функцій.
Маніпулятор (ГОСТ 25686-85) – це керуючий пристрій чи машина для виконання рухомих функцій, що аналогічні функціям руки людини у просторі, який оснащений робочим органом.
Робочий орган – це складова частина виконавчого пристрою ПР для безпосереднього виконання технологічних операцій чи допоміжних переходів.
Пристрій керування ПР – складова чистина робота для формування та видачі керуючих дій виконуючому пристрою у відповідності з керуючою програмою.
Перепрограмованість (ГОСТ 25686-85) - це властивість ПР змінювати керуючу програму автоматично чи за допомогою людини-оператора.
Складові елементи промислового робота з конструктивної точки зору наведені на рисунку 5.2, з якого видно, що функціонально він складається з двох пристроїв - виконавчого та керування. Конструктивне виконання ПР залежить від багатьох факторів як суб'єктивних так і об'єктивних, наприклад, його призначення, виду технологічного обладнання, характеру технологічного процесу, технічних вимог, наявності та рівня комплектуючих виробів, тощо.
Класифікація ПР. У відповідності з ГОСТ 25685-83 «Роботи промислові, класифікація» всі ПР незалежно від конкретного призначення підрозділяються за ознаками спеціалізації на універсальні, спеціалізовані та спеціальні.
Універсальні ПР призначені для виконання різних технологічних операцій і можуть працювати з різними групами моделей технологічного обладнання.
Спеціалізовані ПР мають більш вузьке призначення і можуть виконувати технологічні операції певного виду з окремо визначеною групою моделей технологічного обладнання.
Спеціальні ПР можуть виконувати тільки одну операцію з окремою моделлю технологічного обладнання.
За видом виконуваних технологічних операцій ПР розподіляються на основні, що здійснюють основні технологічні операції і допоміжні, що виконують допоміжні технологічні операції щодо обслуговування технологічного обладнання. Основні роботи відносяться до основного технологічного обладнання, а допоміжні – до засобів автоматизації. Для більш детальної класифікації використовуються такі ознаки (рис. 6.3):
Рисунок 6.3 – Класифікація роботів
У виконавчих пристроях ПР використовуються механічні, електричні, пневматичні, гідравлічні та комбіновані приводи.
Широкого розповсюдження набули гідроприводні пристрої (≈37%), що забезпечують високу вантажопідйомність ПР, можливість керування в широкому діапазоні швидкостей та прискорень за відносно невисоких експлуатаційних витратах.
Пневмоприводні пристрої найбільш поширені в ПР (≈47%), що мають незначну вантажопідйомність і використовуються на операціях перевантаження об'єктів та обслуговують високопродуктивне ковальсько-пресове та штампувальне обладнання.
Розробка та впровадження у виробництво сучасних високомоментних, високо обертових і лінійних електродвигунів дозволили успішно застосовувати у ПР (≈ 14%) електропривод.
Механічні приводи (≈ 2%) можна застосовувати в ПР з обмеженою вантажопідйомністю при високій швидкодії маніпулювання об'єктами і коли не потрібно проводити надто часте переналагодження
Пристрої керування ПК ПР здійснюють автоматичне керування його маніпуляторами та пристроями переміщення і утворюють в сукупності з ними систему автоматичного керування робота.
Окрім того ПК ПР часто застосовують для керування технологічним обладнанням, що працює сумісно з ПР.
У відповідності з назвами поколінь роботів розрізняють наступні ПК ПР:
програмні (1-е покоління ПР) - це пристрої, що здійснюють керування виконавчою ланкою за завчасно введеною програмою, яка залишається незмінною під час процесу реалізації;
адаптивні (2-е покоління ПР) - це пристрої, що здійснюють керування виконавчою ланкою в функції від контрольованих параметрів стану зовнішнього середовища і ПР з автоматичною зміною керуючої програми;
інтелектуальні чи інтегральні (3-е покоління ПР) - це такі пристрої, в яких адаптивні властивості розвинені і доповнені здатністю планувати поведінку ПР в залежності від відповідних задач, критеріїв якості, власного стану зовнішнього середовища.
За способом керування розрізняють ПР:
циклового керування - керуючий рух робочого органу ПР визначається тільки положенням початкової і кінцевої точок;
позиційного керування - керуючий рух робочого органу ПР відбувається за заданими точками позиціювання при відсутності контролю траєкторії руху між ними;
контурного керування - керуючий рух робочого органу ПР відбувається за заданою траєкторією з встановленою за відрізками часу переміщення швидкістю.
ПК можуть мати зворотній зв'язок чи він може бути відсутнім. В залежності від цього розрізняють замкнені чи розімкнеш ПК.
За типом використання сигналів - аналогові, цифрові, цифро-аналогові. ПК бувають індивідуальні (для одного ПР) та групові (для декількох ПР).
ІТП (інформаційно-вимірювальний пристрій) ПР діляться на сенсорні пристрої, які виявляють геометричні, хімічні та інші властивості об'єктів.
Для швидкого і точного виконання технологічних операцій ПР повинен бути оснащеним відповідними інформаційно-вимірювальними пристроями (ІВП).
Особливо це стосується ПР з адаптивним керуванням, що містять мікроЕОМ, які зайняті на операціях механічного складання, електродугового та газового зварювання, фарбування, знімання деталей з конвеєра, сортування виробів.
ІВП ПР діляться на сенсорні пристрої, що виявляють геометричні, хімічні та інші властивості об'єктів:
пристрої відчуття, що забезпечують робот зовнішньою інформацією:
пристрої внутрішньої інформації, що дають змогу оцінити стан вузлів і підсистем самого маніпулятора і параметри руху.
За ознакою відстані отримання інформації ІТП розподіляються на:
пристрої щонайближчої дії для надання відчуття захватам та іншим частинам маніпуляторів, а також корпусу ПР.
пристрої близької дії для забезпечення інформацією безконтактним способом в безпосередній близькості від робота.
пристрої далекої дії для отримання інформації про зовнішнє середовище в об'ємі всієї робочої зони.
пристрої щонайдальшої дії, якими оснащуються рухомі роботи.
У наведених сенсорних пристроях використовуються тактильні та силометричні здавачі, далекоміри, вимірювачі щільності ґрунту, локаційні сенсори, оптичні, радіотехнічні, телевізійні, інерційні системи тощо.
До ІВП ПР висуваються наступні основні вимоги:
малі габаритні розміри і маса конструкції;
можливість розміщення в механізмах ступенів рухомості на захватних пристроях та інших частинах маніпуляторів;
висока надійність експлуатації в різних умовах експлуатації;
стійкість до механічної чи температурної дії;
простота регулювання, обслуговування чи заміни;
низька собівартість.