Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ПРЕДИСЛОВИЕ
Перед работниками промышленности стоят очень важные задачи: создать машины для комплексной механизации и автоматизации производства, повысить эффективность использования трудовых ресурсов, а также последовательно сокращать применение ручного, тяжелого и неквалифицированного труда во всех отраслях народного хозяйства.
Одним из наиболее эффективных путей решения этих задач является создание машин, способных заменить рабочих, выполняющих на производстве множество вспомогательных операций (загрузку и разгрузку металлорежущих станков, прессов, литейных машин, складирование готовой продукции), а также производящих сварку, окраску и ряд других работ. В последние годы для этих целей у нас в стране и за рубежом начали применять манипуляторы с программным управлением, выделенные в особый класс машин, получивших наименование «промышленные роботы».
Промышленные роботы позволяют освободить человека от выполнения тяжелого, быстроутомляющего ручного труда, часто не требующего от него высокой и даже средней квалификации. Они способны заменить человека на производстве и там, где его труд связан с опасностью, например во взрывоопасных помещениях, при работе с вредными веществами, в условиях, где велика вероятность травматизма и т. д. Все это позволяет наряду с технико-экономическими аспектами применения промышленных роботов особо рассматривать и подчеркивать социальный аспект их применения.
Промышленные роботы позволяют, и это подтверждается практикой, интенсифицировать использование технологического оборудования, повысить сменность его работы. Робот не утомляется, он практически нечувствителен к условиям труда. Как следствие этого, сокращается процент брака выпускаемых изделий.
Применение промышленных роботов коренным образом изменяет характер производства, позволяет осуществить его полную комплексную автоматизацию.
Робототехника сегодня переживает период бурного развития. Интенсивно ведутся работы в этой области в США, Японии, Англии, Швеции, ФРГ и других странах. Постоянно расширяется объем исследований и опытно-конструкторских разработок в области промышленных роботов и в нашей стране, наращиваются мощности по их серийному изготовлению. Совер-
шенствуются конструкции и создаются новые модели роботов первого поколения, а также более сложные роботы, способные сориентироваться» в окружащей их среде и (в перспективе) обладающие искусственным интеллектом. Такие роботы будут иметь высокую степень автономности и потребуют широкого использования средств вычислительной техники.
В связи с большим интересом, который проявляют к робототехнике специалисты в области механизации и автоматизации производственных процессов, выход в свет первой у нас книги по промышленным роботам является весьма своевременным. Книга содержит обширные сведения по конструкциям промышленных роботов как зарубежных, получивших наибольшее распространение, так и отечественных. Несомненным достоинством книги является то, что в ней большое внимание уделено вопросам рациональной технологии применения роботов, в том числе при комплексной автоматизации производства с применением ЭВМ и роботов.
Автор книги, известный специалист в области промышленных роботов, хорошо знает проблему не только по литературным источникам; он изучал робототехнику в Японии в 1974 г.
Опыт непосредственного участия в разработке отечественных конструкций роботов позволил автору написать кни- гу, которая, несомненно, будет полезным практическим пособием для специалистов, работающих в области механизации и автоматизации промышленного производства.
Академик АН СССР И. И. Артоболевский
ОТ АВТОРА
Большим резервом роста производительности труда является автоматизация вспомогательных операций и процессов обслуживания транспортных, складских, погрузочно-разгрузочных работ, операций установки и съема заготовок и деталей и т. п.
Использование этого резерва позволит высвободить тысячи вспомогательных рабочих и направить их в основное производство.
Сложную проблему автоматизации вспомогательных работ с успехом могут решить автоматические манипуляторы с программным управлением (АМПУ), применение которых наиболее целесообразно на вредных и опасных для человека операциях в литейных, малярных, кузнечных и других цехах.
Широкое применение АМПУ (промышленные роботы) найдут также на складах и в цехах механической обработки.
Промышленные роботы позволяют полностью автоматизировать (с использованием оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и универсального оборудования с цикловой автоматикой) не только отдельные операции, но и по-новому, более рационально и комплексно решать задачу создания поточных и автоматических линий самого разного назначения.
Применение роботов позволит:
—избавить рабочих от выполнения многих вредных, опасных для здоровья и утомительных ручных операций;
—автоматизировать работу значительной части морально устаревшего оборудования (прессов, молотов, станков ，и др.) благодаря использованию системы ЧПУ робота для управления технологическим оборудованием, при этом будут автоматизированы операции, которые сейчас выполняют только вручную;
—повысить коэффициент использования технологического оборудования в результате повышения коэффициента сменности его работы и интенсификации режимов работы и обработки;
—повысить общую культуру труда и частично решить проблему нехватки кадров по некоторым профессиям (кузнецы, литейщики, станочники и т. д.).
Информация по вопросам роботов рассеяна в большом количестве отечественных и зарубежных изданий, часто труднодоступ-
ных для инженеров, конструирующих и эксплуатирующих промышленные роботы.
В целях облегчения работы исследователей, конструкторов и технологов-производственников в настоящей книге описаны наиболее существенные достижения в практике конструирования и применения промышленных роботов.
В первой главе приведены общие сведения о роботах и их классификация. Вторая глава посвящена методам расчета динамики исполнительных механизмов роботов. Третья глава книги содержит сведения о разработке, производстве и применении промышленных роботов как в нашей стране, так и в ведущих капиталистических странах. В четвертой главе описаны и проанализированы конструктивные схемы роботов, а в последующих главах (V, VI и VII) —конструкция систем (гидравлических и пневматических) и элементов конструкции — схватов, передаточных механизмов, датчиков и т. д.
В главе VIII изложен материал о системах управления роботами (дана их классификация и описаны конструкции).
В главе IX рассмотрены вопросы применения роботов для автоматизации и механизации различных технологических процессов, приведена методика определения технико-экономической эффективности применения промышленных роботов.
Десятая глава посвящена проблеме комплексной автомати' зации производства на базе применения ЭВМ и роботов.
В заключительной, одиннадцатой главе книги изложены перспективы развития конструкций роботов и робототехники, приведены краткие сведения о создании «интеллектуальных» роботов в США и Японии.
Автор выражает глубокую благодарность канд. техн, наук Б. Ш. Розину и В. Н. Данилевскому, а также инженерам Е. И. Самсоновой и Б. Г. Краснову за помощь, оказанную при работе над книгой.
Все замечания и рекомендации по содержанию книги следует направлять по адресу: 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3, изд-во «Машиностроение».
ВВЕДЕНИЕ
Комплексная автоматизация производства в машиностроении является одной из важнейших народнохозяйственных задач.
В последние годы в нашей стране выполнена огромная работа по созданию средств комплексной автоматизации: созданы и производятся в больших количествах ЭВМ, станки с программным управлением, автоматические приборы, пневмоавтоматика и т. д.
Все это позволило решить многие важные задачи автоматизации производства изделий машиностроения.
Однако до последнего времени не удавалось автоматизировать такие операции, как установка заготовок на станок и снятие обработанных деталей, укладка готовой продукции в тару, подача листовых заготовок в штамп, манипулирование деталью сложной формы при окраске, установка инструмента и т. д. Часто такие операции не только трудоемки, но и однообразны, утомительны, а иногда и вредны для работающих. На универсальных металлорежущих станках с ЧПУ до настоящего времени остаются ручными операции установки и съема деталей. Эти операции не поддавались автоматизации из-за их особой сложности, однако в последние годы найдено приемлемое решение по автоматизации перечисленных операций. Им является применение роботов с числовым программным управлением (ЧПУ).
Первой такой системой был манипулятор с ЧПУ, сделанный в 1961 г. в США и получивший название《Рука Эрнста» [42]. В 60-х годах над моделями роботов начали работать специалисты различных научных организаций нашей страны. В частности, в 1968 году в Ленинградском политехническом институте им. М. И. Калинина при участии ученых Ленинградского института авиационного приборостроения и Института океанологии АН СССР была создана модель робота для проверки возможности ее использования при глубоководных работах. В это же время были начаты работы по созданию промышленных роботов первого поколения с ЧПУ. В 1971 г. уже работали опытные образцы таких машин — робот УМ-1, созданный под руководством автора и Б. Ш. Розина, робот «Универсал-50», созданный под руководством Б. Н. Сурнина, а также робот УПК-1, созданный под руководством В. И. Аксенова. Промышленный робот УМ-1 с аналого-трансформаторной системой ЧПУ был первым отечественным роботом, примененным на серийных предприяти-
ях. В 1972——1973 гг. впервые в нашей стране было освоено серийное производство промышленных роботов УМ-1.
Усилиями нескольких научных коллективов (МВТУ им. Баумана, ОКБ ТК ЛПИ, Институт машиноведения, Институт прикладной математики, НИИТМ, Институт проблем управления) и ряда ученых (академик И. И. Артоболевский, А. Е. Кобринский, Е. П. Попов, Е. И. Юревич, М. Б. Игнатьев, Н. А. Лакота, Ф. М. Кулаков, Д. А. Поспелов, В. С. Кулешов, Г. Н. Рапопорт, Д. Е. Охоцимский, А. К* Платонов, Г. П. Каты с, А. М. Покровский, В. С. Ястребов и др.) создан большой научный задел по проблеме роботов (исследованы вопросы кинематики и динамики роботов, управления ими от ЭВМ, разработаны алгоритмы управления, изучены вопросы синтеза и т. д.).
Следует отметить, что в последнее время к решению проблемы промышленных роботов подключаются все новые и новые научные и конструкторские организации. Среди них в первую очередь следует назвать Институт электросварки им. Е. О. Патона (академик Б. Е. Патон и Г. А. Спыну), ЭНИМС, Оргстанк- инпром, ВПТИ Тяжмаш, а также Горьковский автомобильный завод, Московский завод 《Хромотрон》и др.
Широкий размах приобрели исследования и разработки промышленных роботов за границей.
Первыми были признаны и нашли сбыт американские промышленные роботы 《Юннме访т» и «Версатран», разработанные соответственно фирмами《Юннмейшн》и «Американ Машин энд Фаундри».
В 1972 г. ежемесячно выпускалось 25——30 роботов «Юнимейт», к 1974 г. эта цифра удвоилась. Практическое применение таких роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным [50]. Не требуя остановки на обслуживание, робот может действовать 500—700 ч. Общие потери, связанные с простоями для ухода, ремонта и переналадки, не превышают 2% отработанного роботом времени. В этих условиях затраты на приобретение роботов《Юннмейт》или «Вер- сатран》，в сумме 25—35 тыс. долл., окупаются за 1,5—2,5 г. Общий срок службы промышленных роботов в настоящее время доведен до 40 тыс. часов и больше. Ежегодная экономия от 25 таких роботов составляет более 100 тыс. долл.
В 1969 г. в США было продано 100 промышленных роботов, а в 1970 г.— 200 (на сумму около 2 млн. долл.). В 1974 г. французский бюллетень «Индюстри э сосвете》сообщал, что в Соединенных Штатах, Норвегии, Великобритании, Японии, Франции «трудятся» свыше 3 тыс. роботов. Это автономные серийные роботы «Тралфа», «Юнимейт»,《Версатран》и др., с помощью которых их создатели пытаются освободить человека от трудной, монотонной работы.
Конечно,《Юннмейт》и《Версатран» еще довольно примитивны —они способны лишь брать и перемещать в нужном направ-
лении определенные предметы. Но есть у них и преимущества: они могут в самых трудных условиях бесконечно повторять одни и те же движения. А если сменить программу, они будут «узнавать» другие предметы и манипулировать ими.
По данным американских ученых Лео Дрисколла и Джона Котли, в Японии в 1969 г. было продано промышленных роботов на сумму 6,3 млн. долл., а в 1975 г. эта сумма возрастет до 126 млн. долл., т. е. будет продано примерно 3000 роботов.
В настоящее время в Японии разработкой и производством промышленных роботов занято около 80 фирм, 115 различных моделей роботов уже разработано, более 1500 японских роботов проданы и используются на японских предприятиях для металлообработки, литья, прессования пластмасс и на других работах (52].
Промышленные роботы создаются сейчас в ФРГ, Швеции и других странах Европы (44]. В США разработкой и выпуском роботов занято около 20 фирм, а в Западной Европе — более 15 фирм.
По прогнозу американских ученых в 1973 г. в одном Детройте число применяемых промышленных роботов должно было достигнуть 5000, а к 1975 г. в США прогнозировалось использование 50000 роботов. Хотя эти прогнозы и не оправдываются, тем не менее применение промышленных роботов имеет устойчивую тенденцию роста.
Средняя почасовая оплата труда американских рабочих к 1975 г. может достичь 4,5 долл., в то время как при двухсменной работе эксплуатационные расходы на мини-роботы ближайшего будущего не будут превосходить 3 долл, в час (данныё Л. Дрисколла и Д. Котли). Это и является основной причиной, побуждающей американских промышленников покупать и использовать роботы сейчас и в будущем [38].
Растущую популярность роботов семидесятых годов можно сравнить только с популярностью станков с ЧПУ в шестидесятые годы (известно, что число этих станков в США возросло с 1959 по 1968 г. со 193 до 16013 шт.).
В условиях социалистического хозяйства роботы привлекли к себе внимание ученых и инженеров, чтобы избавить рабочих от тяжелой, вредной и однообразно-утомительной работы, а также уменьшить дефицит вспомогательного персонала и рабочих основного производства.
Непрерывно увеличивающийся объем социалистического производства ведет к нехватке рабочей силы, а повышающийся образовательный и профессиональный уровень населения ускоряет процесс утечки рабочей силы из производств, отличающихся монотонностью и примитивностью. Немаловажное значение имеет также увеличение сложности и стоимости труда и необходимость повышать производительность, особенно в сфере
вспомогательного производства.
Роботов в производственных процессах используют в настоящее время в трех основных направлениях:
Для работы в смертельно опасных и агрессивных средах;
при выполнении тяжелых односложных примитивных операций;
в технологических процессах, для которых характерны тяжелые условия труда, вызывающие профессиональные заболевания рабочих и быструю их утомляемость из-за высокой температуры, шума, вибраций [25, 26].
Многообразие функций, которые выполняют или могут выполнять роботы, уже сейчас позволяет перейти к созданию автоматизированных комплексов, объединяющих обрабатывающее, транспортное, сборочное, контрольно-измерительное и испытательное оборудование. В таких комплексах промышленные роботы будут выполнять все вспомогательные и часть основных операций.
Использование ЭВМ для управления автоматическими и автоматизированными комплексами обеспечит оптимизацию управления всеми элементами комплекса, а также позволит применить методы и средства адаптивного контроля для повышения устойчивости и точности комплексно-автоматизированного технологического процесса.
Создание автоматизированных производственных комплексов так же, как и проектирование промышленных роботов, представляет собой сложную научную и техническую задачу, поэтому инженеры, конструкторы и ученые должны быть знакомы с последними достижениями робототехники.
Предлагаемая книга содержит сведения по конструкциям лучших отечественных и зарубежных роботов. В кнше кратко приведено довольно много сведений о практическом применении роботов для автоматизации промышленного производства (в том числе описан опыт первого применения робота УМ-1).
В настоящее время созданы универсальные роботы, которые применяются для автоматизации массового или крупносерийного производств. Перспективы более широкого внедрения роботов связаны с созданием роботов, предназначенных для мелкосерийного и единичного производства. Задача поиска конструкции таких специализированных и специальных роботов и систем управления для них является в настоящее время чрезвычайно важной и срочной, так как область применения универсальных роботов первого поколения (лучше приспособленных к условиям массового производства), видимо, ограничена.
Тем не менее универсальные роботы будут достаточно широко использоваться, поэтому опыт применения роботов первого поколения (типа робота УМ-1) имеет большое значение для развития их конструкций и эксплуатации.
Глава /
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОБОТАХ
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Самым эффективным показателем технического прогресса является уровень производительности труда. Основными направлениями повышения производительности труда в настоящее время являются автоматизация технологических процессов (в том числе, благодаря использованию вычислительной техники), а также применение легко обрабатываемых материалов.
Проникновение электронной вычислительной техники в различные сферы деятельности людей вызвало существенные перемены в промышленности. Первые вычислительные машины появились немногим более 20 лет тому назад. К 1965 г. количество их в США достигло 30 000 и к 1970 г. удвоилось.
Темпы производства и применения ЭВМ у нас и за рубежом до сих пор остаются очень высокими.
Качественно новым решением задачи автоматизации основных операций серийного производства явилось создание автоматизированного оборудования с программным управлением, а также машин нового класса — манипуляторов с программным управлением, получивших название «промышленные роботн》. Это название в наибольшей степени отражает существо идей, которыми руководствуются разработчики при создании и применении этих машин для построения автоматических технологических систем [15, 73].
Идея создания робота зародилась давно. Впервые слово «робот» употребил Карел Чапек. Созданное им слово «робот» (от чешского слова《робота》一барщина, каторжный труд) вошло в международный лексикон и стало общеупотребительным.
У Чапека «механические люди» — роботы, не чувствующие боли и не испытывающие человеческих чувств, заменяли живых людей, работающих на фабриках и заводах.
В то время уровень техники еще не позволял создать промышленный робот. Более 40 лет понадобилось для того, чтобы, опираясь на достижения в развитии автоматических систем управления и успехи электроники и гидравлики, ученые и специалисты смогли создать первые промышленные роботы.
В статье из журнала «Машинери мэгэзин», посвященной появлению роботов на заводах США, сообщалось, что в американ-
ской металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего. Он не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденном перерыве, работает 24 ч в сутки и не интересуется пособиями или пенсионной оплатой. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо. Он никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и никогда не получает увечий на работе. Он — промышленный робот.
Появление роботов промышленного назначения как нового класса машин, предназначенных для автоматизации производства, требует уточнения определений некоторых широко известных средств механизации и автоматизации производственных операций.
Механическая рука — это автоматически действующее (без участия в управлении человека) устройство для выполнения вспомогательных и транспортных производственных операций, переналадка которого с одной операции на другую требует регулировки или замены кинематических звеньев (удлинения или укорочения рычагов, замены кулачков, перестановки упоров и пр.).
В основе управления механической рукой лежит цикловая автоматика — применение упоров, концевых выключателей и релейных схем.
Примером таких устройств являются механические руки, применяемые в автоматических, линиях для установки и съема обрабатываемых деталей на станках, входящих в линию.
Возможность выполнения одной или нескольких простых операций, наличие жесткой программы, сложность и длительность переналадки, требующей остановки, а также отсутствие человека в контуре управления являются главными общими признаками механических рук, которые в будущем станут более широко применяться в промышленном производстве.
Телеоператор — это устройство с дистанционно управляемым исполнительным (рабочим) органом для выполнения вспомогательных и основных производственных операций, управляемое человеком, который по своему желанию осуществляет переход (переналадку) от одной операции к другой (в пределах возможных операций). Телеоператоры конструируют для работы в очень трудных условиях.
Примером устройств типа телеоператора являются «Луноход-1» и «Луноход-2», использованные при изучении Луны для оценки свойств лунного грунта, перемещения телекамеры и обследования особенностей лунной поверхности.
К телеоператорам относят также устройства для подачи и поворотов нагретой заготовки при открытой ковке, для засыпки шихты в плавильные печи и другие машины, управляемые человеком-оператором (в том числе автооператоры для работы с радиоактивными изотопами).
Возможность выполнения достаточно большого количества простых операций, отсутствие программы, обязательное участие человека в управлении, простой переход (переналадка) от одной эперации к другой в различных последовательностях без прекращения работы, ограниченность числа выполняемых производственных операций являются основными признаками телеоператоров.
При управлении телеоператорами используются огромные информационные и адаптивные способности человеческого моз- га, поэтому телеоператоры будут очень широко применяться для работ в опасной для человека среде, в том числе для работы в космическом пространстве.
Промышленный робот — это автономно функционирующая машина-автомат, предназначенная для воспроизведения некоторых двигательных и умственных функций человека при выполнении вспомогательных и основных производственных операций без непосредственного участия человека и наделенная для этого некоторыми его способностями (слухом, зрением, осязанием, памятью и т. п.), а также способностью к самообучению, самоорганизации и адаптации, т. е. приспособлению к внешней среде.
Промышленных роботов в таком их понимании человечество еще не создало; пока разработаны и применяются роботы, не обладающие устройствами типа органов чувств человека и способностью «мыслить», однако существующие машины этого класса, характеристики которых по ряду параметров превосходят механические руки, стали называть промышленными роботами. Во всех случаях промышленный робот состоит из программатора, (системы управления) и манипулятора (силового исполнителя), являясь автоматическим манипулятором с программным управлением.
Для выполнения сложных производственных функций робот должен иметь:
рабочие органы —《руки》с приводами, а иногда и органы перемещения в пространстве («ноги» или другие устройства);
управляющую систему или вычислительную машину с памятью (ею может быть централизованная ЭВМ, осуществляющая групповое управление несколькими роботами, снабженными более простыми индивидуальными управляющими устройствами);
комплекс датчиков состояния внешней среды, а также датчиков рабочих органов робота.
Для обеспечения работы робота нужен комплекс средств общения человека с роботом, необходимых для ввода команд, контроля функционирования и т. п.
Внедрение роботов является дальнейшим развитием процесса механизации и автоматизации труда, когда функции человека
передаются машине.
Промышленные роботы создают условия для качественного скачка в автоматизации путем организации комплексно-автоматизированных участков и цехов, управляемых ЭВМ, при этом роботы восполняют недостающее звено в цепи автоматизации.
В отличие от традиционных методов автоматизации массового производства на базе автоматических линий автоматизация с применением промышленных роботов имеет ряд преимуществ:
—сравнительная простота обеспечения сколь угодно сложной циклограммы работы исполнительных органов, включая их движение по плоским и пространственным траекториям, изменение скоростей, ускорений и нагрузок, смену рабочего инструмента и т. д.;
— простота переналадки циклограммы работы оборудования;
—средства, затраченные на проектирование универсальных и специализированных роботов, не требуется расходовать вторично при переходе роботов от одной работы к другой;
—стоимость внедрения автоматических линий обычно выше стоимости внедрения роботов (последние подвергают отладке при ,их изготовлении, а отладку 必 регулировку линий производят непосредственно при их внедрении).
При внедрении роботы требуют, как правило, только кратковременной ручной настройки на заданную программу и выбор блокировок, в то время как с момента принятия решения об автоматизации производства до его реализации без применения роботов проходит значительное время, за которое оборудование и технология нередко успевают устареть.
Специалисты одной американской фирмы изучили различные проекты автоматизации производства на основе специальных автоматических машин и сопоставили их с возможностями промышленных роботов. Было исследовано 74 различных проекта автоматизации с учетом времени проектирования и внедрения. Были получены следующие данные: для восьми проектов это время не превышало шести месяцев, для 47 проектов составило больше года, для остальных ——от шести месяцев до года. Принятым проектом автоматизации предусматривалось использование специального станка-автомата. Пока этот механизм проектировали, изготовляли и отлаживали, уже эксплуатировался промышленный робот «Юнимейт» (семь дней в неделю при трехсменной работе) и полностью окупил затраты на его покупку и уход.
С применением роботов связано новое направление автоматизации ручных работ в серийном производстве, основанное на комплексном применении автоматизированного технологического оборудования и промышленных роботов, что позволяет высвободить часть основных и вспомогательных рабочих нз производственного цикла.
Применение роботов стимулирует переход на прогрессивные методы поточного производства и создает предпосылки автома-
тизации как отдельных производственных позиций, так и производства в целом.
На основе роботов можно объединить оборудование в координированно работающие технологические комплексы различного масштаба, не связанные жестко по планировке и числу комплектующих агрегатов. Такие комплексы обеспечивают оптимальную структуру технологических процессов в широком диапазоне серийности изделий. Открываются новые возможности эффективной организации серийного производства, суть которых заключается в автоматизации и централизованной координации материальных и информационных производственных потоков на основе применения роботов и средств вычислительной техники.
При ручной загрузке станков или сборке изделий выпуск продукции за определенное время является переменной величиной, колебания которой обусловлены физическим состоянием рабочего и его квалификацией.
В таких условиях трудно синхронизировать работу станков и добиться оптимальной их производительности. С применением роботов эти задачи упрощаются. Роботы выравнивают и стабилизируют производительность отдельных станков, что упорядочивает производство и создает предпосылки для оптимальной его организации.
Особо благоприятные условия для применения промышленных роботов создаются в связи с развитием программного управления различным технологическим оборудованием, применением высокопроизводительного специализированного и универсального оборудования, повсеместным внедрением вычислительной'Техники в производство.
Высокопроизводительные металлорежущие станки, контрольные установки, литейное, кузнечно-штамповочное, сварочное, гальваническое, термическое и другое оборудование с программным управлением, конвейеры с автоматическим адресованием грузов, автоматизированное складское хозяйство требуют использования гибких и производительных средств автоматизации ручных операций по загрузке — разгрузке и управлению автоматизированным технологическим оборудованием. В этих условиях промышленные роботы становятся необходимым элементом автоматизированного производства.
Важная особенность применения роботов состоит в том, что они позволяют наиболее просто совмещать в едином цикле не только загрузочно-разгрузочные, но и основные технологические операции. Учитывая накопленный опыт, можно указать следующие области наиболее рационального применения промышленных роботов в настоящее время:
при транспортировке, загрузке и выгрузке заготовок и изделий; смене инструмента и оснастки на технологическом оборудовании и машинах;
для автоматизации процессов складирования заготовок, деталей и инструмента；
при непосредственном осуществлении ряда технологических операций (мойка, очистка, окраска, сварка, газовая резка и др-)；
для автоматизации процессов сборки и разборки узлов и изделий, а также для автоматизации контроля и испытаний.
Промышленные роботы позволяют более полно использовать возможности технологического оборудования, повысить производительность труда, высвободить большое количество людей, занятых на вспомогательных операциях, и тем самым создают предпосылки для повышения коэффициента сменности работы оборудования, а главное ——дают важный социальный эффект в связи с освобождением человека от неквалифицированного, тяжелого, утомительного, однообразного, а также вредного для здоровья труда.
В условиях планового социалистического хозяйства комплексная автоматизация обеспечит огромный рост производительных сил, повысит эффективность общественного производства в интересах всего народа.
В будущем человек не будет участвовать в производственных процессах, которые могут выполняться автоматами намного лучше его. Человеческий мозг с его удивительной способностью быстро принимать и менять решения будет использоваться для решения сложных творческих задач.
В зависимости от степени совершенства и главным образом от их информационных возможностей промышленные роботы подразделяют в настоящее время на три поколения.
К первому поколению относятся роботы УМ-1, 《Версатран》. 《Юннмейт》и другие аналогичные модели, не обладающие устройствами типа органов чувств человека для сбора информации о внешней среде, однако имеющие память, которая позволяет легко обучаться. По сравнению с механической рукой роботы первого поколения легко переналаживаются на выполнение различных операций. Они универсальны и применяются,、 в основном, в машиностроительной (металлообрабатывающей) промышленности.
Роботы первого поколения работают по жесткой программе, для управления ими используется память на твердых элементах, на магнитных лентах, дисках, барабанах и других программоносителях. В большинстве роботов первого поколения используют^ ся системы с ЧПУ. Роботы запоминают программу и способны выполнять ее в автоматическом цикле любое число раз. Применение жестких программ, введенных в память робота, существенно упрощает его конструкцию, облегчает переналадку. Однако многие производственные операции (например, сборочные, монтажные) из-за сложности не могут быть запрограммированы жесткой программой. Для таких процессов требуются роботы,
обладающие способностями самообучения, адаптации к внешним условиям и большей информационной мощностью.
В роботы второго поколения частично закладываются самоорганизующиеся системы управления, обучения и адаптации с использованием ЭВМ. Информация о внешней среде собирается в процессе движения руки человека или робота. Управляющей ЭВМ задается только конечная цель процесса.
Первым представителем этого поколения роботов, вероятно, можно считать《руку Эрнста》，созданную в Массачузетском технологическом институте. Этот робот обладает зачатками целесообразного «поведения» при взаимодействии с внешней средой. Программа носит общий характер, содержит лишь алгоритм поиска. Схват руки очувствлен благодаря расположенным на нем датчикам; спереди схвата вмонтирован фотодиод, подающий сигнал еще до соприкосновения с деталью или препятствием.
Экспериментальные образцы роботов второго поколения уже создаются в СССР, США, Японии и других странах.
Начата разработка роботов третьего поколения {9, 23, 61, 75].
Созданные системы этих роботов относятся к первым экспериментальным вариантам, способным распознавать предметы в пространстве, вырабатывать планы решения поставленных перед ними задач и контролировать их выполнение с использованием совокупности анализаторов (зрительных, слуховых и др.). Круг задач, решаемых этими системами, пока еще очень ограничен. Объектами манипулирования могут быть предметы с плоскими поверхностями или поверхностями тел вращения; внешняя среда для перемещения робота также имеет упрощенный вид, но уже проводят эксперименты по созданию роботов для решения более сложных задач.
Информационные возможности роботов третьего поколения значительно выше, чем второго. Они обладают большей автономностью и《разумностью》действий, более высоким быстродействием и точностью позиционирования по сравнению с роботами второго поколения. В роботах третьего поколения сбор информации может осуществляться независимо от движения руки и предшествовать ему.
Роботы третьего и следующих поколений должны обладать гораздо большей информационной мощностью, более эффективной обработкой собираемой информации и совершенством программ.
В будущем, очевидно, будут созданы устройства распознавания не только зрительных, но и звуковых образов, а также адаптивные системы рационального《поведения》роботов в сложной, опасной и быстроменяющейся обстановке.
Академик И. И. Артоболевский отмечает, что в наше время качественно изменилось само понятие машины [1]. Теперь маши-
на в ряде случаев служит для замены, облегчения и повышения производительности не только физического, но и умственного тРУДа, а иногда и физиологических функций человека.
При создании промышленных роботов не ставят задачу скопировать форму человека и «конструкцию» его руки, не требуют воспроизведения бесконечного по богатству и сложности набора движений, который может применить человек. Живому организму свойственно чрезвычайно большое число степеней свободы (только рука человека имеет их 27). Этого не имеют самые сложные механизмы.
Труд сделал человеческую руку тончайшим, непревзойденным инструментом. Ее пальцы по желанию могут двигаться медленно или быстро, способны к самым тонким дифференцированным движениям, а при надобности проявляют достаточную силу, что очень трудно воспроизвести в механизмах.
В промышленных роботах заложена идея функционального моделирования производственных процессов, состоящих из циклически повторяющихся вспомогательных и основных операций. Роботы обладают сейчас грузоподъемностью до 40—50 кг, имеют пять-шесть 'степеней свободы рабочих органов и снабжены
сменными операционными механизмами: схватами, силовыми головками и т. п.《Рука》робота является приближенным аналогом руки человека и может выполнять те же действия, которые выполняются рабочим при взятии, перемещении и установке деталей или изделий.
Движения осуществляются от системы программного управления (ПУ). Быстрота и точность действий роботов уже сегодня соизмеримы или превосходят возможности человека. Функциональная универсальность, программируемый рабочий цикл, быстрота переналадок обеспечивают широкие технологические возможности роботов.
При переносе грузов малой массы (до 1,5 кг) человек движется быстрее робота (рис. 1), особенно когда груз переме
щается на расстояние, наиболее удобное для человека (в преде
лах 40 см от плеча). Различие во времени перемещения груза
малой массы для человека и робота становится небольшим, когда расстояние превышает 50 см. Время перемещения тяжелого груза (более 10 кг) человеком больше при любом расстоянии и увеличивается пропорционально расстоянию.
Рис. I. Время движения человека с грузом свыше 10 кг (/); человека с грузом до 1 кг (2); робота с грузом до 40—50 кг (5).
Рис. 2. Области использования ручного труда (/); роботов ⑵； средств специальной автоматизации (3); средств механизации (4)
Таким образом, наиболее эффективная область применения роботов — это перенос грузов массой свыше 10 кг на расстояние, превышающее радиус действия руки человека.
На симпозиуме по роботам, проходившем в 1972 г. в Чикаго, много внимания было уделено использованию роботов в разных отраслях промыш
ленности. В докладе представителя Центральной научно-исследовательской лаборатории фирмы «Хитачи» (Япония) отмечалось, что есть некоторые области, где роботы более предпочтительны, чем другие средства механизации и автоматизации.
На рис. 2 показаны области использования ручного труда и различных средств механизации и автоматизации. На этом графике видно, что ручной труд рационально применять при очень малой продолжительности работ и малой массе изделий, а специальную автоматизацию — для гораздо большей продолжительности и более тяжелых изделий. Между этими двумя областями лежит область оптимального использования роботов.
Однако ряд факторов может оказать существенное влияние и сместить область рационального применения роботов в ту или иную сторону, например, на рискованных работах с малой 'продолжительностью предпочтение следует отдать роботам. Такой широкий диапазон «профессий» роботов в сочетании с быстрой переналадкой обеспечивает успех их применения.
Некоторые роботы могут обладать органами чувств, которых нет у человека, например, реагировать на радиоактивность, изменение температуры в тысячные доли градуса, «чувствовать» электромагнитные поля, «слышать» ультразвуки. Что же касается рабочих движений, то робот может в некоторых случаях выполнять движения, недоступные для человека.
Механические руки, телеоператоры и промышленные роботы как машины состоят из двух обязательных частей: командного (или управляющего) устройства и исполнительного механизма, который в последнее время часто называют манипулятором, т. е. механизмом, воспроизводящим некоторые двигательные функции рук человека.
Исполнительный механизм, воспроизводящий двигательные функции ног, называют педипулятором или шагающей машиной.
КЛАССИФИКАЦИЯ РОБОТОВ
Несмотря на обширность издаваемой литературы по роботам и манипуляторам, научно-обоснованной классификации их пока еще нет. Предлагаемая классификация (рис. 3) по мере получения результатов теоретических и экспериментальных исследований должна быть уточнена и дополнена.
Многообразие устройств, относящихся к классу промышленных роботов и предназначенных для автоматизации ручного, тяжелого, вредного, опасного или монотонного труда, можно классифицировать по
—— назначению;
—— степени универсальности;
—кинематическим, геометрическим, энергетическим параметрам；
—методам управления (степени участия человека в программировании работы робота).
По назначению известные в настоящее время роботы могут быть укрупненно распределены на следующие трн группы: для научных целей, для использования в производстве, в сфере обслуживания.
Ниже приведены примеры использования телеоператоров и роботов для научных и промышленных целей.
К человеку все чаще и чаще предъявляются требования, выполнение которых ограничено его биологическими возможностями (в условиях космоса, повышенной радиации, больших глубин, химически активных сред и т. п.).
При обследовании планет и других космических тел транспортные средства должны быть оснащены манипуляторами для связи экипажа с внешним миром. Если же аппарат не обитаем, то манипуляторы должны иметь телеуправление с Земли. В таких автоматических аппаратах «руки» телеоператора — важнейшее средство активного взаимодействия с окружающей средой.
При выполнении разнообразных работ на спутниках с успехом могут быть применены телеоператоры и роботы.
Телеоператоры на спутниках предназначены для их ремонта и обслуживания.
Для исследования планет разработано много проектов космических роботов и телеоператоров. Американский проект «Викинг» предусматривает посадку на Марс лаборатории для взятия проб грунта с помощью перемещаемых дистанционно управляемых аппаратов типа советского «Лунохода-1».
Применение телеоператоров при космических исследованиях может быть самым разнообразным.
Характерным примером устройства, управляемого человеком и предназначенного для выполнения трудовых процессов в нежи- 20
НазначениеНазначениеМасс呷ика- цио/мый признакМасс呷ика- цио/мый признакСтепень -1\ me&w他за“и ^Wf*4^ -17Степень -1\ me&w他за“и ^Wf*4^ -17Ррузоподъ- емностьРрузоподъ- емностьРоботыРоботы^ научных дда?^?^^ научных дда?^?^униберса^ьныеуниберса^ьныепромышленныепромышленныеспециа^изир^анныеспециа^изир^анныесферы оЛ^г^лт^сферы оЛ^г^лт^специальныеспециальные仰 5 K2)仰 5 K2)г гидроприводом г пнеЬпоприбодом с мехтро叩曲одонг гидроприводом г пнеЬпоприбодом с мехтро叩曲одонмалой грузоподьемности средней г^зоподъем- большой грузоподьем- ""'наста ⑺15 do 如к® мости (долее 40 ^)малой грузоподьемности средней г^зоподъем- большой грузоподьем- ""'наста ⑺15 do 如к® мости (долее 40 ^)с копбинироЬан- ным прибодомс копбинироЬан- ным прибодомТип сило5о^ го пр^бода рабочих - оргамоёТип сило5о^ го пр^бода рабочих - оргамоёРис. 3. Классификация роботовРис. 3. Классификация роботов
Назначение
Назначение
Масс呷ика- цио/мый признак
Масс呷ика- цио/мый признак
Степень -1\ me&w他за“и ^Wf*4^ -17
Степень -1\ me&w他за“и ^Wf*4^ -17
Ррузоподъ- емность
Ррузоподъ- емность
Роботы
Роботы
^ научных дда?^?^
^ научных дда?^?^
униберса^ьные
униберса^ьные
промышленные
промышленные
специа^изир^анные
специа^изир^анные
сферы оЛ^г^лт^
сферы оЛ^г^лт^
специальные
специальные
仰 5 K2)
仰 5 K2)
г гидроприводом г пнеЬпоприбодом с мехтро叩曲одон
г гидроприводом г пнеЬпоприбодом с мехтро叩曲одон
малой грузоподьемности средней г^зоподъем- большой грузоподьем- ""'наста ⑺15 do 如к® мости (долее 40 ^)
малой грузоподьемности средней г^зоподъем- большой грузоподьем- ""'наста ⑺15 do 如к® мости (долее 40 ^)
с копбинироЬан- ным прибодом
с копбинироЬан- ным прибодом
Тип сило5о^ го пр^бода рабочих - оргамоё
Тип сило5о^ го пр^бода рабочих - оргамоё
Рис. 3. Классификация роботов
Рис. 3. Классификация роботов
лой среде, является рабочая платформа «космическое такси» (рис. 4).
Пользуясь этими платформами, не связанными с космическим кораблем, можно выполнять строительные, ремонтные и эксплуатационные работы. Указанные платформы сконструированы и изготовлены отделением «Мисайлс энд спейс» фирмы «Эйр спейс корпорэйшн» ЛТВ с участием «Линг-Темко-Вот, Инк» по контракту с Космическим центром NASA. Маневрируемая рабочая
Рис. 4. Маневрирующая рабочая платформа — «космическое такси»
платформа представляет собою миниатюрный цех, работающий в открытом космосе, в котором одетый в скафандр астронавт может маневрировать, перемещаться к собираемым конструкциям, закрепляться на рабочей площадке с помощью растягивающихся элементов крепления и якорных схватов. Кроме якорных схватов, у нее есть манипуляторы с дистанционным или ручным управлением, своя силовая установка, система автоматической стабилизации, источник питания, система жизнеобеспечения, средства связи, индикаторное и другое оборудование. Все это работает независимо от основного космического корабля. Рабочая платформа может манипулировать массой 100 кг.
При использовании дополнительной грузовой платформы, которая может быть -собрана в космосе без инструментов из взаимозаменяемых алюминиевых труб, она может вместить значительно больше грузов: около 160 кг бортового оборудования и 320 кг материалов, получаемых извне. Перемещение и маневрирование рабочей платформы осуществляется с помощью 25 реактивных двигателей.
Телеоператор может управляться с Земли или космического корабля и выполнять самые разнообразные операции. Экономия в результате применения телеоператоров по сравнению с полетом человека в космос составляет соотношение 1 : 50.
В ФРГ Министерством по науке и технике разработана антропоморфная машина — телеоператор «Синтельмэн» (сокращение от «Синхронтеле-манипулятор»). Через усилители оператор может манипулировать грузами до 25 кг на больших расстояниях с помощью стереотелевизионной системы.
Человек, с закрепленными на его руках и ногах датчиками (рис. 5,а), управляет движениями машины (рис. 5,6), находящейся на большом расстоянии (например, на поверхности Луны).
Не менее обширное применение телеоператоры и роботы нашли при различных работах на больших глубинах морей и океанов. Раньше человек опускался на глубину в специальном аппарате и был несколько пассивным наблюдателем, теперь построенные в последнее время подводные аппараты оснащены «руками», которыми управляет человек, находящийся внутри глубоководного аппарата.
Мировой океан занимает свыше 70% 'площади земного шара и его богатства неисчислимы. Полезные ископаемые, скрытые под толщей воды, могли бы обеспечить потребности нашей планеты на десятки и сотни тысяч лет. Без телеоператоров невозможно производить подводную геологическую разведку и добычу полезных ископаемых.
Телеоператоры и роботы применяются для прокладки кабеля на глубине, поиска и подъема затонувших кораблей и грузов, для различных исследований недоступных морских глубин.
С 1964 г. начата разработка подводных лабораторий, которые размещаются в батискафах. В Японии был создан батискаф для прокладки подводного кабеля без участия людей. Были созданы для этих целей телеоператоры «Кёрв» и《Мобот», которые управляются дистанционно с судна или подводной станции и оснащены гидролокаторами и телевизионными камерами.
Рис. 5. Возможное применение «Синтельмэна» при исследовании Луны： а — человек, управляющий «Синтельмэном» ； б —《Сннтельмзн» на Луне
Во Франции разработана подводная лаборатория для киносъемок, захвата и перемещения предметов.
Центр подводных исследований и разработок военно-морского флота США проводит испытания подводного телеоператора, дистанционно управляемого с корабля. Телеоператор снабжен телевизионной камерой и двумя «руками» ——схватами, которые могут на глубине манипулировать грузом до 90 кг (на суше этот груз эквивалентен 230 кг). Телеоператор находится на платформе длиной 33 м, длина кабеля, соединяющего его с оператором, более 6 км* Телеоператор может укладывать кабель, завертывать гайки, менять инструменты, поднимать грузы с глубины более 6000 м.
В СССР создан и прошел испытания электрогидравлический робот с управлением от ЭВМ для геологических исследований на морской глубине.
Кроме перечисленных областей применения в опасных условиях телеоператоры и роботы используются при ремонте и замене ядерных двигателей, во время работ в зараженных зонах, в шахтах.
Профессор Меридит Тринг (Англия) ведет работы по созданию телеоператора-шахтера. Его прототип ——двухметровая танкетка, снабженная особыми «гусеницами», которые позволяют ей не только двигаться по земле, но и прикрепляться к кровле выработки. Оператор остается на поверхности в особой кабине, откуда руководит действиями машины, 《рукм» которой повторяют движения рук человека наверху. Телевизионный экран дает оператору возможность следить за ходом работы.
В японском городе Иокогаме уже действует робот-пожарный. Это аппарат 1,8 м высотой, массой ——600 кг. Он самостоятельно перемещается, проникает на те участки пожара, где человеку угрожает гибель. Робот снабжен двумя огнетушителями и телевизионной камерой.
Многие виды производства требуют применения роботов. Использование их освобождает рабочего от труда в изнурительных и тяжелых условиях.
В кузнечном цехе для перемещения и установки на молот тяжелых раскаленных заготовок можно поставить робот.
Роботы могут окрашивать изделия, освобождая человека от пребывания в помещении с распыленной краской.
Наиболее опасными и вредными являются операции с радиоактивными веществами и атомным оборудованием. Такие работы давно выполняют 《руками》телеоператоров.
Для работы с ядерными реакторами и радиоактивными установками разработаны подвижные телеоператоры, у которых герметичная кабина снабжена защитными стенками для работы в радиоактивной среде.
В последнее время начинают применять роботы для испытания автомашин, ведутся разработки в целях использования роботов для испытаний летательных аппаратов.
Примеров использования роботов и телеоператоров на вредных и тяжелых работах можно привести множество. Роботы рационально применять на однообразных повторяющихся операциях, например, установка заготовок и деталей на станок. Робот может брать и перемещать хрупкие стеклянные и мелкие детали.
Следует также отметить еще одно направление в технике —— это создание специальных усилителей физических возможностей человека — так называемых киборгов (от слов «кибернетический» и «организм»). Это устройство управляется человеком. Наиболее типичной конструкцией такого рода является шестиметровый киборг, созданный специалистами компании《Джене- рал Электрик» (США) для переноски грузов. Эта машина значительно расширяет физические возможности человека и не является автоматом с искусственным интеллектом; в отличие от роботов она не может действовать самостоятельно (по программе), а управляется ногами и руками человека. Машину приводит в движение гидросистема с двигателем мощностью 75 л. с.; максимальная скорость передвижения 8 км/ч. Груз в 225 кг киборг поднимает без особого напряжения оператора, так как нагрузка на его руки и ноги в этот момент не превышает 9 кгс. Создание машины потребовало три года и очень больших затрат. Киборги оборудуются устройствами, способными видеть и слышать дальше и лучше человека. Киборг может воспроизводить руками и ногами любое рациональное количество движений и перемещать при этом огромные грузы.
Фирмой «Дженерал Электрик» создается крупный киборг 《Хардиман», принадлежащий к семейству так называемых экзокаркасов, то есть внешних металлических конструкций ——каркасов для оператора.
В лаборатории аэронавтики Корнелльского университета (США) уже десять лет ведутся работы по созданию экзокаркаса, который позволит человеку легко ходить и поднимать одной рукой груз до 340 кг. Киборг состоит из двух каркасов, причем внутренний, легкий металлический каркас находится на теле человека и имеет систему датчиков, передающих команды во внешний силовой каркас, усиливающий действия человека-оператора с помощью гидроприводов. В настоящее время за рубежом ведутся интенсивные исследования взаимоотношений и связей в системе «человек — машина», а также предпринимаются попытки связать киборг с ЭВМ и осуществить дистанционное управление им (работы Бернарда Рота, Шеридана, Марвина Мински, Мошера, Уильяма Брэдли и др.). Целью последних исследований является ввод в киборг программ, которые позволяют ему автоматически (без команд человека) реагировать на
возникновение опасных ситуаций, избегать их или устранять. Недорогие киборги простой конструкции уже находят применение в промышленности США.
Уже сейчас можно назвать ряд областей медицины, где применяются телеоператоры. Советскими учеными созданы протезы рук с биоэлектрическим управлением.
На Выставке достижений народного хозяйства демонстрировался «биоточный манипулятор», который действует как мышечный усилитель, значительно увеличивая силу схвата по сравнению с силой, развиваемой человеком.
В настоящее время ведутся работы по использованию биоэлектрических сигналов, отведенных от здоровых мышц, для восстановления двигательной активности парализованных мыши. Над этой важной и интересной проблемой нового вида взаимодействия человека с техническим устройством (биоэлектрическим управлением) в разных странах работают десятки научно- исследовательских организаций. В будущем предстоит решить проблему использования для управления не только биотоков мышц, но и биотоков центральной нервной системы.
С помощью роботов моделируются функции и поведение живых организмов, чтобы создать совершенные конструкции автоматов, а также моделируются биологические процессы, чтобы проверить правильность их понимания.
Кроме производственного и научного назначения, следует отметить еще применение роботов в сфере обслуживания, например для расфасовки пищевых продуктов. Ведутся разработки проектов домашних роботов с автоматическим управлением, предназначенных для уборки квартиры и мытья посуды. Идеальный автомат для домашних р«5от будет иметь высоту 1 м, сверху одну складывающуюся 《руку». Ее радиус действия —— 2 м по горизонтали, а《потолок》——3 м. Она может перемещать предметы массой до 40 кг. У робота два «чувства»: зрение и осязание. Он будет способен накрыть на стол и убрать с него, загрузить посудомойку, приготовить постель, произвести в квартире уборку — от стирания пыли до чистки ванны и раковин, может стирать, сушить и гладить белье, чистить овощи.
М. Трингом создан робот-официант — подобие столика на колесах, снабженного большими «щипцами». Он передвигается из кухни в обеденный зал, останавливается перед столом, щипцы захватывают тарелку, стакан, нож, складывают посуду и приборы на поднос. Все это робот《уносит》на посудомойку.
Принцип действия этого автомата очень прост: фотоэлемент «просматривает» стол, обнаружив на нем предмет, включает механизм щипцов, захватывающие и складывающие устройства.
В ближайшем будущем планируется даже создание роботов- нянек и роботов-сиделок. Пока это еще идеи, далекие от их осуществления. Каким будет внешний облик этих роботов? Дол-
жен ли робот походить на человека или это не обязательно? Предстоит решить эти и множество других вопросов.
По степени универсальности все роботы можно разделить на три группы:
специальные, например, манипулятор для переворачивания и установки в вакууме кинескопов или манипулятор для установки заготовок в специальный штамп. Как правило, эти устройства обладают одной-тремя степенями свободы и работают по строго зафиксированной программе, выполняя простую операцию;
специализированные, область применения которых ограничена определенными условиями и пространством. Например, роботы,- имеющие регулируемую длину рук и несколько степеней свободы в пространстве для выполнения только 《горячих》 работ — литья или термообработки;
универсальные устройства, перемещающиеся в пространстве, например, роботы с большим количеством степеней свободы и регулируемой длиной функционирующих конечностей, способные выполнять самые разнообразные операции с широкой номенклатурой деталей. Универсальный промышленный робот общего назначения можно переключить на другую работу и быстро перепрограммировать для выполнения любого в пределах технических возможностей цикла.
По кинематическим, геометрическим и энергетическим параметрам устройства подразделяются следующим образом.
По кинематическим параметрам роботы можно классифицировать в зависимости от количества степеней свободы, возможных вариантов действия и перемещения функциональных органов, а также по скорости их движения.
По геометрическим параметрам как классификационному признаку роботы подразделяют в зависимости от размеров функционирующих органов и диапазонов их линейных и угловых перемещений.
По энергетическим параметрам роботы делят на группы по грузоподъемности (см. рис. 3) и развиваемой мощности.
По методам управления промышленные роботы первых поколений можно разделить на роботы:
—управляемые от систем числового программного управления；
— с цикловыми системами управления;
— управляемые от ЭВМ (управляющих машин, способных собирать и анализировать информацию в процессе действия, реагировать на эту информацию, соответственно изменяя программу).
В настоящее время еще не выработаны четкие принципы и стройная система классификации промышленных роботов, но, как правило, их классифицируют по методам управления.
Некоторыми зарубежными фирмами ведутся разработки телевизионных систем дистанционного управления работой манипуляторов. Американская фирма «Стереотроник телевижн» разработала телевизионную систему дистанционного управления, обеспечивающую стереоскопическое изображение зоны действия. Эта система используется в лаборатории Окриджского университета (Англия) при управлении телеоператором, работающим с радиоактивными материалами.
В системах ЧПУ роботов записанная программа многократно повторяется. Изменение характера движений робота может быть достигнуто только вследствие ввода новой программы. Программирование работы таких роботов несложно и является простейшим видом их «обучения».
В этом случае человек осуществляет только периодический контроль за работой робота и смену программы, которая нанесена на магнитную ленту, барабан или перфоленту.
В настоящее время выпускаются роботы, в основном, с двумя видами программного управления: контурным (непрерывным) и позиционным (дискретным). Большинство роботов («Верса- тран》， «Юнимейт», 《Аутобот》)с позиционным управлением, программирование которых проще программирования роботов с контурным управлением (оно заключается в перемещении механической руки от точки к точке). Количество доступных точек определяет технические возможности робота.
У роботов пока отсутствует функция анализа обстановки; они производят только расшифровку，и реализацию программы работы.
Роботы, управляемые от ЭВМ, обладают системой управления, способной собирать необходимую информацию в процессе выполнения работы, перерабатывать ее с помощью электронного 《мозга» и вносить необходимые изменения в заранее введенную программу.
Глава II
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ РОБОТА
К промышленным роботам, управляемым от программирующего устройства или ЭВМ, предъявляют довольно жесткие требования. Время движения как отдельных звеньев, так и всего механизма в целом должно быть минимальным, поскольку длительность перемещения рабочих органов робота влияет на производительность всего технологического процесса. Отсюда вытекают требования к динамическим характеристикам робота. Поскольку каждое звено исполнительного устройства робота имеет свой привод, для математического описания движений робота необходимо составить систему со значительным количеством конечных и дифференциальных уравнений. Решение такой системы уравнений позволяет обеспечить качественные переходные процессы, устойчивость системы, а также выбрать оптимальные элементы конструкции и параметры управления.
В работах А. Е. Кобринского [11], Ю. А. Степаненко [28, 29, 30], М. Б. Игнатьева |[2, 5, 7, 8], Р. Пола 1[18] предложены методы, позволяющие решать задачи динамического анализа и оптимального управления роботами.
Большие возможности при исследовании динамики пространственных механизмов 《рук》 представляет метод, излагаемый в работах Ю. А. Степаненко. При разработке этого метода ставилась задача максимально использовать возможности ЭВМ, освободить человека от необходимости составлять дифференциальные уравнения движения механизма. Предлагаемый в работах [28, 29] алгоритм «составления» уравнений универсален и позволяет анализировать любые кинематические схемы 《рук》манипуляторов, содержащих пары I——V классов. Алгоритм заключается в том, что, оперируя численными значениями параметров и начальных условий (исходные данные), ЭВМ шаг за шагом повторяет те операции, которые выполняет человек с исходными данными при выводе уравнений.
Для перехода от одной кинематической схемы робота к другой не требуется производить каких-либо переделок в програм- 、мах, достаточно лишь подготовить соответствующие входные данные. Учитывая многообразие задач, Ю. А. Степаненко создал
библиотеку программ (процедур). Каждая такая процедура рассчитана на решение частной задачи, например, расчет положений механизмов《рук》，расчет сил инерции и т. п. С помощью такой библиотеки можно решать самые разнообразные задачи.
В качестве модели звена манипулятора Ю. А. Степаненко предложил рассматривать идеализированный объект ——материальный стержень, под которым подразумевается однородное твердое тело ци л ин др ическо й формы, характеризующееся длиной, массой и двумя моментами инерции: относительно продольной оси стержня и относительно оси, перпендикулярной стержню, проходящей через его центр масс. Введение такой модели значительно упростило внешний вид уравнений динамики по сравнению с аналогичными уравнениями для твердого тела произвольной формы.
⑴⑴В общем случае движения твердого тела относительно его центра масс дифференциальное уравнение можно записать в виде производной от кинетического момента:
⑴
⑴
где ~М — главный момент внешних сил относительно центра масс;(о — вектор угловой скорости тела; J ——тензор инерции тела; / ——время.
Для стержня выражение (1) можно упростить и привести к виду более простому, удобному для программирования на ЭВМ.
Последние слагаемые уравнения (1) можно представить в виде
-^-й = Н,⑵
dt
где вектор； имеет размерность углового ускорения.
Учитывая выражение (2), уравнение (1) для стержня можно записать в виде
Для т получено выражение
т = s(s X (« X £)) = (s-w) (s X з),(4)
где s — единичный вектор оси стержня.
《Полное》ускорение
◎ = & + %(5)
где е — угловое ускорение.
Вход
(параметру 〃 началь-ные дс/обиа )
Pazem уси- хи心〃卩ибодабPazem уси- хи心〃卩ибодаб一 nx6danH8专gb QnH&HgDdh 」 xz нчувпbHBdB8&>6 anwagDEJOJ一 nx6danH8专gb QnH&HgDdh 」 xz нчувпbHBdB8&>6 anwagDEJOJРамет скоростейи ускоренииРамет скоростейи ускоренииPacqem сил инерцииPacqem сил инерцииРасуе/п коазиии- ент/^ира&нехиО рабн应есиа (принцип Амм^ерН)Расуе/п коазиии- ент/^ира&нехиО рабн应есиа (принцип Амм^ерН)ау6 6ЛУ4Ь\~qHqyDhDHау6 6ЛУ4Ь\~qHqyDhDHD2D/7J оватЕббауаD2D/7J оватЕббауа
Pazem уси- хи心〃卩ибодаб
Pazem уси- хи心〃卩ибодаб
一 nx6danH8专gb QnH&HgDdh 」 xz нчувпbHBdB8&>6 anwagDEJOJ
一 nx6danH8专gb QnH&HgDdh 」 xz нчувпbHBdB8&>6 anwagDEJOJ
Рамет скоростейи ускорении
Рамет скоростейи ускорении
Pacqem сил инерции
Pacqem сил инерции
Расуе/п коазиии- ент/^ира&нехиО рабн应есиа (принцип Амм^ерН)
Расуе/п коазиии- ент/^ира&нехиО рабн应есиа (принцип Амм^ерН)
ау6 6ЛУ4Ь\~qHqyDhDH
ау6 6ЛУ4Ь\~qHqyDhDH
D2D/7J оватЕббауа
D2D/7J оватЕббауа
Решение урабнениО рабнооесия “ опре - деление обобщен- нш ускорении
ин/пегриробате
на один и/аг
Koi 、Нет、процесса J —!
Вь，ход * Да
Рис. 6. Блок-схема алгоритма, «моделирующего» работу манипулятора
После подстановки выражения (5) в (3) получено окончательное выражение главного момента сил для стержня
М = JQ. (6)
Величина ошибки, возникающей в расчете главного вектора сил инерции при замене звена манипулятора стержнем, зависит От отношения длины цилиндра к его диаметру и убывает с ростом этого отношения; в тех случаях, когда отношение больше пяти, относительная ошибка всегда меньше 3%.
В качестве примера на рис. 6 приведена блок-схема алгоритма, «моделирующего» работу манипулятора. Алгоритм состоит из отдельных программ (процедур), графически изображенных прямоугольниками. Условно алгоритм можно разде-
лить на две части: составление дифференциальных уравнений и их интегрирование. Блок алгоритма «расчет усилий приводов» нестандартный и должен программироваться в зависимости от типа привода и его режима работы. В этом блоке должно рассчитываться усилие или момент, развиваемые приводом в момент времени 厶.Для этого же момента времени 介 ведутся расчеты и во всех остальных блоках алгоритма.
В блоке (процедуре) «расчет положений» по известным относительным перемещениям звеньев в каждом шарнире 修(х, % ——относительные скорость и ускорение в i-м шарнире) рассчитываются положения осей всех звеньев Sj и осей шарниров ei в абсолютной системе координат. В основу расчета процедуры положено уравнение Родрига
5 = ^+?!^7><e +初 XВ，(7)
где
d=2tg^；
е ——единичный вектор оси вращения;
s° — вектор оси стержня до поворота;
s — вектор оси стержня после поворота；
Ф ——угол поворота вокруг оси е.
В этой процедуре могут использоваться и другие методы.
В блоке «расчет скоростей и ускорений» выполняется кинематический анализ для определения угловых и линейных ускорений центров масс всех звеньев механизма. Для единообразного описания как вращательных, так и поступательных перемещений в шарнирах использован аппарат комплексных чисел с множителями Клиффорда. В результате выполняемых в блоке расчетов линейные и угловые ускорения центра масс каждого звена механизма представляются в виде
где i, j — индексы, обозначающие звенья и шарниры.
Векторы 口叮,0订,刀厶自t рассчитываются в процессе выполнения процедуры. Векторные формулы (8) позволяют определить искомые ускорения, не прибегая к дифференцированию уравнений положения. Из-за нежелательности численного дифференцирования на ЭВМ в данном алгоритме не используются уравнения Лагранжа 2-го рода. При расчете используется информация о положении механизма и об обобщенных скоростях %厶 которые известны, поскольку известны начальные условия. Что
касается ускорений %厶 то они принимаются на этом этапе равными единице. Действительные значения ускорений будут найдены в процедуре «определение обобщенных ускорений» из условия удовлетворения принципа Даламбера.
Реализация такого подхода оказалась возможной потому, что уравнения механики линейны относительно вторых производных от обобщенных координат, поэтому для вторых производных справедлив принцип суперпозиции.
В блоке «расчет сил инерции» вычисляются силы и моменты сил инерции
Е = —т画=—% £ 丽匕一恤Q；(9)
M.=一丿忘=—(£ 8洛.+ £•+&•r)&• X足)，
где mt — масса Z-ro звена.
Значения ⑪厶 £^ определены в предыдущей процедуре по уравнениям (8). «Полное» ускорение находится по выражению (5)
Q = ^+ 匕=£ 瓦产/ + &+(s「&・)(SiX&)；(10)
эквивалентное угловое ускорение — по выражению (4).
В уравнениях (9) обозначим коэффициенты при слагаемых, содержащих Xj через 4叮，8叮，а остальные слагаемые ——через С；. При этих обозначениях уравнения (9) будут иметь вид 戸尸一力4产了+е:；(11)
而产一;瓦跖+D.
В блоке «расчет коэффициентов уравнений равновесия» составляются уравнения равновесия механизма согласно принципу Даламбера. Для этого определяются суммы внешних сил и моментов сил, развиваемых приводами, а также сил и моментов инерции для каждого звена. Суммарные векторы приводятся к центрам масс. Последовательно «разрывается» кинематическая цепь механизма в каждом из шарниров и составляются условия равновесия свободного конца цепи относительно «разорванного» шарнира. В программе заложен алгоритм приведения всех сил и моментов к соответствующей оси шарнира. Уравнения, характеризующие движение механизма, имеют вид ^L^x^Q^^ (f-l,2,...,n),(12)
где £叮，Qi являются сложными нелинейными функциями обобщенных координат %t и скоростей %金；丫金——усилие или момент, развиваемые приводом в i-м шарнире. Численные значения Аг；, Qe, y$ для каждого момента времени рассчитываются с помощью данного алгоритма.
В результате решения системы линейных алгебраических уравнений (12) относительно неизвестных Xi определяются действительные значения ускорений. Этим этапом заканчивается «составление» уравнений.
Считая найденные ускорения постоянными в течение малого отрезка времени А/, можно осуществить интегрирование уравнений и определить значения координат Хг и скоростей %金 в момент времени 友 = 介 + Л/. Если процесс расчета на этом не заканчивается, то координаты и скорости можно рассматривать как начальные условия для момента времени 友・ Используя эти начальные условия, можно вновь 《составить》дифференциальные уравнения для момента времени /2, т. е. вернуться к первому этапу рассматриваемого алгоритма и т. д.
Вопросы управления роботами рассматриваются в работах М. Б. Игнатьева и др. [2, 5, 6, 8].
Робот (манипулятор) может быть описан системой конечных или дифференциальных уравнений в форме уравнений Пфаффа, которые являются квазилинейными относительно дифференциалов переменных, а конечные уравнения могут быть приведены к квазилинейному виду путем дифференцирования. Особенностью таких систем уравнений является то, что число переменных больше или равно числу уравнений связи. Таким образом, задача анализа поведения робота (манипулятора) сведена к задаче исследования системы уравнений с избыточностью.
Алгоритм решения системы уравнений методом избыточных переменных заключается в следующем.
Имеется система из 力 уравнений связи в n-мерном пространстве
fP/(%i, %2, • • %) j = 1, 2..瓦 (13)
Требуется найти дифференциальные уравнения, решения которых удовлетворяют исходным уравнениям связи. Ищем решение в виде
^ = UlDi+U2D2+ ...+UsDr, at
= UQj+i + U2Q + 2 + …+ 么“/；(14)
::=UQs—i)j+i + /£)5—1)j+2 + …+ UsDq
где Us — произвольные переменные коэффициенты [2, 6]. Количество различных произвольных коэффициентов равно числу
сочетаний S=C^+i ; D — сумма произведений частных производных от функций (13) по некоторым из переменных.
Порядок формирования U$D$ и знаков перед слагаемыми в уравнениях системы иллюстрируется приводимым ниже примером.
Исходные уравнения
厶・(％1, %2，%3‘ *4)= о； j = 1, 2.(Id)
Число произвольных коэффициентов S = С； = 4, U}= (1 2 3), 小=(12 4), Оз= (13 4), (А = (2 3 4).
Эта запись означает, что коэффициент Ux соответствует сочетанию 123; коэффициент。2 — сочетанию 124 и т. д.
Коэффициенты, которые соответствуют сочетаниям, содержащим 1, располагаются в правой части первого уравнения системы вида (14); коэффициенты, которые соответствуют сочетаниям, содержащим 2, располагаются во втором уравнении и т. д.: 字=5质 3 + %加4 +。3。：4； at
学=一0]33一02冴4 + 力^4；
.(16)
-Л =u1D?2 -u3以4一UQ；：； at
= U2D\2 + 40：з + U《D；3.
Индексы при D соответствуют сочетаниям коэффициентов Q, причем, индекс строки переносится вверх. Оставшиеся нижние индексы соответствуют переменным, по которым берутся частные производные от исходных функций, например, D =亦0力 歹】0%
Знаки перед членами уравнений (16) определяются по следующему правилу: рассматривается порядок верхних и нижних индексов у буквы D, например против часовой стрелки, и, если имеется нечетное число нарушений порядка, перед этим членом ставится минус; в других случаях — плюс. Для членов верхней строки имеем порядки: 123, 124, 134; в них нет нарушений—они со знаком《плюс》； во второй строке в первом слагаемом 213 одно нарушение (2 больше 1), оно со знаком «минус», 214 — со знаком《минус», 234 — со знаком《плюс》(нарушений нет) и т. д.
В работе [8] приведен пример, иллюстрирующий рассмотренный метод. На рис. 7 показана кинематическая схема манипулятора с пятью степенями свободы. Допустим, что манипулятор должен переместить схват из точки с координатами х0, z/0, z0
в точку с координатами хк, ‘к, 2K по прямой в плоскости, параллельной плоскости хоу и отстоящей от нее на величину г0.
Структура конечных алгебраических уравнений для рассматриваемой схемы имеет вид
Л = П1 sin 屮2—％ sin((p2 + 屮3)] cos 屮1—% = 0;
,2 -p1 sin 中2 一 /2 sin (屮2 + 屮3)] sin 屮[-у = 0；
(17)(17)『3 = ‘3—^COS仰2 + 屮3)+ Л COS 屮2 —乞0 = 0；
(17)
(17)
f4= (x~^x^^ (у-у^-^ = 0;
f5=仇一Ук)%+ (%к — Х0)У + Ук(хо一％к)—%к(Уо — Ук) =0,
где Ц — длина r-го звена.
Последние два уравнения определяют уравнение прямой и движение схвата по этой прямой (А — текущее расстояние от схвата до точки цели).
Исходя из геометрии манипулятора можно задать контрольное условие перпендикулярности схвата плоскости, в которой происходит перемещение, т. е.(р4 = — ((рз + 屮2).
Величина qu в этом случае уже не является переменной, а определяется положением углов 屮2 и(рз.
Перейдем к системе эквивалентных дифференциальных уравнений типа (14).
Число неопределенных коэффициентов для рассматриваемого примера равно 1. После вычисления частных производных и соответствующих преобразований получим систему эквивалентных дифференциальных уравнений в окончательном виде
Ч>1 = — Ui 2A [Q/o—9k)cos(Pi + (хк—x0)sin<p1]/1/2sin<p3；
屮2 = —U12A [匂о—gjsin 5 — (%к—%o)cosq)i] /2 sin(<p2 +
+ <Рз) [^1 sin <р2—/2 sin (<р2 + <Рз)]；
<Рз = Q2A 卩2 sin(q)2 + 屮з)—厶 sin(p2][/] sin <р2—sin(<p2 +
+ «Рз] [(i/o—Ук) sin (р, — (хк—x0)cos (р,];}(18)
x = -52A(%]-尤0)% sin q)2 -为 sin(中2 + 中3)]/也5е屮3；
U = U12A (у。—у^ [/J sin 屮2—% sin @2Фз)] /"2 sin 物；
A= ~^ 12 [(X - %k) (Xк - %0)一(У一уК) (% -"уk)][/1 sin 屮2 一 一厶 sin (屮2 + 93)]外2 sin 屮3。
Система уравнений (18) может быть решена на ЭВМ. В системе имеется всего один неопределенный коэффициент。卜 задавая который можно изменять скорость движения по траектории.
В статье Р. Пола [18] изложен один из методов управления манипулятором с помощью ЭВМ, осуществленный в США.
Теория и методы расчета эффекторных систем роботов в настоящее время очень быстро развиваются. Существенный вклад в развитие теории роботов, а также в разработку методов управляющих систем роботов, в анализ и синтез исполнительных механизмов сделан советскими учеными.
В работах Д. Е. Охоцимского {16] изложены теоретические вопросы управления и моделирования шагающими роботами, наделенными органами зрения и реализующими достаточно сложные алгоритмы поведения '—распознавания и классификации препятствий с выработкой оптимальной 《походки» для преодоления препятствий и т. п.
Вопросы, связанные с расчетом конструкций и управлением телеоператоров (копирующих манипуляторов), изложены в работах [4, 12]. Управление этими машинами осуществляется от «задающей руки», приводимой в движение человеком-оператором.
Важной особенностью роботов, предназначенных для эксплуатации в условиях серийного производства, является цикличность их работы, зависящая от цикличности выпуска деталей, что ведет к необходимости введения управления роботом с возможно более быстрой сменой программ. Осуществление
технологических операций, требующих высокой точности позиционирования и отслеживания заданной траектории, накладывает на конструкцию механических систем робота и приводов дополнительные жесткостные требования. Все эти вопросы исследуются сейчас и экспериментально, и теоретически.
Основные итоги теоретических разработок последних лет были подведены на V Всесоюзном симпозиуме «Теория, прин- 口нпн устройства и применение роботов и манипуляторов», состоявшемся в марте 1974 г. в г. Ленинграде {27]. В работе симпозиума приняли участие около 700 представителей более 150 НИИ, вузов, заводов и КБ.
На симпозиум были представлены доклады по следующим основным направлениям: 1) разработка и применение роботов и манипуляторов; 2) теория, расчет и конструирование; 3) проблемы управления; 4) проблемы создания искусственных органов чувств и искусственного интеллекта； 5) шагающие системы.
В СССР за два последних года, прошедших после IV симпозиума, достигнуты значительные результаты, соответствующие мировому уровню развития робототехники.
Большое количество исследований советских ученых посвящено теории роботов и их элементов.
Существенные особенности телеоператоров и роботов ——большое число управляемых координат рабочего органа, разомкну- тость кинематической цепи, управление на больших расстояниях ——не всегда позволяют использовать традиционные подходы и методы теории машин и механизмов.
Указанные особенности определяют в качестве основного метода исследований математическое моделирование на ЭВМ.
Большой вклад в эту область исследований сделан Ф. М. Кулаковым, Е. И. Воробьевым и другими учеными.
Следует отметить разработанные в последнее время А. Ф. Верещагиным алгоритмы автоматического составления дифференциальных уравнений движения многозвенной разомкнутой цепи и анализа их динамики.
Кинематическому анализу и синтезу многозвенных цепей посвящены работы П. А. Лебедева [13], Б. Г. Аветикова, И. В. Калабина, С. Н. Андреенко. Результаты исследования устойчивости системы управления манипулятором и измерения нагрузочного момента исполнительного органа изложены в работах В. С. Кулешова. Разработаны методы исследования динамики позиционирования робота (В. П. Степанов), оценок точности позиционирования при различных режимах приводов в различных конструкциях роботов (Н. А. Дроздецкий, А. Е. Кобринский, А. П. Алексеев).
Работы по проблемам создания искусственных органов чувств и искусственного интеллекта охватывают как вопросы создания различных информационных систем роботов, позволяющих собирать информацию о свойствах и характеристиках 38
внешней среды (объектах и препятствиях), так и задачи алгоритмической обработки этой информации и использования ее в процессе управления. В настоящее время известны три основных подхода к созданию информационных систем роботов:
оснащение схвата робота тактильными датчиками (осязание), позволяющими собирать информацию о среде лишь в процессе движения (робот «слепой»);
оснащение робота системами искусственного зрения с помощью телекамер; при этом информация собирается впредь до реализации движения, и робот получает возможность строить свои движения «разумно», исходя из условий достижения заданной цели;
оснащение робота информационными системами на основе «чувствительных» поверхностей.
Вопросам создания и алгоритмической структуры системы осязания робота посвящены работы В. С. Гурфинкеля, в которых экспериментально и теоретически показана возможность распознавания формы объектов с помощью осязательного устройства, установленного на схвате робота. При этом из всей совокупности воспринимаемой информации уже на нижнем уровне выделяются характеристики, определяющие свойства объекта, которые и передаются на вышестоящие уровни управления, что позволяет уменьшить объем передаваемой информации. Таким образом, удается различать такие предметы, как шары, цилиндры, конусы.
Проблемам обнаружения объектов в поле зрения робота, определения их конфигурации и расположения были посвящены работы В. П. Андреева, Д. И. Николаенко, Е. И. Юревича, И. А. Базилевича и др. Проблемам организации стереозрения робота посвящена работа А. И. Болдырева. Основные трудности здесь связаны с большим объемом перерабатываемой информации и с необходимостью устранения различных помех, поступающих через канал искусственного зрения. Эти недостатки приводят к существенному увеличению времени обработки информации (несмотря на высокое быстродействие используемых ЭВМ), в результате чего время, необходимое для вычислений и принятия решения, значительно превышает время выполнения движений.
Эта диспропорция устраняется при использовании «чувствительных» поверхностей, например «информационного поля», предложенного А. Е. Кобринским, А. И. Корендясовым, А. А. Кобринским и Б. Л. Саламандрой.
Все объекты и препятствия располагаются на поверхности 《поля》，содержащей сетку электрически активных точек. По их состоянию можно судить о конфигурации и координатах расположения деталей, с которыми работает робот. Время получения информации о состоянии точек такой поверхности достаточно мало, что позволяет роботу работать с подвижными
объектами. Такие системы могут использоваться как для отработки новых алгоритмов управления роботами, так и непосредственно в технологических системах. В последнем случае устраняется необходимость в исходном позиционировании и! ориентации детали в рабочем пространстве робота. 1
Возможность работы с объектами, движущимися по транспортеру, показана в работе М. Б. Игнатьева. Над транспортерами устанавливается ряд фотодиодов, фиксирующих расположение и конфигурацию перемещающихся объектов. Эта информация передается в управляющую ЭВМ, далее решается задача идентификации объекта, и робот по полученным от ЭВМ сигналам снимает с движущегося транспортера детали заданной конфигурации, т. е. выполняет наиболее характерную для промышленных роботов технологическую операцию.
Для развития промышленных роботов важным является моделирование «окружающей среды», включающей в себя частично или полностью моделирование условий производства изделия, а также разработку алгоритмов типовых технологических операций.
В конечном счете полнота модели «окружающей среды», качество алгоритмов, описывающих технологические процессы и конструкцию механических и электрогидравлических систем, определяют эффективность применения роботов в производственных условиях.
В заключение краткого обзора работ, посвященных методам моделирования и расчета промышленных роботов, следует отметить, что, несмотря на интенсивность и высокий уровень научных разработок (особенно отечественных) в этой области, работа по созданию инженерных методов расчета кинематики, динамики, прочности, точности и надежности функционирования промышленных роботов еще далеко не завершена. Поэтому в ближайшее время предстоит выполнить большой объем теоретических исследований в этом важном научном направлении.
Глава III
РАЗРАБОТКА, ПРОИЗВОДСТВО
И ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
В СССР И ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ СССР
Проблемой создания промышленных роботов ученые и инженеры нашей страны начали заниматься в конце шестидесятых годов. В настоящее время эту проблему решают многие научные учреждения и предприятия.
В течение последних пяти лет создано много опытных образцов промышленных роботов (в основном универсальные роботы с позиционными и цикловыми системами ПУ). В числе первых опытных образцов были роботы УМ-1, «Универсал-50» и УПК-1.
Робот УМ-1
Промышленный робот УЖ-1 (рис. 8) предназначен для выполнения вспомогательных опер аций технологических процессов механической обработки, холодной штамповки, нанесения гальванических покрытий, очистки деталей и других процессов (заменяет рабочего на операциях установки и снятия заготовок и деталей). Робот имеет пять степеней свободы, не считая движение схвата. Рука робота перемещается в цилиндрической системе координат (два ее движения прямолинейные) .Система управления позиционная. Движения руки осуществляются в следящем режиме, кисти и схвата ——от упора до упора, т. е. имеются только две точки остановки (крайние). Положения упоров, ограничивающих движение кисти, регулируются. Исполнительный привод гидравлический, с электроуправлением. Поворот и вертикальное перемещение руки, а также движения кисти и схвата осуществляются от гидроцилиндров, продольное перемещение руки — от гидромотора. Робот имеет пульт ЧПУ :и пульт ручного управления.
Носителем программы является перфолента. Объем записанной программы ограничен только длиной перфоленты, которая может быть уложена в бункере. Программа записывается в коде БЦК-5 при последовательном проведении руки робота с помощью пульта ручного управления по заданным точкам программы, при этом определяются фактические координаты заданных точек.
Рис. 8. Универсальный промышленный робот УМ-1
В системе управления робота предусмотрена возможность подачи сигналов команды в системы управления обслуживаемого оборудования и получения сигналов об исполнении команд рабочими органами этого оборудования. Последние сигналы 《разрешают》продолжать выполнение рабочего цикла.
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм: по вертикали 760
по горизонтали 76°
Поворот руки вокругвертикальной оси, град ..240
Поворот кисти вокруг продольной и вертикальной осей, град 18°
Точность позиционирования,мм ±2
Линейные скорости перемещения руки по вертикали и по горизонтали, мм/с1000
Скорость поворота руки вокруг вертикальной оси, град/с 90
Грузоподъемность при максимальной скорости и закрепленной кисти, кг 20
Грузоподъемность при скорости 22,5 град/с и 0,25 м/с при закрепленнойкисти,кг 40
Грузоподъемность кисти,кг 1°
Давление в гидросистеме,кгс/см2 4°
Объем бака, л 53
Температура рабочей жидкости в рабочем режиме, _ град35—60
Электропитание 220/380 В,
50 Гц
Потребляемая мощность, кВт 7
Число внешних сигналов об исполнении команд .6
Габаритные размеры манипулятора (длина X шири
на X высота), мм 1630Х750Х
Х 2070
Масса, кг 900
На базе робота УМ-1 были созданы две модели специализированных роботов ——УМ-IT в теплозащищенном исполнении и УМ-Ш в пылезащищенном исполнении. У них одна и та же система управления ——позиционная, аналого-трансформаторная, выполненная на логических и релейных элементах.
Робот УМ-1Т
Робот УМ・1Т предназначен для установки заготовок в штамп и снятия готовых деталей с прессов горячей штамповки, а также для обслуживания термических печей и машин литья под давлением.
Техническая характеристика
Грузоподъемность с работающей кистью, кг . до 10
Число степеней свободы 4
Линейные перемещения руки, мм:
по вертикали 580
по горизонтали 700
Угол поворота колонны, град 240
Скорость: линейных перемещений, м/с 0,7
. поворота колонны, град/с 60
Точность позиционирования, мм ±2
Для обеспечения возможности захвата нагретых заготовок из кисти манипулятора (рис. 9) робота УМ-IT вынесены в заднюю часть руки все гидравлические коммуникации. Энергетический блок гидросистемы выполнен в виде отдельного выносного блока, что позволяет эксплуатировать манипулятор в зоне повышенных температур. Защитный кожух предохраняет манипулятор от радиационного нагрева и пыли.
Конструкция робота УМ-IT позволяет использовать его для работы с заготовками, нагретыми до 400° С.
Робот УМ-1П
Специализированный робот УМ-1П предназначен для выполнения различных технологических операций в условиях повышенной запыленности воздуха и, прежде всего, для обслуживания процессов дробеструйной обработки и пескоструйной очистки деталей и заготовок.
Рис. 9. Манипулятор специализированного промышленного робота УМ-1ТРис. 9. Манипулятор специализированного промышленного робота УМ-1ТТехническая характеристикаГрузоподъемность с работающей кистью, кгЧисло степеней свободыЛинейные перемещения руки, мм:по горизонтали по вертикалиУгол поворота колоииы, град .Скорость:линейных перемещений, м/с ....поворота колонны, град/с .Точность позиционирования, мм.Техническая характеристикаГрузоподъемность с работающей кистью, кгЧисло степеней свободыЛинейные перемещения руки, мм:по горизонтали по вертикалиУгол поворота колоииы, град .Скорость:линейных перемещений, м/с ....поворота колонны, град/с .Точность позиционирования, мм.о 5о 5ООО8 8 45 5 2ООО8 8 45 5 2‘ 27 0 二，6 т_ о‘ 27 0 二，6 т_ о
Рис. 9. Манипулятор специализированного промышленного робота УМ-1Т
Рис. 9. Манипулятор специализированного промышленного робота УМ-1Т
Техническая характеристика
Грузоподъемность с работающей кистью, кг
Число степеней свободы
Линейные перемещения руки, мм:
по горизонтали по вертикали
Угол поворота колоииы, град .
Скорость:
линейных перемещений, м/с ....
поворота колонны, град/с .
Точность позиционирования, мм.
Техническая характеристика
Грузоподъемность с работающей кистью, кг
Число степеней свободы
Линейные перемещения руки, мм:
по горизонтали по вертикали
Угол поворота колоииы, град .
Скорость:
линейных перемещений, м/с ....
поворота колонны, град/с .
Точность позиционирования, мм.
о 5
о 5
ООО8 8 45 5 2
ООО8 8 45 5 2
‘ 2
7 0 二
，6 т_ о
‘ 2
7 0 二
，6 т_ о
Для сохранения высокой надежности робота УМ-Ш (рис. 10) при работе в запыленной среде манипулятор робота снабжен защитным кожухом, внутри которого создается избыточное давление. Защищена от попадания пыли также кисть робота, что позволяет вводить схват внутрь камер, где непосредственно осуществляется дробеструйная обработка при очистке деталей и заготовок.
Рис. 10. Специализированный промышленный робот УМ-1П
Робот «Универсал-50М»
Универсальный промышленный робот с ПУ «Универ- сал-50М》предназначен для автоматизации тех же вспомогательных операций, что и робот УМ-1.
Техническая характеристика
.50.электрогид- равлический.50.электрогид- равлическийГрузоподъемность, кг
.50
.электрогид- равлический
.50
.электрогид- равлический
Тип привода
ООО 2 0 5 4 0 8 ^3 2 1х 1х 9 士士士土ООО 2 0 5 4 0 8 ^3 2 1х 1х 9 士士士土Количество степеней свободы: .... транспортных ориентирующих
ООО 2 0 5 4 0 8 ^3 2 1х 1х 9 士士士土
ООО 2 0 5 4 0 8 ^3 2 1х 1х 9 士士士土
Наибольшее линейное перемещение руки, мм
Угол качания руки, град ..
Угол поворота руки, град
Сгибание кисти, град
Вращение схвата, град
Скорости перемещений рабочих органов：
Угловые, град/с:
.45•20•9090•0,9•+3,0•8,5.1400X900X X1400.45•20•9090•0,9•+3,0•8,5.1400X900X X1400поворот руки
.45
•20
•90
90
•0,9
•+3,0
•8,5
.1400X900X X1400
.45
•20
•90
90
•0,9
•+3,0
•8,5
.1400X900X X1400
качание руки
сгибание кисти
вращение схвата
Линейные, м/с: выдвижение руки
Точность позиционирования, мм ,..
Потребляемая мощность, кВт
Габаритные размеры, мм: манипулятора
пульта ПУ
Масса, кг
800X600XХИОО
J600
Робот УПК-1
По схеме, близкой к схеме робота УМ-1, были выполнены опытные образцы робота УПК-1 (рис. 11) (в отличие от УМ.-1 в них предусмотрена еще одна степень свободы — продольное перемещение всего робота по рельсам). Движения Руки и перемещение робота осуществляются в следящем режиме, движения кисти и схвата ——от упора до упора.
Привод передвижения по рельсам, состоящий из гидромотора и редуктора, закреплен на основании. Выходная шестерня привода, обкатываясь по зубчатой рейке, укрепленной на рельсе, перемещает робот.
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм: по вертикали 770
по горизонтали 770
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град ..240
Передвижение по рельсам, мм 500
Поворот кисти вокруг продольной и вертикальной осей, град 180
Точность позиционирования, мм ±2
Скорость перемещения руки с грузом 10 кг:
по горизонтали и вертикали, мм/сдо 500
при повороте вокруг вертикальной оси, град/с .30
Скорость продольного перемещения робота, мм/с . до 500
Грузоподъемность максимальная, кг ....40
Габаритные размеры с вытянутой рукой, мм .. 250 5Х708Х
Х2300
В качестве программоносителя в роботе УПК-1 использована магнитная лента. Перемещения руки и манипулятора робота по рельсам записываются на ленте в виде фазомодулированных сигналов, что обеспечивает задание движений по контуру. На ленте записываются также сигналы, обеспечивающие с пульта робота управление технологическим оборудованием, которое робот обслуживает.
Приводы робота гидравлические, с электроуправлением. Энергетический блок гидросистемы располагается на основании манипулятора. Охлаждение рабочей жидкости воздушное.
Рис. 11. Универсальный промышленный робот УПК-1
Робот «Универсал-5»
Универсальный промышленный робот модели 《Унн- версал-5》предназначен для комплексной механизации и автоматизации вспомогательных работ в заготовительных, кузнечных, литейных и механосборочных цехах. Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг 5
Количество степеней свободы: 6
. из них программируемых 4
Транспортные программируемые перемещения： поворот платформы, град .^ 360
наибольший вертикальный ход платформы, мм .650
поворот руки, град ±120
горизонтальный ход руки, мм 700
Ориентирующие перемещения по упорам：
вращение кисти, град±90
сгибание кисти, град±90
Наибольший радиус рабочей зоны, мм ...1600
Наибольший регулируемый эксцентриситет осей по
ворота, мм ... 200
Точность позиционирования, мм±2,0
Максимальные скорости линейных и угловых пере
мещений рабочих органов: поворот платформы, град/с 60
подъем платформы, м/с0,25
поворот руки, град/с 120
выдвижение руки, м/с0,87
вращение и сгибание кисти, град/с180
Потребляемая мощность, кВт 0,82
Габаритные размеры, мм1400义
Х1200Х
Х2100
Масса, кг 250
Робот «Универсал-5» обеспечивает 6 программируемых перемещений груза: движение руки по горизонтали и вертикали, поворот колонны, поворот руки, вращение кисти и ее сгибание.
Робот «Циклон-ЗА>
Пневматический робот с программным управлением модели《Цнклон-ЗА》предназначен для замены ручного труда на однообразных и вредных работах.
Техническая характеристика
Число степеней свободы 4
Грузоподъемность, кг 3
Программируемые перемещения:
поворот руки относительно вертикали оси, град 180
поворот схвата, град 90
выдвижение руки, мм 600
Радиус рабочей зоны, мм: наибольший1430
наименьший 830
Вертикальное перемещение рук% мм.100
Сдвиг руки, мм .50
Программоносительтумблерная
панель
Давление подаваемого на силовой привод воздуха, кгс/см2 4
Габаритные размеры, мм1400x900X
X 1200
Робот «Циклон-ЗА» обеспечивает 5 программируемых движений груза: перемещение руки по горизонтали и вертикали, поворот колонны, сдвиг руки и вращение кисти.
Система управления робота электрическая, цикловая. Перемещения руки, колонны и кисти ограничиваются концевыми выключателями и жесткими упорами. Для расширения технологических возможностей робот снабжен выдвижными упорами, что обеспечивает при перемещении руки по горизонтали четыре точки позиционирования, при повороте колонны—также четыре точки позиционирования и при вращении кисти — три точки. Упоры устанавливают вручную при наладке технологического процесса. Управление выдвижными упорами осуществляется по программе, заданной на тумблерной панели.
Робот ПР-10И
Универсальный промышленный робот ПР-10И (рис. 12) предназначен для автоматизации и механизации вспомогательных технологических операций: погрузки, выгрузки, установки, снятия деталей и заготовок с обслуживаемого технологического оборудования при механообработке, прессова-
Рис. 12. Универсальный промышленный робот ПР-10ИРис. 12. Универсальный промышленный робот ПР-10И
Рис. 12. Универсальный промышленный робот ПР-10И
Рис. 12. Универсальный промышленный робот ПР-10И
нии, литье и т. д'. Робот используют для работы в цеховых условиях при температуре окружающей среды 5——50° С.
Управление робота автоматическое по программе, заданной коммутационными проводниками на штекерной панели. Пульт управления имеет размеры 1000X700X470 мм. Система управления обеспечивает возможность связи цикла работы робота с циклом работы обслуживаемого оборудования.
Число команд, подаваемых технологическому оборудованию, шесть.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг 10
Число степеней свободы. 4
Число точек остановки:
при повороте руки вокруг вертикальнойоси3
при всех остальных перемещениях (для каждого перемещения) 2
Точность позиционирования, мм±0」
Наибольшие линейные перемещения руки, мм:
по вертикали 200
по горизонтали 600
Наибольший угол поворота руки (колонны) вокруг вертикальной оси, град 220
Наибольший уголповорота кисти, град ...180
Наибольшие линейные скорости перемещения руки, мм/с:
по вертикали 500
по горизонтали 800
Наибольшая скорость поворота, град/с: колонны 90
кисти ■ 180
Напряжение электропитания,В 220
Потребляемая мощность, кВт......0,5
49494 Заказ 3483
49
49
Тип исполнительного привода пневма
тический
Расход воздуха, м3/ч 10
Давление на входе впневмосистемы, кгс/см2 ..6
Масса, кг500
Габаритные размеры манипулятора, мм ... 1670х850х
X 1 Но
Робот ПР-10И имеет цикловую систему управления, выполненную на интегральных элементах.
Программа работы робота набирается в результате коммутирования с помощью проводников в определенной последовательности гнезд матрицы с гнездами соответствующих движений робота. Задается интервал времени между началами последовательных движений. Интервал времени между двумя соседними гнездами в ряду матрицы регулируется в пределах 0,02— 0,1с рукояткой генератора импульсов. Каждое движение робота из исходного положения ,и возвращение в исходное положение может повторяться в одном цикле по три раза.
Предусмотрена возможность подачи сигналов команды в системы управления внешнего оборудования и получения сигналов о выполнении команд рабочими органами этого оборудования.
Рама робота крепится к полу, ее положение может регулироваться по высоте в пределах 100 мм. Пульт управления выполнен выносным. Создана конструкция робота ПР-5И грузоподъемностью 5 кг, аналогичная конструкция робота ПР-10И.
Робот ПР-10С
Универсальный промышленный робот ПР-10С (рис. 13) предназначен для автоматизации и механизации вспомогательных загрузочно-разгрузочных транспортных и основных технологических операций при работе во взрывоопасной среде. Робот имеет четыре степени свободы, не считая движения схвата. Рука его может осуществлять продольное и вертикальное перемещение и поворот вокруг вертикальной оси (движение в цилиндрической системе координат). Все движения осуществляются от упора до упора. При движении по всем координатам, кроме поворота руки вокруг вертикальной оси, возможна остановка только в крайних точках. При повороте руки предусмотрена возможность остановки ее в средней точке. С этой целью в конструкции предусмотрен подвижный упор промежуточного положения, который выдвигается при подаче соответствующей команды. При подходе к заданной точке рука плавно тормозится предусмотренными в конструкции демпфирующими устройствами.
Рис. 13. Универсальный промышленный робот ПР-JOC
Приводы перемещения руки, кисти и схвата, а также привод промежуточного упора пневматические. Все упоры крайних положений, а также скорости перемещения руки и режимы демпфирования регулируются.
Техническая характеристика Грузоподъемность, кг 10
Перемещение руки, мм: по горизонтали . 600
по вертикали 200
” Угол поворота, град: колонны 220
кисти 180
Скорость линейных перемещений, мм/с: по горизонтали ^.^ 800
по вертикали 500
Скорость поворота, град/с: колонны 90
кисти 180
Точность позиционирования, мм.....±0」
Напряжение электропитания,В.....220
Потребляемая мощность, кВт 0,5
Тип исполнительного приводапневма
тический
Расход воздуха, м3/ч J0
Давление на входе пневмосистемы, кгс/см2.6
Масса, кг 500
Габаритные размеры манипулятора, мм .,. 1670х850х
X 1115
Система управления робота разработана под руководством П. М. Атласа и изготовлена Московским заводом «Тизприбор» на базе струйных и мембранных элементов агрегатно-модульной системы《Цикл》.
По своей структуре система управления робота ПР-10С аналогична электрической системе управления робота ПР-10И.
Последовательность выполнения движений задается путем коммутирования с помощью пластиковых трубок гнезд матрицы с гнездами соответствующих движений робота.
Интервал времени между соседними гнездами матрицы регулируется в пределах 0,1——0,2 с.
Робот ПР-35
Промышленный робот ПР-35 предназначен для обслуживания технологических процессов штамповки, точечной сварки, литья, механической обработки и других процессов при максимальной температуре окружающей среды +50° С.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг: при скоростинормальной 12
пониженной 35
Число степенейсвободы 5
Радиальное перемещениеруки, мм1067
Перемещение руки по вертикали, мм.2300
Угол поворота руки,град 220
Скорость перемещения руки, м/с: радиальная0,762
вертикальная1,270
Скорость вращенияруки, гр ад/с 110
Угол, град: сгибаниякисти 220
поворотакисти 180
Скорость, град/с: сгибаниякисти 110
поворотакисти 110
Точность позиционирования, мм±1,25
Система управления позиционная
Робот оснащается позиционной числовой системой программного управления, при этом программируются все перемещения руки и кисти робота. Обучение робота осуществляется путем перемещения руки и кисти в заданные точки пространства с помощью пульта ручного управления. Число 'независимых программ, вводимых в память робота,——6 с количеством переходов (команд) в каждой программе не менее 60. При необходимости может быть осуществлен автоматический переход с одной программы на другую (с пульта управления ими по сигналам от внешних устройств).
Робот ПРК-20
Робот ПРК-20 (рис. 14) предназначен для нанесения лакокрасочных, теплозащитных, износостойких и других покрытий.
Рис. 14. Робот ПРК-20 с контурной системой ПУ
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг.20
Число степеней свободы 6
Перемещение руки, мм: горизонтальное 1500
вертикальное 1500
Перемещение робота вдоль изделия, мм ...15000
Угол поворота, град:
рукн в горизонтальной плоскости.180
кисти в вертикальной плоскости 120
Скорость, м/с: горизонтального перемещения руки....0,5
вертикального перемещения руки 0,5
перемещения робота 0 J
Точность позиционирования, мм ±3
Система управления контурная
Робот оснащается системой ПУ, допускающей возможность управления по программе, рассчитанной с помощью ЭВМ, а также по программе, занесенной в память робота в режиме обучения с помощью пульта ручного управления. Манипулятор робота выполняется во взрывобезопасном исполнении.
В приводных устройствах используются гидроусилители с шаговыми электродвигателями ШД-5-1. Энергетический блок гидросистемы может быть установлен в том же помещении, что и манипулятор; пульт с системой ПУ должен располагаться в соседнем, невзрывоопасном помещении.
Рис. 15. Робот модели 381
Робот модели 381
Промышленный робот модели 381 рис. 15) предназначен для транспортировки и заливки заданного объема металла из раздаточной печи в камеру прессования машины для литья под давлением.
Робот оснащается пневматической системой ПУ на струйных элементах. Приводы робота гидравлические.
Техническая характеристика
Грузоподъемность,кг 5
Число степеней свободы 4
Перемещение руки, мм: горизонтальное 500
вертикальное 750
Угол, град: поворота руки180 опрокидывания ковша 90
Скорость перемещений： линейная, м/сдо0,8
угловая, град/сдо 75
Расстояние от пола до ковша, мм: наименьшее 350
наибольшее1200
Наибольшее расстояние от оси стойки до оси ковша, мм 1350
Точность позиционирования,мм±1,25
Погрешность дозировки расплава士立％
Система управления цикловая
Робот модели 281
Промышленный робот модели 281 (рис. 16) предназначен для транспортировки заготовок и деталей при обслуживании кузнечно-прессового оборудования.
Робот оснащается пневматической системой ПУ на струйных элементах.”
Приводы робота пневматические.
Рис. 16, Промышленный робот модели 281Рис. 17. Промышленный робот модели 296Рис. 16, Промышленный робот модели 281Рис. 17. Промышленный робот модели 296Техническая характеристика
Рис. 16, Промышленный робот модели 281
Рис. 17. Промышленный робот модели 296
Рис. 16, Промышленный робот модели 281
Рис. 17. Промышленный робот модели 296
Грузоподъемность, кг ...
Число степеней свободы..
Перемещение руки, мм:
по горизонтали
по вертикали
Угол поворота руки, град .
Скорость перемещения руки, м/с: по горизонтали по вертикали
Скорость поворота руки, град/с . Угол раскрытия схвата, град , Диапазон поворота схвата, град Точность позиционирования, мм Система управления ..
1045003002401190400—90—180±0,2цикловая1045003002401190400—90—180±0,2цикловаяРобот модели 296
10
4
500
300
240
1
1
90
400—90—180
±0,2цикловая
10
4
500
300
240
1
1
90
400—90—180
±0,2цикловая
Промышленный робот модели 296 (рис. 17) предназначен для обслуживания горизонтально-ковочной машины. Робот оснащается пневматической системой ПУ на струйных элементах. Приводы робота гидравлические.
Техническая характеристика Грузоподъемность, кг 15
Число степеней свободы 5
Перемещение колонны,мм 150
Перемещение руки, мм: горизонтальное 1000
вертикальное 750
Угол, град: поворота колонны 180
раскрытия схвата 20
поворота схвата 90
Скорость, град/с: раскрытия схвата 30
поворота схвата 180
Точность позиционирования, мм±1,25
Система управления .позиционная
Для автоматизации вспомогательных операций в отечественном приборостроении в последние два года создано несколько промышленных роботов, управляемых от систем цикловой автоматики. В числе их робот модели М.-901 и робот к полуавтомату ПМРР-902.
Робот М-901
Робот М-901 (рис. 18) предназначен для транспортировки пресс-форм со стола пресса на рабочее место прессовщика. Робот может обслуживать три пресса типа П-483 или П-474 для изготовления деталей из пластмасс: поочередно загружает каждый из них, а после рабочих ходов пресса и технологических выдержек разгружает и доставляет пресс-форму на стол прессовщика.
Рис. 18. Робот М-901
Робот механического тапа имеет три степени свободы: поворот руки вокруг вертикальной оси, вертикальное и горизонтальное перемещение руки, а также сжимающее и разжимающее движение губок схвата.
В приводе использованы специальные двигатели с катящимся ротором типа ДКР-901, имеющие высокие динамические качества. Конструкция робота позволяет производить быстрый монтаж и демонтаж его на рабочем месте.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг 20
Число степеней свободы .4
Горизонтальное линейное перемещение схвата, мм375
Вертикальное перемещение схвата, мм ....250
Поворот схвага относительно вертикальной оси, град 270
Сжимающее и разжимающее движение губок схвата, мм 40
Точность позиционирования, мм:
по вертикали±1,5
по горизонтали±4
Максимальное расстояние схвата, мм:
от вертикальной оси поворота руки .1325
от уровня пола1100
Время переноса пресс-форм от рабочего места прессовщика, с:
до правого или левогопресса 15
до пресса, противоположного рабочему месту прессовщика 22
Масса, кг 200
Система управления роботом собрана на реле. Робот потребляет 100 Вт.
Робот для обслуживания конвейерных линий обработки печатных плат
Робот (рис. 19) применяют для обслуживания конвейерных линий обработки печатных плат. Он выполняет следующие операции:
—загрузка заготовок печатных плат из магазина на конвейер линии подготовки поверхности плат и выгрузка их с укладкой в магазин;
—разгрузка плат с линии удаления эмульсии и ретуши; — загрузка и выгрузка плат с линии травления.
Техническая характеристика
Производительность, количество заготовок (плат) в часдо200
Габаритные размеры заготовок, мм: максимальные 300x400
минимальные 200x250
Время выполнения операции подачи и съема заготовок, с ....5—7
Рис. 19. Робот для обслуживания конвейерной линии обработкиРис. 19. Робот для обслуживания конвейерной линии обработкипечатных плат
Рис. 19. Робот для обслуживания конвейерной линии обработки
Рис. 19. Робот для обслуживания конвейерной линии обработки
Интервал времени между операциями, с Регулирование интервала .
30—180бессту-пенчатое30—180бессту-пенчатоеТочность: выдерживания интервала, с±5
30—180бессту-
пенчатое
30—180бессту-
пенчатое
позиционирования заготовок на конвейере, мм . 土30
Емкость магазина, шт 480
Система управления цикловая
Робот для подачи радиоэлементов
Специальный робот, показанный на рис. 20, предназначен для поиска необходимого радиоэлемента в магазинном устройстве и передачи его в рабочую головку полуавтомата ПМРР-902, на котором осуществляется обрезка, формовка и постановка радиоэлементов с одновременной пайкой.
Робот-манипулятор электромеханического тапа имеет три степени свободы: перемещение руки по вертикали и горизонтали, поворот кисти, а также -сжимающее и разжимающее движения схвата.
Привод снабжен шаговым двигателем ШД-5Д1.
Техническая характеристика
Число степеней свободы
Перемещение механической руки:
поворот вокруг вертикальной оси, град . телескопическое удлинение, мм ...
Поворот схвата относительно оси рукн, град
Размыкание схвата, град
Точность перемещений, мм^^ ^.
Время выполнения цикла, с ....
Программоноситель
Габаритные размеры, мм
3401018045±0,52перфокарта325X795 XХ430553401018045±0,52перфокарта325X795 XХ43055Потребляемая мощность, кВт ...
3
40
10
180
45±0,5
2перфокарта325X795 XХ43055
3
40
10
180
45±0,5
2перфокарта325X795 XХ43055
Рис. 20. Робот для подачи радиоэлементов при монтаже печатных плат
Производительность монтажного полуавтомата с роботом —— 200——300 радиоэлементов (резисторов, диодов, конденсаторов), припаиваемых за час.
В магазине полуавтомата установлено 15 кассет, в каждой из которых имеется по 50—100 радиоэлементов. На автомате собираются платы размером до 200 X 200 мм.
Использование полуавтомата ПМРР-902 повышает производительность монтажа радиоэлементов на печатные платы в 4—— 6 раз, при этом снижается брак при комплектации и постановке элементов.
В последние годы предприятиями электронной промышленности ведется работа по механизации производства с применением роботов, в частности созданы и внедрены специальные роботы-кантователи и роботы-переставители для обслуживания конвейерного производства кинескопов.
Робот-кантователь И4.094.0063
Подвесной электромеханический монорельсовый робот-кантователь И4.094.0063 предназначен для погрузочно-разгрузочных операций с автоматическим переносом и кантованием по программируемой траектории стеклооболочек и кинескопов с подвески транспортного конвейера на позиции рабочих машин (в различных стадиях обработки) и наоборот, или для непосредственной передачи с одной рабочей машины на другую.
Программирование работы робота — позиционное, с электрической памятью на реле-искателе. Синхронизация с обслуживаемым оборудованием осуществляется от внешних датчиков.
Робот оборудован электронной системой управления.
Техническая характеристика
25 40—67410—45020—1701—455—450—5000 0—5000 0—2400—16025 40—67410—45020—1701—455—450—5000 0—5000 0—2400—160±50,56000Х420ХХ1814456±50,56000Х420ХХ1814456Грузоподъемность, кг
25 40—67
4
10—450
20—170
1—45
5—45
0—5000 0—5000 0—240
0—160
25 40—67
4
10—450
20—170
1—45
5—45
0—5000 0—5000 0—240
0—160
±5
0,56000Х420Х
Х1814
456
±5
0,56000Х420Х
Х1814
456
Размеры переносимых изделий, см .
Число программируемых степеней свободыСкорость программируемых перемещений:по горизонтали, мм/спо вертикали, мм/спо азимуту, град/с
Скорость поворота схвата, град/с ..
Величина перемещений руки: по горизонтали, мм по вертикали, мм по азимуту, град .
Поворот схвата, град
Точность позиционирования: при линейных перемещениях, мм ..
при угловых перемещениях, град ..
Габаритные размеры, мм.
Масса, кг
Робот-переставитель И4.094.0061
Пневматический робот-переставитель И4.094.0061 предназначен для выполнения тех же операций, что и робот модели И4.094.0063 (кроме кантования).
Робот оборудован системой ПУ на струйных элементах.
Техническая характеристика Грузоподъемность, кг 25
Зона обслуживания:
в вертикальной плоскости, мм 1000—1750
в горизонтальной плоскостиплощадь
секторас радиусом
1,25 м и
углом 240°
Скорость перемещения, мм/с: по горизонтали 300—800
по вертикали 200—600
Скорость поворотаруки, град/с25—90
Габаритные размеры,мм 1430Х655Х
ХН90
Масса, кг200
Создана модификаци я роботов с о сле
дующей технической характеристикой: Грузоподъемность, кг 25
Количество степеней свободы 4
Скорость перемещения:
по горизонтали, м/с. до700
по вертикали, мм/сдо700
по азимуту, град/сдо90
Скорость поворота схвата, град/с —
Величина перемещения:
по горизонтали, ммдо4000
по вертикали, ммдо1000
по азимуту, град .до 240
Угол поворота схвата, граддо180
Точность позиционирования при перемещениях, мм: линейных ±5
угловых 0,5
Робот может работать во взрывоопасной среде при повышенной температуре (до 80° С) и вибрациях.
Промышленные роботы И4.094.0061 и И4.094.0063 легко встраиваются в автоматические линии； при этом обеспечивается годовая экономическая эффективность 5 тыс. р. от каждого робота.
В институте технологии электротехнической промышленности создан опытный образец робота, предназначенный для использования при штамповке деталей. В Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности под руководством В. Л. Жавнера сконстр у иро в ан копирующий манипулятор. Сггальная рука, управляемая одним оператором, способна брать 400-килограммовый груз, легко и быстро переносить его в узком пространстве на расстояние 2,5 м или поднимать примерно на столько же (при небольшом переоборудовании машины высота подъема может достигать 3,5 м). Ленинградское СКВ Министерства мясной и молочной промышленности РСФСР разработало опытно-промышленный образец такого манипулятора для перетаскивания и штабелирования мясных туш в холодильных камерах. Этот манипулятор может также нагружать и разгружать вагоны и автофургоны.
Перечисленные опытно-конструкторские разработки (а упомянуты далеко не все) показывают, сколь широк размах работ по созданию промышленных роботов первого поколения в нашей стране.
Созданы и испытаны мобильные роботы для автоматизации технологических участков с металлорежущими станками (27]. Роботы «Спорт-Ь, «Спрут-Ь и «МП-1» перемещаются над технологическим оборудованием по монорельсовой дороге, управляются от позиционных систем ЧПУ, практически не занимают полезной площади и могут быть использованы в современных цехах машиностроительных заводов (Е. И. Юревич и др.).
Разработаны роботы для сварки (Г. А. Спыну), для ковки по заданной программе (Б. А. Челищев), для тяжелых литьевых машин (В. Е. Лавентман). В последнем случае робот обеспечил возможность автоматизации технологического участка, содержащего машину для крупного литья алюминия, специальное заливочное и дозирующее устройство и обрубной штамп. При этом достигнуто существенное повышение производительности труда и качества продукции.
Во всех указанных работах при проектировании и создании роботов учитывались особенности конкретных производств, решались задачи, связанные с анализом структуры участков,
обслуживаемых роботами, исследованием циклограммы работы технологического оборудования и оснастки, рассматривались вопросы технологического обоснования и экономической эффективности (Б. Н. Сурнин, Н. В. Корсакова, А. Г. Герасимов, А. Н. Рабинович).
Выполнены работы по созданию промышленных роботов для сборки (В. А. Яхимович), при этом решались задачи относительной ориентации собираемых деталей.
Г. А. Монахов {27] указывает на особенности и специфику предприятий станкоинструментальной промышленности СССР, которая в основном носит характер широкономенклатурного, но мелкосерийного производства. В таких условиях применение роботов позволяет повысить производительность в результате устранения несвоевременности подачи заготовок на металлорежущие станки (по данным Оргстанкинпрома, 30% времени потерь обусловлены несвоевременной подачей заготовок). Уже имеется опыт создания автоматических складов с роботами- штабелерами, а также предложены типовые схемы компоновок технологического оборудования, робота и автоматизированного склада, управляемых от ЭВМ.
В настоящее время большое внимание уделяется разработке отдельных компонентов промышленных роботов, в частности, представляют интерес новые приводы с электродвигателями, имеющими печатные обмотки, и системы управления к ним (В. М. Казанский).
Советские ученые и инженеры ведут большие работы по созданию роботов второго и третьего поколений (Е. И. Юревич и др.).
Вопросы создания роботов с адаптивной системой управления рассматривались в работах В. А. Якубовича и А. В. Тимофеева. При этом моделировалась система《глаз — рука》с элементами обучения, заключающегося в том, что роботу предъявлялись предметы с их названиями и принадлежностью к тому или иному классу. Робот запоминал эту информацию и в дальнейшем, при предъявлении ему того или иного предмета, мог его распознать и установить его класс. Разработанные алгоритмы позволяют идентифицировать объекты независимо от их расположения в пространстве и от масштабного фактора.
Разработаны также алгоритмы управления роботами, способными обходить препятствия.
На уже упомянутом Всесоюзном симпозиуме по роботам [27] были заслушаны доклады о методе супервизорного управления роботами (Ф. М. Кулаков). При таком управлении оператор указывает на экране электронно-лучевой трубки цель и ставит задачу, которую робот автоматически выполняет. Особенности управления роботами в экстремальных условиях были освещены в докладе Е. П. Попова. При этом демонстрировались возможности взаимодействия двух роботов, в частности, показано, как
один из них производит сверление отверстия в заготовке, зажатой в схвате другого робота. Демонстрировался также процесс разборки и сборки схвата одного робота другим. В указанных случаях одним из роботов управляла ЭВМ, другим — оператор.
Широкое использование телеоператоров с ручным управлением нашло отражение в докладах, посвященных исследованию систем «оператор — манипулятор» (В. Л. Афонин, А. Л. Фарберов, В. И. Лобанов). .
В практике важны случаи, когда оператору необходимо управлять манипулятором при заданном рассогласовании задающих и исполнительных рук. Такое требование может возникнуть, например, вследствие ограничения рабочего объема задающей руки. При таких условиях наблюдается нарушение мнемонично- сти системы, то есть вектор перемещения на задающей руке отличается по направлению от вектора перемещения на исполнительной руке. Указанное несоответствие определяет так называемый коэффициент мнемоничности. Путем математического моделирования получены линии постоянного уровня коэффициента мнемоничности, позволяющие установить области в рабочем объеме задающей руки, наиболее удобные для оператора. Открываются также возможности исследования компенсаторных характеристик человека-оператора (И. Б. Виноградов, А. Е. Кобринский).
Большое внимание на симпозиуме было уделено опорнодвигательным шагающим устройствам. Рассмотрена система построения движения шестиногого шагающего аппарата, снабженного специальной информационной системой, регистрирующей препятствия (Д. Е. Охоцимский, А. К. Платонов). Предложена ортогональная конструкция ноги аппарата с поступательными парами, позволяющая упростить управление и повысить комфортабельность движения (Н. В. Умнов).
В течение нескольких лет в Ленинградском институте авиационного приборостроения (М. Б. Игнатьев, А. А. Михайлов,, И. Л. Ерош, А. А. Капустин, Г. Б. Яцевич) ведутся работы по созданию робота ——руки и шагающей машины, управляемых от ЭВМ.
Над созданием роботов работают коллективы ученых и конструкторов в самых разных областях техники. Для координации этих работ и определения важнейших направлений поиска и разработок при АН СССР создан научный совет по теории и принципам устройства роботов и манипуляторов, возглавляемый академиком И. И. Артоболевским.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ США
Свыше 30 лет тому назад в связи с потребностями атомной техники началась разработка телеоператоров (копирующих манипуляторов), первые конструкции которых были
установлены в атомных лабораториях США. Оператор, нахо- дясь в безопасном помещении, управляет движениями рук таких телеоператоров и наблюдает за их работой в опасной зоне.
Сейчас в атомной промышленности США используется свыше 2500 телеоператоров.
Современные конструкции копирующих манипуляторов выполнены на очень высоком научно-техническом уровне, оснащены дистанционным управлением, серводействием, очувствлены по отношению к силе схвата и т. д.
Опыт, накопленный при создании копирующих манипулято
ров, а также развитие методов и средств программного управления позволили специалистам США свыше десяти лет тому назад перейти к разработке автоматических манипуляторов с цифровым управлением — промышленных роботов, предназначенных для реализации движений и действий, программа которых может быть заранее определена [3, 57, 60, 63, 70].
В начале 60-х годов в технической литературе США [33] появились первые сообщения о манипуляторах с программным управлением —«Трансферобот» и «Флексимэн». Эти роботы предназначались, главным образом, для автоматизации сварочных операций, но могли также использоваться для перемещения и позиционирования деталей [21].
В 1963 г. в США были созданы промышленные роботы《Вер- сатран》[77] и «Юнимейт» [69], которые до настоящего времени остаются основными типами роботов, выпускаемых в США. Эти
роботы получили признание во многих странах и нашли достаточно широкий сбыт [31, 34, 36].
Интенсивное проведение научных исследований, инженерных разработок, а также применение промышленных роботов в технологических процессах диктуется рядом факторов, тесно свя
занных с бурным развитием науки и техники:
показывающий прирост заработнойпоказывающий прирост заработной―=тенденцией к непрерывному росту стоимости рабочей силы и ограниченностью ее ресурсов. На рис. 21 приведен график,
показывающий прирост заработной
показывающий прирост заработной
платы и производительности труда за десятилетие. С 1963 г. возрастание заработной платы в США не сопровождается соответствующим приростом производительности труда;
——непрерывным расширением производственных процессов, выполняе-
Рис. 21. Прирост заработной платы (/) и производительности труда ⑵ за 1960—1970 гг. в США
мых с применением взрывоопасных, токсичных, радиоактивных и других материалов, угрожающих здоровью человека, а также увеличением случаев травматизма, сопутствующих, как правило, форсированным производственным процессам;
—увеличением количества больших аварий, влекущих за собой тяжелые увечья и смертельные исходы, а также ростом профессиональных заболеваний, связанных с пребыванием в неблагоприятных условиях;
— нежеланием рабочих выполнять однообразные повторяющиеся операции в условиях высокой интенсификации современного производства.
В США значительная часть исследований в области создания и применения промышленных роботов финансируются по программе космических исследований.
К 1973 г. в США работало 450 роботов «Юнимейт» и 150 《Версатран》. Фирма《Юннмейтн》выпускает 15 роботов ежемесячно; однако выпуск должен увеличиться до 100 шт. в месяц. По прогнозам президента фирмы《Юнимейтн》Д. Ф. Энгельбер- гера к 1980 г. количество роботов должно достигнуть 50 000. Такие темпы развития роботостроения должны обеспечить промышленность США роботами примерно в пропорции: один робот на 500 рабочих [35].
Чтобы охарактеризовать функциональные возможности промышленных роботов в уже реализованных системах автоматизации, в качестве примера приведем опубликованные в американской печати данные об их использовании в автоматической линии для производства автомобильных колес. Всего в указанной автоматической линии эксплуатируется 23 робота, которые обслуживают прессы, токарные станки, загружают в специальные приспособления свариваемые детали, вставляют болты в тормозные колодки, навинчивают и затягивают гайки, устанавливают пружины, берут готовые изделия с конвейера и укладывают их в ящики, разделяя каждый ряд прокладками, и выполняют многие другие операции.
Производительность этой линии составляет 220 автомобильных колес в час, что на 10—15% больше производительности аналогичной линии, обслуживаемой людьми. В данном случае 23 робота заменяют 46 рабочих. Срок службы роботов без ремонта составляет 600 ч.
Область применения роботов все время расширяется; в последние годы описано более 20 случаев их рентабельного использования [37, 39, 40, 48, 49, 58, 67, 68, 71].
Ведущие автомобильные и другие фирмы США приступили к использованию промышленных роботов на технологических линиях с выполнением операций точечной сварки, окраски и других операций и на автоматических линиях механической обработки, литья под давлением, горячей ковки и штамповки
с выполнением операций транспортировки деталей, загрузки и разгрузки оборудования [45, 46, 58, 71]. Наличие роботов придает автоматическим линиям гибкость и маневренность, особенно при переналадке их на обработку других деталей. Применение промышленных роботов на линиях механической обработки освобождает от необходимости использования специальных станков и кардинально изменяет компоновку линий [20].
Изготовление роботов фирмой《Юннмейтн» организовано на основе широкой кооперации и специализации. Завод по существу является только сборочным. По сообщению специалистов фирмы, роботы могут выполнять до 200 различных рабочих операций. Они позволяют также повысить производительность обслуживаемого ими оборудования на 20%. При стоимости робота 28——44 тыс. долл, он окупается за период от 1,3 до 2,7 лет.
На заводе фирмы《Юнимейтн》имеется восемь стендов для отработки и испытания на надежность изготовляемых роботов. Продолжительность комплексных испытаний 60—120 ч, примем большая цифра относится к роботам, идущим на экспорт. Фирма дает годичную гарантию на продаваемые роботы. Средняя наработка на отказ составляет 400 ч и более (до 1200——1500 ч). Общие потери, связанные с простоями для ухода, ремонта и переналадки, не превышают 2% отработанного роботом времени. Основные недостатки робота: выходят из строя кодовые датчики и засоряется гидросистема сервоприводов. В настоящее время фирма работает над дальнейшим усовершенствованием конструкции робота. В связи с повышенным интересом крупных фирм к роботам заказы фирме за последнее время увеличились в три раза.
Фирма《Юннмейтн》обучает своих покупателей правилам обслуживания и ремонта роботов. Срок обучения——1——2 недели. Плата за обучение входит в контракт на поставку роботов.
В США в настоящее время только 6% продукции выпускается в третью смену, 17% — во вторую, остальная — в первую. Если это соотношение изменится в результате применения роботов, то промышленное производство США, по мнению американских предпринимателей, может возрасти в несколько раз.
Президент фирмы «Юнимейшн» Д. Ф. Энгельбергер на встрече с советскими специалистами в 1973 году отметил, что предпочтение будет отдаваться универсальным роботам, которые могут быть быстрее использованы, чем специальные, так как быстрее переналаживаются. Важнейшим условием для успешного применения роботов Д. Ф. Энгельбергер считает надежность их в эксплуатации. Некоторые роботы «Юнимейт» за 5——6 лет уже надежно проработали по 20000 ч и продолжают работать. u
В США разработкой и выпуском роботов, а также частей для них, занято более 15 фирм. Кроме названных, роботы изготовляют такие фирмы, как《Тейлор》， «Сандстрэнд Машин 66
К。》，《Мобнлнтн Снстемз》，«Дженерал Электрик К。》，«Берч Контролз», «Хьюджес Зиркрафт》，《Артур Д. Литл Инк》и др.
В последнее время ведутся интенсивные поиски конструкций роботов, обладающих не только двигательными функциями человека, но и некоторыми его чувствами, а в ряде случаев и большей чувствительностью, чем человек [43, 53, 55, 62, 66, 75]. Получил распространение термин «искусственный интеллект» [9, 10]. Попытки моделирования и искусственного воспроизведения не только органов чувств и речи, но и способности обучаться, планировать, прогнозировать и т. п. пока еще находятся в зачаточном состоянии, однако работы ведутся довольно широко.
Д. Ф. Энгельбергер сообщил, что фирма «Юкимейшн» работает над роботами третьего поколения, которые будут оснащены органами чувств — зрением и осязанием. Энгельбергер подчеркнул, что первые промышленные образцы роботов третьего поколения появятся не раньше 1980 г., так как создание их является сложной технической проблемой.
Кроме того, он отметил, что в недалеком будущем будет решена проблема создания промышленного робота с точностью позиционирования рабочего органа 0,1 мм и с максимальной скоростью его движений, превосходящей скорость движений руки человека в 40 раз.
Робот «Юиимейт>
Промышленный робот《Юннмейт》Марк II серии 2200 фирмы «Юнимейтн》（рис 22）—один из наиболее совершенных роботов; предназначен для обслуживания ряда технологических процессов: литья под давлением, штамловки, ковки, механической обработки, упаковки и др. При установке механизма схвата клещей для точечной сварки или краскораспылителя
Рис. 22. Промышленный робот «Юнимейт»
робот может вести точечную сварку или наносить покрытия на детали. Робот приспособлен для проведения работ в цехах с повышенной температурой (до 50° С) (69].
Система управления робота обеспечивает три движения руки и два кисти, шестым является движение схвата. Все движения, кроме схвата, осуществляются по программе от гидроцилиндров и происходят в следящем режиме. Привод схвата от пневмоцилиндра.
Насосная станция смонтирована на раме робота. Пульт управления встроенный; установлен на раме в задней части робота.
Система управления позиционная. Блок памяти выполнен на магнитном барабане. Объем памяти—180 команд, которые разбиваются в различных моделях: либо на три программы по 60 команд, либо на шесть по 30 команд. Все программы хранятся в памяти одновременно. Нужная программа включается переключателем выбора программы. На роботе может быть установлен еще один блок памяти; тогда объем памяти увеличивается вдвое. В системе управления предусмотрена возможность связи с внешним технологическим оборудованием.
Программирование производится методом обучения. При этом рука робота от пульта ручного управления проводится последовательно через заданные точки рабочей траектории схвата. При остановке в каждой заданной точке на пульте ручного управления нажимается кнопка записи, и координаты точки, а также ее порядковый номер, заносятся в память робота. В память вводятся также команды на открытие или закрытие схвата, команды в системы управления технологического оборудования, сигналы ожидания информации о выполнении команд рабочими органами оборудования. В режиме обучения движение руки может происходить на одной из двух скоростей, меньшая из них используется при подводе кисти к заданной позиции для съема или установки детали. Записанную прграмму можно проверить на пониженной скорости, . а- также быстро исправить любую неверно записанную команду.
Техническая характеристика
Радиальное перемещение руки, мм1067
Перемещение руки повертикали, мм.80—2300
Поворот рукивокругвертикальной оси,град..220
Поворот кистивокругпродольной оси, град. ^^180
Поворот кистив вертикальной плоскости,град..220
Скорость линейного перемещения, мм/с: радиального . 762
вертикального 1270
Скорость поворота, град/с: руки 110
кисти ^ 110
Точность отработки по каждой координате, мм . 土 1,27
Грузоподъемяость, кг:,
при пониженной рабочей скорости ^^^•
при нормальной рабочей скорости .
Величина зажимного усилия на - конце схвата длиной 100 мм, кгс
Потребляемая мощность, кВА
Срок службы, ч
Габаритные размеры, мм.
Масса, кг
3411,313611,540 0001520ХX 1220X137015903411,313611,540 0001520ХX 1220X13701590Робот «Трал巾а»
34
11,3
136
11,5
40 000
1520Х
X 1220X1370
1590
34
11,3
136
11,5
40 000
1520Х
X 1220X1370
1590
Робот «Тралфа» (рис. 23) является последней моделью семейства роботов «Юнимейт».
Техническая характеристика
Поворот руки в горизонтальной или вертикальной
плоскостях, град-210
Угол поворота схвата по горизонтали или вертикали, град. 210
Максимальная скорость руки, м/с 1,65
Грузоподъемность, кг: при минимальной скорости27,2
при максимальной скорости13,6
Потребляемая мощность 4,5кВ А;
220/440 В;
60 Гц
Масса робота, кг 634,2
Система управления. контурная
Робот имеет электронное управление по непрерывной траек、
тории и воспроизводит движение плеча, локтя и кисти человека; он 'предназначен для нанесения различных покрытий на детали разных форм, для чего в руке робота укрепляется соответствующий пистолет.
Блок управления ро
ботом, запоминающее устройство и сервоусилители смонтированы в отдельном корпусе.
Рис. 23. Робот «Тралфа»Рис. 23. Робот «Тралфа»Система управления включает устройства записи на магнитную ленту и воспроизведения программы. Печатные платы могут быть быстро проконтролированы и заменены в случае неисправности.
Рис. 23. Робот «Тралфа»
Рис. 23. Робот «Тралфа»
Рука расположена в верхней части корпуса и обладает пятью степенями свободы. Рычаги ручного управления съемные и устанавливаются на руку только перед началом обучения.
Точность позиционирования ——около 1 мм, но уменьшается до 10 мм с увеличением скорости и нагрузки.
Процесс программирования работы робота прост и требует небольших затрат времени. Для того чтобы робот запрограммировать, необходимо его рукой совершить действия, которые должны им выполняться.
При обучении робота программе его гидравлическая система находится в состоянии свободного движения, и уравновешенная рука легко передвигается.
Для обучения робота необходимо:
присоединить к руке робота рычаги ручного управления;
в блок управления установить кассету с лентой и повернуть селекторный переключатель в положение «запись»;
с помощью ручного управления переместить руку и кисть робота в необходимые положения;
переключатель повернуть в положение «воспроизведение»;
снять рычаги ручного управления.
После этого робот готов для выполнения нужной производственной операции. Качество и время программирования зависят от квалификации оператора, обучающего робот.
После окончания работы кассета с записанной программой может быть использована в любое время повторно. Для смены ленты требуется не более 3 с.
Роботы 《Тралфа》в настоящее время используются для эмалирования ванн и корпусов стиральных машин, а также при окраске различных узлов и деталей (в том числе электростатической).
Выпускается несколько моделей робота, одна из них позволяет окрашивать детали очень сложной, неправильной формы, причем программа работы записывается заранее в процессе ручной покраски первой детали.
Робот《Тралфа》может работать в условиях, опасных и вредных для организма человека (жара, холод, шум, взрывоопасная среда и т. п.).
Робот «Версатран 500»
Промышленный робот «Версатран-500》фирмы AMF (рис. 24) выпускается в двух видах: с позиционной (《Вер- сатран-500Р») и контурной (《Версатран-500С》)'системами управления. '
Робот с позиционной системой управления наиболее распространен [31].
Рис. 24. Манипулятор промышленного робота «Версатран»
Манипулятор робота работает в цилиндрической системе координат, имеет пять степеней свободы, исключая движение захвата. Три движения руки робота с позиционной системой управления осуществляются в следящем режиме, остальные —— от упора до упора. Положения упоров, ограничивающих движения кисти, регулируются. В память робота, выполненную на потенциометрах, могут быть занесены координаты 30 точек. Максимальный объем программы — 100 команд. Программа набирается с помощью штекеров на барабане и может воспроизводиться на одной из двух скоростей ——нормальной и замедленной (последняя в четыре раза меньше нормальной).
Насосная станция гидросистемы робота смонтирована в манипуляторе на его основании. Пульт управления, содержащий 30 групп по три потенциометра блока памяти, и программный барабан выполнены выносными.
В конструкции робота с контурной системой управления запись программы осуществляется на магнитной ленте в процессе обучения робота.
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм： по вертикали 762
по горизонтали 762
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град. .240
Поворот кисти вокруг вертикальной или продольной оси; град 180
Точность отработки заданного положения: по вертикали, мм ... %2
по горизонтали, мм.. *2
Линейные скорости перемещения, мм/с: по вертикали 920
по горизонтали'920
Скорость поворота руки вокруг вертикальной оси, 「рад/с 90
Грузоподъемностьпримаксимальной скорости, кг9,1
Максимальная грузоподъемность при закрепленной
кисти, кг45,4
Давление в гидросистеме,кгс/см2 76
Объем бака, л 25
Напряжение электропитания, В 415(3фазы)
Потребляемая мощность50Гц
''(220/550 В) тт7,5 кВт,
Ннслокомандтехнологическомуоборудованию.8
Числовнешнихсигналовобисполнениикоманд.8
Габаритные размеры (с вытянутой рукой), мм . 2020х690х „Х1860
Масса, кг 590
Габаритные размеры пульта управления, мм .. 510义750乂
Х1170 Масса пульта управления, кг 136
Роботы «Версатран» серии Е
В настоящее время фирма AMF выпускает роботы «Версатран» серии Е, которые строятся по блочному принципу и состоят из манипулятора, гидронасосной станции, системы программного управления и узла управления цикловой автоматикой. Робот способен выполнять свои функции в различных положениях: его можно установить неподвижно на полу, за- крепить под любым углом непосредственно на обслуживаемой машине или станке, поместить на подвижной тележке и т. д. Сам манипулятор также выполнен по блочному принципу и может поставляться с двумя-пятью степенями свободы.
Для управления роботом используются две разработанные фирмой AMF системы программного управления: позиционная 302 (для относительно простых работ) и контурная 401 (для выполнения сложных операций, требующих плавного перемещения по контуру с необходимыми ускорениями и с заданными скоростями). Особенностью позиционной системы 302 является наличие внутренней памяти, значительно уменьшающей коли-
чество координат, которые необходимо вводить в систему для выполнения той или иной работы.
Система 302 при сравнительно небольшом объеме вводимой информации способна выполнять сложные задачи. Это достигается предварительной записью вспомогательных подпрограмм во внутреннюю память системы управления. Последовательное переключение с основной программы на работу от подпрограмм и обратно осуществляется автоматически в соответствии с заложенным в нее циклом. Ввод программы для выполнения сложных задач, требующих большого количества информации, осуществляется с помощью штекерных панелей с 600 гнездами, которые установлены на пульте управления. Снаружи пульта управления имеются шесть кнопок, которые используются для оперативного вмешательства в работу системы. При нажатии кнопки «стоп》система прекращает работу по достижении очередной опорной точки, с которой в дальнейшем она может продолжать работу без потери информации. При нажатии кнопки «выключено» работа прекращается только после окончания всего цикла. Кнопка «аварийный стоп》немедленно отключает от системы все источники питания. От специальной кнопки можно дискретно перемещать руку робота с малой скоростью по всем осям.
Система 302 построена по блочному принципу, что позволило сократить номенклатуру деталей, упростило поиск неисправностей и ремонт. В стандартном исполнении система состоит из трех блоков с потенциометрической настройкой положения, двух блоков с десятипозиционными счетчиками, логического блока и блоков сервоусилителей для каждой координаты перемещения руки. По особому заказу поставляются блоки для ручного перемещения руки робота по всем координатам без искажения информации, набранной на потенциометрах, а также блоки управления захватывающим устройством. Любой элемент программы может быть легко исправлен без повреждения остальной части программы (даже во время работы робота).
В отличие от системы 302 система программного управления 401 (рис. 25) имеет двойное считывающее с перфоленты устройство для ввода информации в цифровом виде и более развитую логику с рядом добавочных функций. Контурная система управления роботов серии Е гораздо компактнее и обладает большими возможностями по сравнению с предшествующими системами.
Для роботов《Версатран》разработано устройство, с помощью которого манипулятор выбирает нужные по толщине и конфигурации заготовки из листового материала, количество которых может превосходить 100.
С грузом до 45,4 кг могут работать руки и схват, при этом
кисть фиксируется с помощью своих упоров.
Рис. 25. Пульт управления робота 《Вер- сатран» системы 401
Роботы с позиционной системой управления используются, в основном, для обслуживания машин литья под давлением, ковочных прессов, при укладке деталей в штабели, а также при точечной сварке.
Роботы с контурной системой управления используются для работ требующих точного непрерывного перемещения руки, а также при необходимости изменения скорости по программе (работа с портативным ручным пульверизатором, сварочной горелкой, пистолетом для дробеструйного упрочнения и т. п.). *
Роботы《Версатран》приобретены фирмами «Корниг Фибер Гласс》(3 робота применены на
погрузочно-разгрузочных работах), 《Катерпиллер Фэктори», «Форд Моторе», «Шевроле Боди» (роботы используются в кузнечно-штамповочных цехах),《Вер- тол Дивижен оф Боинг К。》(робот выполняет дробеструйную обработку 100 деталей самолета Боинг-747), «Дженерал Моторе», «Фишер Боди» (роботы выполняют сварочные работы), а также фирмами «Дёрнз Брик К。》и《Юнион Карбид К。》(роботы использованы на погрузочно-разгрузочных работах).
Фирма «Форд Моторе》сообщает, что робот «Версатран》с 1964 г. проработал почти 25000 ч, что соответствует двухгодичной непрерывной эксплуатации. За этот период роботом было осуществлено 1 500 000 циклов обслуживания штамповочного пресса. Фирма модифицировала робот, в результате чего он стал совершать 1000 перемещений в час с грузом 45 кг. Производи
тельность технологического оборудования в результате применения робота повысилась в 2——4 раза.
Фирмы — изготовители робота типа《Версатран》гарантиру- ,ют 10-летний срок его службы при двухсменной работе.
Характеристика робота «Версатран» с позиционной системой программного управления
Горизонтальное движение руки, мм .... 770 или
1070
Скорость руки с грузом 9,1 кг по горизонтали и вертикали, см/с 92
Угол поворота колонны, град240
Скорость поворота колонны, град/с.9°
Вертикальное движение руки, мм77°
Вращение кисти, град .•°—18°
Поворот кисти, град°—18°
Число позиций： руки■10。(3°
отдельных точек) кисти4(2 — при
вращении и 2 — при повороте) схвата . 2
Грузоподъемность, кг 45,4
Точность позиционирования, мм: по углу поворота .не более 3,2
по горизонтали и вертикали■не более 2
Манипулятор Пульт
Габаритные размеры, мм: высота 18601170
длина (вытянутой руки) .2020510
ширина 690750
Масса, кг 59001360
Электропитание ....415 В 土 10%
50 Гц, ИА (3 фазы)
Пределы рабочих температур,0—45
Потребность в циркуляции воздуха, мЗ/мнн ..28
Тип рабочей жидкости гидравлической системы . минеральное масло 《Мобил ТЕ» (легкое) или фосфатный эфир «Мобил 210» (невоспла- меняющийся)
Емкость гидробака, л25
Рабочее давление жидкости, кгс/см2.70
Производительность насоса, л/мин36,4
Робот «Велдотрон>
Фирма «Велдотрон Электронике» выпускает элек- тропневматический промышленный робот для погрузочно-разгрузочных работ, перемещения и установки деталей, а также для их клеймения и упаковки (рис. 26). Используется в автомобильной и других отраслях промышленности.
Робот имеет штекерную систему программирования и обеспечивает достаточно точную повторяемость запрограммированных операций. Конструкция робота обеспечивает быструю смену схватов. Небольшие габариты робота и быстрое обучение позволяют легко переходить от одной операции к другим.
Рис. 26. Промышленный робот «Велдотрон»
Робот 《Трансмва》
Фирма 《ВР Тейлор, Лтд» выпускает промышленный робот 《Трансива》 (рис. 27), предназначенный для загрузки —— разгрузки металлорежущих станков и другого технологического оборудования; робот может работать в комплексе с конвейерами или различного рода питателями [72].
Робот представляет собой смонтированные на общем основании систему программного управления и манипулятор с гидравлическим приводом. Максимальная грузоподъемность — 45 кг. Манипулятор работает в цилиндрической системе координат и имеет следующие величины перемещения руки: горизонтальное — до 610 мм;
вертикальное — до 305 мм;
поворот на угол ——до 240°.
Рис. 27. Промышленный робот «Тран- снва»
Ось руки робота в нижнем положении находится на расстоянии 1090 мм от плоскости пола.
Высота подъема груза от уровня основания ——380—— 1000 мм.
Робот снабжен различными типами схватных устройств, среди которых простой схват без вращательного движения; вращающаяся головка с двумя схватами; головка с вращающимся схватом; головка с поперечно перемещающимся схватом; устройство из двух рук, снабженных простыми схватами; вакуумные и маг
нитные схваты.
Система позиционного программного управления позволяет руке занимать любые положения в пределах программируемых линейных перемещений, а также занимать пять фиксированных позиций при ее повороте: нейтральную и повороты на 90 и 120° в обе стороны. В качестве программоносителя применяется легкосменная шестнадцатидорожечная карта. Продолжительность подготовки программы не превышает 30 мин, смены на другую программу — 30 с.
Гидравлическая система робота включает масляный бак и поршневой насос, работающий от электродвигателя мощностью 1,5 л. с. Площадь, занимаемая роботом, 660X 1035 мм2.
Робот может быть оснащен программным устройством барабанного типа, обеспечивающим заданную последовательность выполняемых операций.
Все движения руки осуществляются в следующей последовательности: медленный пуск, быстрое движение и мягкий медленный останов.
Робот «Праб-4800»
Фирма《Праб Инжиниринг Корн》выпускает промышленный робот «Праб-4800» (рис. 28), который, подобно роботу «Юнимейт», работает в сферической системе координат, однако в отличие от последнего, обладает меньшей универсальностью и имеет упрощенную систему программного управления.
Рис. 28. Промышленный робот «Праб-4800»
Робот осуществляет следующие движения: вращение руки относительно вертикальной оси в пределах 190°, вращение руки относительно горизонтальной оси на 20°, телескопическое удлинение руки на 1118 мм, вращение схвата на 90°. Привод робота гидравлический, исполнительные механизмы ——гидроцилиндры. 《Праб-4800》может манипулировать деталями весом до 15 кг. Смыкание и размыкание схвата осуществляется пневмоцилин- дром. Система управления выполнена в общем корпусе с манипулятором.
Робот «Мобилити»
Робот управляется непосредственно от центральной ЦВМ и может приводить в действие внешние механизмы, находящиеся в поле их досягаемости, например, переключатели и т. п.
В качестве исполнительного органа применяется рука с двумя пальцами, которые могут выполнять хватательное движение. В модернизированном варианте этот механизм может приспосабливаться к величине предмета, с которым манипулирует рука, при этом по размерам каждый предмет с помощью чувствительного датчика и ЭВМ робот относит к определенной категории. Кроме того, имеется рука с вакуумным схватом для работы с тонкими и хрупкими предметами, а также схват с пневмогубками, который может поднимать предметы. Если робот ошибается при определении размера объекта, он прерывает выполняемую операцию. Определить величину предмета робот может и при наличии нескольких программ, например, в том случае, когда обработке подлежат разные детали.
Исходя из требований потребителей, роботам в случае необходимости могут быть приданы датчики, чувствительные к температуре или давлению.
Робот фирмы «Аутобот Ко》
Робот представляет собой устройство дискретного действия, выполняющее задачи по управлению станками и их загрузке, для чего он оснащен рукой с пальцами, а также электромагнитным или вакуумным схватом (присосом).
С помощью матричного пульта «Селектобод», смонтированного в пульте управления, составляется программа таким образом, чтобы робот мог выполнять отдельные операции или комбинации операций при определенном количестве различных положений. При индивидуальной настройке робота, а также при выполнении неповторяющейся операции используется ручное управление. Для обучения робота используются поворотные переключатели положения руки робота. Эти переключатели смонтированы в вертикальных рядах программной матрицы, установленной на лицевой стороне блока управления. В горизонтальных рядах матрицы программируются действия, которые должны быть выполнены (линейное перемещение, вращательное движение руки, освобождение или захват предмета), а также подача сигналов технологическому оборудованию для управления им.
На передней панели блока управления расположены счетчик количества выполненных операций, элементы ручного управления, набор реле времени (по одному на каждую позицию) и регуляторы скорости перемещений. При отключении робота отключается и все оборудование, которым он управлял. Рука робота может выполнять операции с любыми деталями массой до 35 кг.
Робот может не только выполнять операции, заданные программой, но и самостоятельно принимать простейшие решения. Например, при использовании в системе испытаний крупногабаритного конденсатора высокого напряжения робот берет конденсатор с предыдущей операции, устанавливает его на стенд для проведения испытаний, а дефектные конденсаторы сбрасывает или передает на доработку. Если конденсатор удовлетворяет техническим требованиям, робот передает его на следующую операцию.
В некоторых случаях робот оборудуют рукой небольшого габарита и массы, что необходимо, например, в случае применения его для электронно-лучевой сварки в вакууме. Обычно вакуумирование занимает значительно больше времени, чем сам процесс сварки. Для электронно-лучевой сварки рука робота вместе с нужным количеством ориентированных деталей помещается в вакуумную камеру. Блок управления робота остается вне камеры. Ввод руки герметизируется, после чего камера вакуумируется. Оператор может производить сварку, используя ручное управление, или включать автоматический режим работы робота по заранее подготовленной программе.
Робот «Флексимэн»
С 1962 г. фирма《Американ Машин Энд Фаундри» серийно выпускает робот «Флексимэн» с цикловым программным управлением нескольких моделей.
Модель
Грузоподъемность, кг
Радиус зоны обслуживания, см
«Флексимэн-Ь
0,7
51
«Флексимэн-2»
5 Л
71
«Флексимэн-3»
107
«Флексимэн-4»
11,0
183
По конструкции различные модели робота мало отличаются друг от друга. Модель с наименьшими габаритными размерами имеет ход руки до 254 мм, а наибольшими — до 914 мм. Точность
позиционирования также разная для различных моделей и составляет ±0,25 и ±0,37 мм соответственно.
В корпусе робота установлены механизмы привода руки от электродвигателя и система циклового программного управления.
Зона обслуживания представляет собой часть сферы, ограниченной вертикальной дугой 120° (рис. 29).
Рука робота может перемещаться с поворотом на полную окружность. Полукруговая траектория перемещения руки делится на восемь перекрываемых зон. В пределах каждой зоны мож
но запрограммировать одно перемещение и установку изделия. При программировании работы робота на барабане в первую
очередь должна быть установлена (кулачками) последовательность включения перемещений. Затем оператор проводит руку робота по траек-
тории работы, нии программы произвести до перемещений в довательности.
При выполне- робот может 16 различных любой после-При выполне- робот может 16 различных любой после-Носителями программы являются барабаны с электромеханической и механической памятью.
При выполне- робот может 16 различных любой после-
При выполне- робот может 16 различных любой после-
Рис. 29. Зона обслуживания робота «Флексимэн»
Рис. 30. Конструктивная схема робота «Флексимэн-1»:Рис. 30. Конструктивная схема робота «Флексимэн-1»:
Рис. 30. Конструктивная схема робота «Флексимэн-1»:
Рис. 30. Конструктивная схема робота «Флексимэн-1»:
/ — электродвигатель; 2 — программный барабан； 3 — барабан; 4, 20, 23, 24 — упоры; 5, 2/ —— винты; 6 — направляющая； 7 — рука; 5 — поворотная головка； 9, 14 —— подшипники; 10 — вакуумный присос; 11 — тросовая связь： 12 — подвижная каретка； 13 ——винтовая пара; 15, 25, 29 — зубчатые колеса; /6,龙—валы； /7 — храповой механизм; 18 — диски； 19, 28 — рычаги； 22 — направляющие штанги； 27 — конечные выключатели
Рука робота поддерживается пружиной, стянутой двумя тросами. При работе рука может подниматься вертикально до тех пор, пока ее ход не будет ограничен тросами, длина которых определяет конечное положение руки.
Конструктивная схема робота «Флексимэн-1» показана на рис. 30.
Подвижная рука 7 представляет собой гибкий металлору- кав, один конец которого закреплен в подвижной каретке /2. На втором конце рукава руки расположена поворотная головка 8, пространственное положение которой ограничивается тросовыми связями //. На фланце поворотной головки устанавливается сменный схват описываемой модификации, в качестве схвата использован вакуумный присос 10. Головка 8 выполнена таким образом, что позволяет захватному приспособлению вращаться относительно оси гибкого рукава, но не допускает перемещений его вдоль оси. Каретка 12 может перемещаться в вертикальном направлении при помощи шариковой винтовой пары 13. Винт шариковой пары закреплен на подшипниках. Подшипник 14 установлен в корпусе манипулятора, а подшипник 9 ——в направляющей 6. Гибкий рукав руки проходит через направляющую 6 и может свободно вращаться и перемещаться относительно ее. Вращение на шариковую винтовую пару 13 передается через зубчатые колеса с винтовым зубом 29 от
электродвигателя /. Через пару колес /5, предохранительную фрикционную муфту (на рисунке не показано) вращение сообщается валу 16. Последний служит направляющей при верти- кальном перемещении каретки. Через муфту свободного хода вращение от вала 16 передается также зубчатому колесу 25, которое приводит во вращение барабан 3. Муфта свободного хода передает вращение на барабан только при ходе каретки 12 вверх. В барабане по периферии закреплены направляющие штанги 22 с перемещающимися упорами 23, к которым крепятся концы тросовых связей 11. Внутри направляющих штанг име- ются пружины растяжения, с помощью которых тросовые связи удерживаются в постоянно натянутом состоянии. Вокруг бара- бана 3 расположены 16 регулируемых упоров 24, которые мо- гут быть установлены на необходимой высоте с помощью винтов 21. По периферии барабана расположены восемь регулируе- мнх упоров 4, которые могут устанавливаться на нужную высоту с помощью винтов 5.
Упоры 4 и 24 определяют пространственное положение восьми точек захватного устройства в зоне работы.
Выбор последовательности этих точек в цикле работы манипулятора осуществляется с помощью программного барабана 2, на валу которого находится храповой механизм /7. Поворот программного барабана на один шаг осуществляется через храповой механизм и систему передач от вала 26 с винтовым пазом. Вал 26 вращается при возвратно-поступательном движении каретки 12.
Через храповой механизм вращение на барабан 2 передается только при ходе каретки 12 вниз. На барабан 2 насаживаются позиционные диски 18 с выступами. Количество дисков соответствует количеству шагов в цикле работы. На наружной поверхности барабана 3 имеется соответствующее количество регулируемых упоров 20. Позиционные диски через рычаги 19 воздействуют на упоры 20, ограничивая угловое перемещение барабана 3, и фиксируют барабан в одном из восьми положений.
Таким образом, программа работы робота «Флексимэн-1» задается путем установки упоров 4 и 24, которые определяют восемь пространственных положений захватного устройства, и соответствующим набором на барабане 2 позиционных дисков 18, определяющих выбор последовательности этих положений.
Работа робота «Флексимэн» начинается с включения электродвигателя 1 и выполнения повторяющихся циклов работы в автоматическом режиме.
От вращения винта шариковой винтовой пары каретка 12 движется вниз до упора. При этом барабан 3 не вращается вследствие работы муфты свободного хода. Вал 16 поворачивается и через передачи и храповой механизм 17 поворачивает барабан 2 на один шаг. Один из позиционных дисков своим
выступом нажимает на соответствующий рычаг 19. Релейная электросхема осуществляет реверс электродвигателя. При этом каретка 12 движется вверх, а барабан 3 через муфту свободного хода и зубчатое колесо 25 получает вращение, которое прекращается в тот момент, когда один из упоров приходит в контакт с выступом рычага 19. Одновременно с этим начинает работать фрикционная муфта на валу 26, и барабан 3 поджимается к выступу рычага с постоянным усилием. Каретка 12 продолжает движение вверх до соприкосновения с одним из упоров 4.
Упоры 23 занимают положение, определяемое двумя регулируемыми упорами 24, и поэтому захватное устройство занимает одно из восьми фиксированных положений.
Система копиров, установленных в неподвижном корпусе, осуществляет поворот рычага 28 при подходе каретки к упору 4. Рычаг 28, взаимодействуя с конечными выключателями 27, останавливает электродвигатель. Через определенное время, программируемое с помощью релейной схемы, происходит реверсирование электродвигателя и выполняется следующий шаг цикла.
Робот «Трансферобот»
Фирма «Ю. С. Индастриз» занимается разработкой универсальных сборочных манипуляторов с программным управлением, серийный выпуск которых под общим названием 《Трансферобот》уже налажен на заводах фирмы.
Роботы имеют три программируемые степени свободы: горизонтальное выдвижение руки на расстояние 254 мм, вертикальный ход зажимного приспособления в пределах 50,8 мм и поворот схвата относительно вертикальной оси.
Рпс. 31. Блок-схема программного управления робота «Трансферобот»:
/ — блок памяти; 2 — блок считывания программ; 3 — фотоэлементы； 4, 5, 6 — усилитель； 7 — преобразователь десятичного кода в двоичный; 8 — потенциометры； 9 — электродвигатели； 10 — цифровой датчик; 11 — электромагнит схвата
Рис. 32. Схема фотоэлектрической системы повышения точности позиционирования «Трансферобота»:
/ — фотоэлементы, уточняющие одну координату： 2 — источник света; 3 — диафрагма; 4 — фотоэлементы, уточняющие вторую координату; 5 — конденсорные линзы; 6 — зеркала
Фирмой《Q. С. Индастриз» серийно выпускается специальная поворотная головка, на которую может быть установлен 《Трансферобот》. В таком варианте рука робота может дополнительно иметь угловое перемещение относительно вертикальной оси.
Программное управление «Трансферобота» состоит из панели с рядом электрических переключателей, с помощью которых выбираются последовательность и вид операции, выполняемых роботом, и ряда потенциометров, запоминающих координаты последовательных точек, через которые проходит рука робота. На рис. 31 представлена блок-схема управления и приводов основных движений.
Система программного управления и потенциометр, служащий датчиком обратной связи, посылают сигналы в сравнивающее устройство, которое через усилитель управляет работой исполнительного электродвигателя 9 до тех пор, пока сигнал от датчика обратной связи не достигнет величины, заданной системой программного управления. Система следящего привода «Трансферобота》обеспечивает повторяемость движений схвата с точностью ±0,25 мм, однако такая точность недостаточна для выполнения ряда 1сбороч1ных работ.
Фотоэлектрическая система (рис. 32), состоящая из источника света 2, четырех фотоэлементов 4 и конденсорных линз 5, крепящихся на головке исполнительного механизма «Трансферо- бот», используется для более точного позиционирования. На рабочих позициях помещают специальные зеркала 6. Луч, поступающий от источника света 2, отражается от зеркал 6 и попадает на четыре фотоэлемента 4 и конденсорные линзы 5, которые попарно связаны со сравнивающими устройствами систему привода двух координат «Трансферобота». В результате электродвигатели, перемещающие руку и схват манипулятора по двум координатам, получают дополнительные корректирующие импульсы, позволяющие установить головку исполнительного механизма с точностью ±0,05 мм.
Выпускаются разные модификации сменных головок (схватов). Схват может иметь привод от электромагнита или от вакуумной системы. '
Рис. 33. «Трансферобот-200»
Изготовляются следующие модели «Трансферобота»: ТР200, ТР210, ТР510.
На рис. 33 показан внешний вид робота ТР200, представляющего собой компактную конструкцию, состоящую из механического устройства, предназначенного для манипулирования деталями массой до 0,45 кг, и переносного пульта программного управления, который соединяется с манипулятором при помощи гибкого кабеля. «
Модель ТР200 имеет электромагнитный схват, который зажимает деталь, поднимает ее, перемещает по прямой и опускает в заданное положение с точностью ±0,05 мм. Горизонтальный ход руки имеет пределы от 10 до 51 мм.
Робот модели ТР210 снабжен схватом, который зажимает деталь .и, непрерывно поворачиваясь по дуге, перемещает ее до конечного положения. Угол поворота регулируется в пределах 145—200°. Робот модели ТР510 транспортирует детали массой 1,4—3,5 кг, перемещая их по дуге от 145 до 190°. Деталь может быть перемещена на расстояние 660 мм с точностью ±0,25 мм. Этот робот, как и робот модели ТР210, может иметь одну или две руки. В тех -случаях, когда роботы перемещают детали малой массы, они снабжаются накопителями и устройствами автоматической подачи и ориентации деталей.
Робот «Сандстрэнд»
Движение руки робота «Сандстрэнд» (рис. 34) по пяти координатам осуществляется от электропривода, а не от гидравлического устройства, как у большинства конструкций промышленных роботов в США. В 1972 г. робот экспонировался на международной выставке станков в Чикаго.
Основной узел робота — рука, состоящая из верхней части, плеча и схвата (кисти).
Рис. 34. Промышленный робот «Сан- дстрэнд»
Обучается робот путем перемещения руки робота по требуемым точкам. Запись последовательных операций производится с помощью вычислительного устройства системы автоматического управления, при этом запрограммированные операции поступают в память и робот готов для работы.
Робот имеет разомкнутый контур управления, сложные и дорогостоящие системы с обратной связью не применяются.
По каждой программируемой координате имеется индикатор нулевого положения для указания начальной точки движения, выбранной оператором, координаты нулевого положения хранятся в памяти. После окончания движения по какой- либо координате оператор записывает положение точки нажатием кнопки на панели управления робота. Подобным образом записываются движения захвата и освобождения детали.
Техническая характеристика
Максимальная грузоподъемность при нормальной
скорости, кг 11,33
Скорость поворота, град/с: башни 40
верхнейчастируки 18
плеча 32
кисти 77
Скорость изгибакисти, град/с §6
Угол поворота, град: башни330
верхнейчастируки 70
плеча 105
кисти360
Угол изгиба кисти, град270
Ход руки, м: радиальный 1」
вертикальный 1,8
Точность позиционирования, мм ......0,3
Точность позиционирования, мм 0,05
Масса, кг362「
Потребная площадь пола, м0,4x0.4
При использовании нескольких роботов 《Сандстрзнд》рационально применять мини-компьютер. Один мини-компьютер может командовать 50 роботами. Стоимость робота, работающего с мини-компьютером, значительно меньше стоимости робота с индивидуальной памятью.
Система управления включает считыватель перфоленты.
Каждый робот имеет шкаф электрооборудования, необходимого для подключения к компьютеру. Шкаф может находиться на расстоянии до 60 м от робота.
Конструкция схвата выбирается в зависимости от вида операции, все схваты имеют пневматический привод.
Рука может быть с одним или двумя схватами, специально приспособленными к определенным деталям. Рука с двумя схватами применяется для погрузочно-разгрузочных работ. Для крепления различного инструмента на руке робота применяют специальные кронштейны.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЯПОНИИ
Несмотря на общий промышленный подъем 50— 60-х гг„ роботостроением в Японии начали заниматься позже, чем в США. За период 1963—1968 гг. производительность труда в Японии росла в 3, 4 раза быстрее, чем в США и Канаде и в 2 раза быстрее, чем во Франции, Италии и ФРГ. Одна из причин этого — покупка лицензий в США и других странах.
Приобретая лизенции, Япония с 1955 г. примерно в течение 10 лет заново оснастила такие отрасли промышленности, как тяжелое и среднее машиностроение, химическая промышленность, и с 1965 г. вышла по основным видам промышленного производства на уровень передовых капиталистических стран.
В конце 60-х годов в Японии увеличился объем собственных разработок в различных областях, поскольку с этого времени возможность и целесообразность приобретения лицензий резко уменьшилась. Кроме того, в результате развития промышленности на основе передовых научно-технических достижений Япония оказалась по технологии производства впереди стран, у которых она приобретала лицензии, поскольку последним дорого было менять оборудование и технологию.
В настоящее время в Японии имеется достаточно средств для проведения в короткие сроки исследований и новых разработок. Быстрыми темпами создается отрасль промышленности, занятая разработкой и производством промышленных роботов [24].
Среди многих фирм, занятых выпуском промышленных роботов, фирмы «Синко Дэнки», «Мицубиси Дзюкогё К. К- Лтд», 《Кавасаки Дзюкогё К- К- Лтд», «Фудзикоси, Лтд»,《Курода», «Макико Ко, Лтд》и др. Отдельные фирмы специализируются на производстве и сборке роботов, другие ■— на создании комплектующих элементов и узлов к ним, а также на разработке новых технологических схем с использованием промышленных роботов.
Так же, как и в США, одной из основных причин повышенного интереса к промышленным роботам является нехватка рабочей силы на производствах, связанных с неблагоприятными условиями труда.
Японские фирмы очень быстро изучили опыт США и сами приступили к созданию роботов.
В настоящее время Япония занимает ведущее место в мире по выпуску промышленных роботов и по количеству роботов в производстве. Исследования в этом направлении начаты в 1967 г., когда Японией был приобретен первый образец промышленного робота 《Версатран》. Внедрение этого робота послужило стимулом к собственным разработкам, хотя некоторые университеты и компании до этого уже провели крупные исследования в областях, тесно связанных с роботами. Ряд компаний создал телеоператоры для атомной промышленности, другие выпускали автоматические погрузочные механизмы. Университеты провели исследования в области телеоператоров, искусственных рук и шагающих машин. По случаю первой демонстрации робота《Версатран》в Токио была проведена первая неофициальная конференция для того, чтобы обсудить технические проблемы и стратегию проведения исследований и разработок в области роботов.
Некоторые фирмы создали собственные роботы типа «Вер- сатран», но более дешевые. Японские специалисты были заинтересованы в разработке простых по конструкции роботов для выполнения несложных операций.
По сведениям японской печати, фирмы Японии выпускают до 40 типов промышленных роботов различных функциональных возможностей; эти машины уже находят применение в металлургической, авиа- и автостроительной, металлообрабатывающей отраслях промышленности.
Однако многие компании не удовлетворены состоянием дел в области создания промышленных роботов и выдвигают перед проектировщиками ряд требований, по которым можно судить о тенденциях в развитии роботостроения Японии в ближайшее время:
—создание недорогих роботов, предназначенных для выполнения конкретных операций;
— возможность самого робота перемещаться по программе в требуемую позицию;
—функциональная универсальность, сопровождаемая резким увеличением объема памяти и числа степеней свободы рук;
—повышение надежности работы системы управления и отдельных узлов робота до 1500—2000 ч наработки на отказ;
■— создание участков роботов, управляемых от ЭВМ;
—возможность определять цвет, расположение, форму предметов и умение захватывать предмет, лежащий в произвольном положении.
Некоторые работы в этих направлениях проводятся, и уже достигнуты значительные результаты в создании роботов более дешевых, чем в США.
Роботы, которые выполняют простейшие рабочие операции повторяющегося характера, продаются в Японии по цене ниже 10 тыс. долл.
Главное различие между простыми японскими роботами, не оборудованными электронной памятью, и роботами типа《Юни- мейт》или «Версатран» состоит в способах управления рукой и схватами.
Для снижения стоимости роботов применяются дешевые элементы и механизмы. Для большинства роботов простейшего типа характерны следующие особенности:
——небольшая масса деталей, которыми могут манипулировать машины;
—— малая длина перемещения руки;
— число степеней свободы меньше шести.
Однако их технические характеристики по скорости и точности не хуже характеристик дорогостоящих роботов.
В Японии ведутся исследования в области создания интеллектуальных роботов [53].
Общество инженеров по приборам и управлению в Японии в декабре 1968 г. издало специальный сборник о роботах, в котором изложены результаты исследований общества, проведенных более чем 25 группами ученых.
Обращает на себя внимание исключительно высокая культура технологии при производстве роботов всеми японскими фирмами. Для получения требуемой надежности в производстве налажен жесткий поэлементный контроль входящих компонентов, контроль узлов и всего робота в целом. Широко применяются всевозможные стенды и устройства для проверки как электронных, так и гидравлических узлов робота. Например, высокое качество изготавливаемого фирмой «Юкю Когё» гидравлического оборудования для судостроительной и металлообрабатывающей промышленности, сервоклапанов для следящих гидроприводов и гидрооборудования для роботов обеспечивается автоматизацией производственных процессов, в частности, широким применением многочисленных стендов для контроля готовых изделий. Фирма имеет исследовательский центр, где
моделируются и испытываются новые образцы различных устройств.
В Японии, как и в США, уделяется большое внимание проведению контрольно-испытательных работ и оснащению их новейшим оборудованием.
Общее время контроля и испытаний робота на японских заводах достигает 200 ч. Повсеместно используются интегральные схемы, золоченые печатные платы, монтаж накруткой и другие методы современной электронной техники и технологии.
На симпозиуме по роботам в 1972 г. в Чикаго японские специалисты высказали мнение, что основным препятствием к широкому использованию роботов является недостаточная разработанность методики их применения.
Ряд японских фирм сотрудничают с иностранными фирмами. Фирмы《Исикавадзима Харима Дзюкогё»,《Мицубиси》，《Токи。 Кэйки Сэйдзосё», «Сёва Куацуки когё》сотрудничают в области создания роботов с западногерманской фирмой VEW, фирма «Дайни Сэйкося»—с американской фирмой AMF, а фирма 《Кавасаки Дзюкогё» работает в сотрудничестве с фирмой《Юнн- мейшн》.
В марте 1971 г. в Японии была создана Ассоциация промышленных роботов, в которую вошло более 40 фирм, проектирующих роботы и выпускающих для них различную комплектующую аппаратуру. Ассоциация является координационным центром, объединяющим усилия различных предприятий в области робототехники. Фирмы занимаются не только разработкой и производством роботов, но и ведут широкие исследования, связанные с социальными и технологическими проблемами применения роботов, перспективами и тенденциями их развития.
В марте 1972 г. Ассоциация промышленных роботов провела всестороннее обследование около 300 промышленных фирм с целью определения необходимости использования роботов и возможностей их внедрения. В результате установлено, что 95% фирм проявляют повышенный интерес к применению роботов.
Ассоциация собрала обширные данные, которые показывают отрицательные и положительные стороны внедрения роботов, а также причины, тормозящие их использование (% от общего числа):
Применение других средств автоматизации для экономии рабочей силы21,7
Высокая цена промышленныхроботов.16<0
Отсутствие специализациироботов.....10,3
Трудности, связанные с усовершенствованием производства 1°，°
Недостаточное снижение трудоемкости производства в результате применения роботов .^,.•9,0
Нежелание заниматься роботами, так как они недостаточно исследованы и отработаны...5,7
Необходимость в изменении планировки участков п цехов 5,3
249 21 958542 21 004249 21 958542 21 004Невозможность значительного повышения продуктивности
249 21 958
542 21 004
249 21 958
542 21 004
Высокая стоимость дополнительного оборудования
Отсутствие информации о новых образцах роботов
Отсутствие ли4ной ответственности за планирование
Необходимость переоборудования техпроцесса .
Неудовлетворительные условия содержания и ухода за роботами
Отсутствие условий для использования роботов .
Другие причины
Ассоциация выяснила, что более 50% фирм могут приобрести роботы стоимостью от 2 до 4 млн. иен и только менее 10% фирм в состоянии приобрести роботы, стоящие более 6 млн. иен.
Ассоциация пришла к выводу, что распределение производственных процессов, в которых возможно применение роботов, следующее (%):
механообработка — 24; сборка — 19; термообработка — 14,2； транспортировка—9,5; контроль деталей и узлов ——10,1; контроль материала — 4,7; упаковка — 4,5.
Многие из этих работ почти не механизированы.
Ассоциация определила, что на заводах Японии можно использовать примерно 5800 роботов, и привела факторы, побуждающие к их внедрению•(%):
высокая температура — 18; большая масса грузов ——17,7； монотонность работы в обычных условиях— 12; загрязненность воздуха— 11,7； шумы—11,2; зараженность воздуха——4,6; едкий запах — 4,3; вибрации ——3,0; повышенная влажность — 2,4; радиоактивность атмосферы—1,3; опасность взрыва — 1,3; высокое напряжение ——0,9; низкая температура ——0,7; необходимость работать под водой ——0,7; на высоте — 0,9; под землей ——0,1; или в вакууме — 0,1; коррозия изделий ——0,7; особенности химических процессов — 0,4； другие факторы — 0,1.
По мнению Ассоциации, внедрение роботов может обеспечить ряд преимуществ (%):
экономия рабочей силы ——23,6; повышение производительности труда— 15,2; замена рабочих на однообразных работах— 14,6; снижение себестоимости продукции— 12,1; уменьшение несчастных случаев на производстве— 10,5; проведение работ в условиях, в которых рабочие отказываются работать — 9,7; повышение качества изделия — 1,1; стабилизация качества — 5,3; улучшение организации производства — 5,0; увеличение выпуска продукции — 2,8.
Ниже приведено несколько примеров, характеризующих деятельность японских фирм, выпускающих промышленные роботы.
Фирма «Мицубиси Дзюкогё» производит оборудование для металлообрабатывающей, авиационной, судостроительной промышленности, разнообразное электронное оборудование, а также выпускает роботы двух типов (RA и RB), которые, в основ-
ном, обслуживают прессолитейные машины. Средняя стоимость этих роботов около 31 тыс. долл.
Привод у обоих типов роботов гидравлический. Следует отметить оригинальную конструкцию сервозолотников с переменной длиной щели, применяемых в системе гидроавтоматики роботов.
Устройством памяти роботов RA является штекерная панель, а в устройстве памяти роботов RB использована никелевая лента, что заставило фирму разработать специальный тип считывающих головок магнитомодуляционного типа с низким уровнем собственных шумов и высокой помехоустойчивостью.
Фирма «Синко Дзнкн》выпускает электрооборудование для систем автоматизации производственных процессов, электродвигатели, комплектные устройства, а также роботы SR-5 и SR-10. Робот SR-5 специально спроектирован для обслуживания прессового и ковочного оборудования, он имеет большие скорости перемещения и снабжен гаммой захватывающих устройств.
В системе управления робота используются жесткие переналаживаемые упоры. Эта система отличается простотой и надежностью, однако требует значительных затрат времени на запись программы и переналадку. Стоимость робота около 12 тыс. долл.
Фирма《Кавасаки Дзюкогё» изготавливает роботы по лицензии американской фирмы 《Юннмейшн》. По данным фирмы, робот «Кавасаки Юннмейт》имеет среднее время наработки на отказ 600—700 ч, что на 200 ч больше, чем у робота《Юнимейт》 американского производства. Это объясняется тщательной и хорошо отработанной технологией, в частности, более широким контролем в процессе производства и сборки роботов в Японии. Стоимость робота《Кавасаки Юнимейт» 30 тыс. долл.
Фирма налаживает выпуск новой модели робота RX с восьмью степенями свободы.
Фирма «Фудзикоси», широко известная как изготовитель режущего инструмента и шарикоподшипников, выпускает роботы марки《Юнимен》с ЧПУ. По требованию заказчика память может быть на магнитных дисках, перфоленте или магнитной ленте. Привод гидравлический, сервозолотники своей разработки.
Фирма «Хитачи» ведет работы по автоматизации с применением промышленных роботов в отдельных технологических цепочках (автоматизация по линии), на участках и в цехах (автоматизация по площади). Кроме того, автоматизируется работа отдельных машин и агрегатов (локальная автоматизация).
По данным фирмы, в автоматизации прежде всего нуждаются разгрузочно-погрузочные работы, занимающие 60—80% рабочего времени и являющиеся основной причиной производственных травм (до 85%).
Основным рабочим органом всех роботов《Хитачи》служит унифицированная «механическая рука》, имеющая три степени свободы.
Рука (или -спаренные руки) может устанавливаться на различных направляющих, перемещаться по траверсе или балке.
①н呼а «Хитачи» занимается также проблемами будущих «интеллектуальных» роботов.
Фирма《Кастннг мануфекчерер», производящая узлы легковых автомобилей и других транспортных средств, применяет японские роботы при литье и контроле.
Фирма «Электрик машин мануфекчерер» применяет роботы на линиях поточной обработки и сборки электрических машин. Планируется применение роботов на операциях термообработки и покраски.
Фирма《Аудио Эквипмент мануфекчерер» применяет роботы на линиях производства и упаковки грампластинок, на некоторых операциях намотки ленты в кассеты и при контроле деталей телевизионного приемника.
Фирма «Спринг мзйкер》，выпускающая пружины, применяет 30 роботов на операциях опрессовки, термообработки и контроля. В будущем предполагается с помощью роботов полностью автоматизировать линию изготовления пружин.
Фирмы《Консьюмер юз металл варе мэйкер» и «Машинери мэйкер» применяют роботы на погрузочно-разгрузочных работах.
Фирма «Оптикел инструмент мэйкер» применяет японские роботы при загрузке станков и конвейероз; планируется использовать роботы на процессах гальванопокрытий, а усовершенствованные роботы — на сборке.
Фирма 《Карпартс мзйкер》использует робот для выема деталей из штампа и установки на вырубной пресс.
Фирма «Пзтро рифайнери мзйкер》применяет робот на вспомогательных работах при обработке нефтепродуктов.
Фирма «Айрон мэйкинг машинери мэйкер» использует робот для подачи прутков и проволоки к месту сварки.
В 1970 г. 30 фирм Японии применяли роботы, в 1971 г.— уже 38 фирм, а к 1976 г. роботы должны работать в 350 фирмах.
В 1974 г. в Японии планировалось продать роботов на 45 млн. долл., а в 1975 г.— на 126 млн. долл.
Роботы SR-5 и SR-10 фирмы «Синко Дэнки»
В промышленных роботах SR-5 и SR-10 для всех перемещений применяется унифицированный пневматический привод, используются механические упоры, что позволяет добиться точности позиционирования ±0,5 мм.
В системе программного управления роботов фирмы «Синко» имеется матричная штырьковая панель, которая обеспечивает до
120 различных движений в цикле. Применение матричной панели позволяет легко корректировать программы. На пульте робота установлен счетчик обработанных деталей. Скорость каждого движения можно регулировать независимо от других движений.
Технические характеристики
роботов
SR-10
SR-5
Число степеней свободы
..5
4
Движение руки, мм:
по вертикали ...
•.300
150
по горизонтали ^.
.•500
500
Поворот руки вокруг
верти-
калькой оси, град ...
.•240
135
Вращение кисти, град .
..180
—
Скорость перемещения
руки,
мм/с:
по вертикали ...
• .500
500
по горизонтали ..
.•500
1000
Скорость вращения вокруг вер-
тикальной оси, град/с ..
..90
90
Скорость вращения
кисти,
град/с
..90
—
Скорость покачивания, град/с .90
90
Тип системы управления
.. цикловая (по
жестким
переналаживаемым упорам)
Давление в пневмосистеме,
кгс/см2
..4—6
5-6
Емкость памяти, число команд .24
24
Грузоподъемность (при
иор-
мальной скорости), кг ..
..10
5
Габаритные размеры, мм:
манипулятора ...
..995X745X
1000Х700Х
Х1371
ХН40
пульта управления .
..320X540X850
370X340X240
Масса манипулятора, кг
..400
350
Роботы SR~10 и SR-5 состоят из механического устройства, пульта управления (находится на некотором расстоянии от робота), пульта ручного управления и соединительных труб и проводов.
Роботы SR-10 и SR-5 нашли широкое применение при обслуживании металлорежущих станков и оборудования для литья под давлением, штамповки, сварки, ковки и окраски, для прессования изделий из пластмасс, в цехах термообработки, упаковки и пр.
Роботы успешно используются на поточных линиях, выпускающих как крупные партии изделий, так и небольшие партии деталей различных наименований.
На рис. 35 показаны автоматические линии сверления отверстий в отливках и нарезания канавок на инструменте с использованием робота SR-10.
Рис. 35. Использование робота SR-10 в автоматических линиях сверления отверстий (а) и нарезания канавок (6):
/ 一 робот； 2 — устройство подачи заготовок; 3 — конвейер; 4 — многошпиндельный сверлильный станок; 5 — станок для нарезания канавок на заготовках режущего инструмента； 6 ящик для сбора деталей
Первая линия (рис. 35, а) состоит из устройства подачи заготовок 2, многошпиндельного сверлильного станка 4, конвейера 3 и одного робота. Устройство подачи заготовок 2 устанавливает заготовку в определенное фиксированное положение. Рука робота 1 переносит заготовку на сверлильный станок 4 и устанавливает ее в определенном положении. После сверления готовое изделие переносится роботом на конвейер 3. Цикл повторяется автоматически.
На рис. 35, б показана автоматическая линия нарезания канавок режущего инструмента, состоящая из устройства подачи заготовок 2, станка для нарезания канавок 5 и одного робота /. На рисунке показана и вторая идентичная линия, установленная параллельно.
Рука робота, захватив заготовку из устройства подачи, ставит ее на станок для нарезания канавок, поворачивая заготовку на 90°. После нарезания канавки готовая деталь укладывается в ящик. Цикл повторяется автоматически.
Промышленный робот «Хн Мейт»
Фирма 《Курода》на международной выставке пневматических систем впервые в Европе продемонстрировала робот 《Хи Мейт》полностью с пневматическим управлением (рис. 36). Робот был разработан в течение двух лет 'и впервые продемонстрирован в Японии в апреле 1970 г., ежемесячно выпускается пять роботов. Опи используются для загрузки и разгрузки металлических штамповок, поковок, отливок. Роботы 《Хи Мейт》стоят сравнительно недорого ——8——9 тыс. долл.
Роботы 《Хн Мейт», управляемые собственной логической системой 《Нафлоджикс》， могут работать в очень влажной среде, а также со взрывоопасными веществами. Программирование работы робота осу
ществляется с помощью штекерной панели и рассчитано на 23 последовательные операции, которые соответствуют 14 движениям руки и запястья человека. Набор программы занимает менее 5 мин. Робот имеет четыре степени свободы — рука перемещается в вертикальной плоскости на 170 и горизонтальной плоскости на
Рис. 36. Промышленный робот «Хи Мейт»
400 мм, поворачивается на 270°. Простые приставки позволяют удлинять механическую руку. В отличие от других пневматических роботов робот《Хн Мейт》имеет не электронную, а струйную систему управления, работающую от сжатого воздуха.
Роботы типа RA, RB и RC фирмы Мицубиси Дзюкогёу
(отделение «Нагойя Эйркрафт Уоркс»)
Конструкция робота RA (рис. 37) блочная, что позволяет изменять ее в зависимости от выполняемых операций. Робот 《RA» имеет три системы управления, что позволяет выбрать подходящую:一
систему, обеспечивающую простую связь между двумя позициями.
Команды в этом случае набираются путем установки нужного положения предельных выключателей. Электрический сигнал поступает в четырехщелевой соленоидный клапан, рука может занимать, только две позиции, поэтому система используется при выполнении простых работ типа «взять и перенести»;
систему, обеспечивающую сложную связь между двумя позициями.
В этой системе для накопления команд вместо предельных выключателей используются потенциометры; сигналы команд поступают не в соленоидные клапаны, а в сервоклапан. Эта
Рис. 37. Промышленный робот RA 7 Заказ 3483
система используется при выполнении довольно сложных работ, включающих от 50 до 100 операций；
многооперационную систему, в которой сигналы команд нанесены на магнитный диск и используется сервосистема.
В многооперационной системе рука робота может перемещаться по кривой, когда выполняется серия различных операций, причем скорость перемещения руки может изменяться. Многооперационная система применяется, когда позиционные требования ограничены, а программа сложна (в таком случае применение системы, обеспечивающей сложную связь между двумя позициями, неэкономично).
Благодаря синтезу цилиндрической и прямоугольной систем координат роботом RA можно обслуживать пространство размером 2900Х 1860x800 мм. Точность движений робота при повторении операции ±1,0 мм; абсолютная точность ±1,5 мм.
Рис. 38. Основные перемещения руки и кисти робота RA
Рис. 39. Промышленный робот RB
Указанная точность может быть достигнута даже в тех условиях, когда рука перемещается по горизонтали с большой скоростью (до 1000 мм/с).
Робот RA имеет семь степеней свободы (рис. 38):
два движения нижней плиты (вперед — назад и вправо — влево) — перемещения в прямоугольной системе координат;
три движения руки: наружу — внутрь (радиальное), вниз — вверх (опускание или подъем), вращение (поворот вправо или влево)；
два движения кисти — вращение вокруг оси руки, а также захват — отпускание — перемещение зажимного приспособления, которое закреплено на кисти.
Конструкция этого робота отличается от конструкции других роботов тем, что возможно управление одновременно всеми движениями, это дает возможность широко применять робот RA в самых различных областях. Робот используется в литейном производстве для заливки расплава, извлечения отливок, а также для таких операций, как укладывание деталей в штабели и упаковка.
Робот может переносить груз до 30 кг (включая массу захватывающего приспособления) при высоких скоростях и до 60 кг — при низких.
Простая, дешевая конструкция захватывающего приспособления позволяет руке и кисти робота RA манипулировать с предметами самых различных размеров, конфигурации и массы.
У робота RB (рис. 39) управление двумя степенями свободы кисти (перемещение и вращение), а также тремя степенями свободы руки (поворот и перемещение) осуществляется одно-
временно. Это расширяет возможности использования робота, в частности, при точечной сварке.
Робот обеспечивает высокую точность и большую скорость работы. Система управления робота обеспечивает точность ±1 мм при скоростях перемещения руки до 1000 мм/с.
Робот RB имеет грузоподъемность 15 кг при повышенных скоростях и 50 кг ——при низких. Максимальная масса груза, поднимаемого роботом, 100 кг.
Точность позиционирования робот сохраняет как в нагруженном, так и ненагруженном состояниях. При увеличении нагрузок скорость уменьшается и наоборот.
В системе памяти робота использована магнитная лента и специально разработанная считывающая магнитная головка, обладающая высокой стойкостью к《шумам》. Запись и воспроизведение программы осуществляются одной и той же головкой.
Корректирование программы во время работы робота может быть произведено за небольшой промежуток времени.
При необходимости робот пропускает операцию и продолжает работу по программе.
Для робота могут быть выбраны два вида позиционирования: приблизительное и точное.
Появление погрешностей при считываний может быть предотвращено введением параллельной контрольной системы.
Робот программируется на 200 операций. Число операций, приходящихся на каждую из девяти матриц, может быть выбрано произвольно, но в любом случае общее число выбранных операций должно находиться в пределах 200.
Выполнение программы можно остановить и руку робота возвратить в исходную позицию только при подаче внешнего сигнала. Выполнение программы может быть продолжено только при изменении характера внешнего сигнала.
В обычной конструкции робота предусмотрено три канала связи с внешним технологическим оборудованием, количество каналов может быть увеличено до девяти.
Объем памяти робота может быть увеличен до 1000 операций. В обычной конструкции робота предусмотрено одно реле времени, но их количество может быть увеличено до девяти. Предусмотрено также использование подпрограммы и основной программы. Из двух блоков 'памяти один может работать в основной программе, а второй — в подпрограмме.
Робот RB имеет пять программируемых движений: линейное перемещение руки, поворот руки, перемещение руки по вертикали, перемещение кисти по вертикали, вращение кисти и дополнительно — открытие и закрытие пневматического схвата. Переход от движения по одной оси к движению по другой занимает 2 с.
В связи с тем, что захватывающие приспособления можно менять, эта модель используется для разных операций.
юо
Техническая характеристика робота RB
Перемещение руки: в вертикальной плоскости, град 60
(30—вверх» 30— вниз) в горизонтальной плоскости, мм 1000
вращение, град .220
Перемещение кисти, град: в вертикальной плоскости 220
вращение 360
Угол размыкания захватывающего приспособления, град 35
Скорость перемещения руки: в вертикальной плоскости,град/с....30
в горизонтальной плоскости,мм/с....750
при повороте, град/с ЦО
Скорость перемещения кисти, град/с: в вертикальной плоскости ПО
при вращении 180
Точность позиционирования, мм: точность повторения±1,0
абсолютная точность丄 1,5
Масса переносимого груза, кг 50
максимальная 100
Емкость памяти, количество ячеек 200
Время считывания одной ячейки памяти, с .. от 0,05
до 0,3
Привод рукигидравли
ческий
Давление рабочей жидкости,кгс/см2 .70
Радиус поворота руки, мм 1240
Площадь пола, занимаемая роботом, мм ... 1270x1885
Масса робота, кг1600
Робот RC имеет возможность перемещаться по рельсам. В основе конструкции робота лежат те же принципы, что и у робота RB. Робот RC имеет две -системы управления, из которых в зависимости от выполняемых задач может быть вы
брана какая-либо одна.
Величина вылета руки——1350 мм.
Рука робота RC способна перенести груз массой от 15 до 55 кг при нормальной скорости.
Промышленные роботы «Юнимен-2000» и «Юнимен-3000» фирмы «Фудзикоси»
Промышленный робот «Юнимен-2000» (рис. 40) имеет шесть степеней свободы, из них четыре у руки (перемещение по горизонтали и вертикали, а также поворот относительно двух осей) и две у кисти (качание и захват). Поворот руки может выполняться одновременно с горизонтальным перемещением.
Рис. 40. Промышленный робот «Юнимен-2000»Рис. 40. Промышленный робот «Юнимен-2000»Робот «Юнимен-2000» работает в цилиндрической системе координат. Манипулятор, пульт управления и гидравлический узел смонтированы раздельно.
Рис. 40. Промышленный робот «Юнимен-2000»
Рис. 40. Промышленный робот «Юнимен-2000»
Робот предназначен для работы в горячей среде и обладает достаточно большим ходом руки.
Большая грузоподъемность робота позволяет использовать его для транспортировки тяжелых деталей и узлов.
Техническая характеристика
Перемещение руки:
по вертикали, мм по горизонтали, мм поворот, град вращение, град
Скорость перемещения руки:
по вертикали, мм/с
по горизонтали, мм/с при повороте, град/с при вращении, град/с Перемещение кисти, град:
качание .二、захват
Скорость перемещения кисти, град/с.
Максимальное.усилие захвата, кг.
Точность позиционирования, мм ...
Грузоподъемность, кг
Площадь основания, мм:
манипулятора
гидроузла
Давление в гидросистеме, кгс/см2 ...
Масса, кг:
манипулятора
о о о о0 0 4 85 5 2 —о о о о0 0 4 85 5 2 —°00045902 5°00045902 51800—1090300±1,550 макси-мальная 1001800x900 1850X9007010001800—1090300±1,550 макси-мальная 1001800x900 1850X900701000гидроузла
о о о о
0 0 4 8
5 5 2 —
о о о о
0 0 4 8
5 5 2 —
°0004590
2 5
°0004590
2 5
180
0—10
90
300±1,550 макси-мальная 100
1800x900 1850X900
70
1000
180
0—10
90
300±1,550 макси-мальная 100
1800x900 1850X900
70
1000
Система управления: позиционная
иликонтурная
Управление кистьюот упора
до упора
Электропитание 220В,
60 Гц, 8 кВ-А
Промышленный робот «Юнимен-3000» (рис. 41) имеет шесть степеней свободы — по три у руки (перемещение по горизонтали и вертикали и разворот) и кисти (поворот, качание и изгиб).
Робот «Юнимен-3000» полярнокоординатного типа, причем манипулятор, устройство управления и гидравлический узел объединены в общем корпусе.
Робот предназначен для выполнения работ в ограниченной зоне действия.
Кисть робота компактна и имеет достаточную жесткость, поэтому длительное время может работать в форсированном режиме.
Техническая характеристика
Перемещение руки： по вертикали, град •6°
по горизонтали, мм.. Ю00
при повороте, град 240
Скорость перемещения руки:,
по вертикали, град/с 35
Рис. 41. Промышленный робот «Юнимен-3000»
Техническая характеристикаМодельRB-1RB-10RB-50перемещениескоростьперемещениескоростьперемещениескоростьПодъем руки300 мм800 мм/с300 мм800 мм/с600 мм800 мм/сПоворот руки220°60°/с220°60°/с220°60°/сВыдвижение руки250 мм500 мм/с250 мм500 мм/с250 мм500 мм/сПоворот кисти180°180°/с180°180°/с180°180°/сНаклон кисти180°180°/с180°180°/с180°180°/сВращение схвата180°180°/с180°180°/с180°180°/сТехническая характеристикаМодельRB-1RB-10RB-50перемещениескоростьперемещениескоростьперемещениескоростьПодъем руки300 мм800 мм/с300 мм800 мм/с600 мм800 мм/сПоворот руки220°60°/с220°60°/с220°60°/сВыдвижение руки250 мм500 мм/с250 мм500 мм/с250 мм500 мм/сПоворот кисти180°180°/с180°180°/с180°180°/сНаклон кисти180°180°/с180°180°/с180°180°/сВращение схвата180°180°/с180°180°/с180°180°/сТаблица /Таблица /Агрегаты гидравлического и электрического привода кисти размещены внутри полого вала разворота руки в целях упрощения конструкции манипулятора.Рука и кисть роботов разных моделей выполнены из унифицированных узлов.Агрегаты гидравлического и электрического привода кисти размещены внутри полого вала разворота руки в целях упрощения конструкции манипулятора.Рука и кисть роботов разных моделей выполнены из унифицированных узлов.Робот «Аида Аутохенд»Японская фирма «Аида Инжиниринг» выпускает три модели робота «Аида Аутохенд»: АН-3, АН-6, АН-10, выполненные из унифицированных узлов и отличающиеся величиной хода руки и грузоподъемностью. Кроме того, робот АН-3 может по-Робот «Аида Аутохенд»Японская фирма «Аида Инжиниринг» выпускает три модели робота «Аида Аутохенд»: АН-3, АН-6, АН-10, выполненные из унифицированных узлов и отличающиеся величиной хода руки и грузоподъемностью. Кроме того, робот АН-3 может по-
Техническая характеристика
Модель
RB-1
RB-10
RB-50
перемещение
скорость
перемещение
скорость
перемещение
скорость
Подъем руки
300 мм
800 мм/с
300 мм
800 мм/с
600 мм
800 мм/с
Поворот руки
220°
60°/с
220°
60°/с
220°
60°/с
Выдвижение руки
250 мм
500 мм/с
250 мм
500 мм/с
250 мм
500 мм/с
Поворот кисти
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Наклон кисти
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Вращение схвата
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Техническая характеристика
Модель
RB-1
RB-10
RB-50
перемещение
скорость
перемещение
скорость
перемещение
скорость
Подъем руки
300 мм
800 мм/с
300 мм
800 мм/с
600 мм
800 мм/с
Поворот руки
220°
60°/с
220°
60°/с
220°
60°/с
Выдвижение руки
250 мм
500 мм/с
250 мм
500 мм/с
250 мм
500 мм/с
Поворот кисти
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Наклон кисти
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Вращение схвата
180°
180°/с
180°
180°/с
180°
180°/с
Таблица /
Таблица /
Агрегаты гидравлического и электрического привода кисти размещены внутри полого вала разворота руки в целях упрощения конструкции манипулятора.
Рука и кисть роботов разных моделей выполнены из унифицированных узлов.
Агрегаты гидравлического и электрического привода кисти размещены внутри полого вала разворота руки в целях упрощения конструкции манипулятора.
Рука и кисть роботов разных моделей выполнены из унифицированных узлов.
Робот «Аида Аутохенд»
Японская фирма «Аида Инжиниринг» выпускает три модели робота «Аида Аутохенд»: АН-3, АН-6, АН-10, выполненные из унифицированных узлов и отличающиеся величиной хода руки и грузоподъемностью. Кроме того, робот АН-3 может по-
Робот «Аида Аутохенд»
Японская фирма «Аида Инжиниринг» выпускает три модели робота «Аида Аутохенд»: АН-3, АН-6, АН-10, выполненные из унифицированных узлов и отличающиеся величиной хода руки и грузоподъемностью. Кроме того, робот АН-3 может по-
по горизонтали, мм/с 800
поворот,град/с 120
Перемещение кисти, град: поворот 360
качание 180
изгиб 24
Скорость перемещения кисти, град/с: поворот 120
качание 120
изгиб [80
Максимальная грузоподъемность, кг: при высокой скорости 20
при нормальной скорости 40
при низкой скорости 75
Точность позиционирования,мм ±1
Площадь основания, мм 1980x1260
Давление в гидросистеме, кгс/см2 140
Масса робота, кг1900
Система управленияпозиционная
иликонтурная
Объем запоминающего устройства 256шагов
Электропитание 220В,
60 Гц,
12 кВ А
Робот «Хибот»Робот «Хибот»
Робот «Хибот»
Робот «Хибот»
Промышленный робот «Хибот» выпускается компанией «Ясуи Сангё» в трех модификациях — RB-1, RB-10 и RB-50 (рис. 42) —грузоподъемностью 1,10 и 50 кг соответственно.
Рука робота «Хибот» работает в цилиндрической системе координат и имеет малые линейные перемещения [56].
Небольшая зона обслуживания и позиционирование с помощью регулируемых упоров позволяют получить хорошую точность повторения движений, которая у всех моделей《文нбот» составляет ±0,1 мм. «Хибот» имеет три степени свободы, позволяющие поворачивать кисть в горизонтальной и вертикальной плоскостях на углы ±90° и вращать схват на ±90° (техническую характеристику моделей см. в табл. 1).
ставляться с одной, с двумя или с тремя руками, а робот АН-6 (рис. 43) — только с одной или с двумя руками [74].
Роботы можно использовать для установки, снятия, поворота и передачи на следующую операцию заготовок и деталей при горячей и холодной штамповке на прессах, при обслуживании машин для изготовления литейных форм, а также при обслуживании металлорежущих станков. Робот может работать в цехах с повышенной температурой.
Робот имеет четыре степени свободы: вертикальное и продольное перемещение руки, поворот руки вокруг вертикальной оси и поворот кисти вокруг продольной оси. Все движения осуществляются от пневматических цилиндров. Робот не имеет своего энергетического блока: сжатый воздух поступает из цеховой пневмосети или от автономного компрессора.
Движение по всем координатам происходит от упора до упора, положение которых регулируется.
В конструкции манипулятора предусмотрены демпфирующие устройства, обеспечивающие плавный подход руки к жесткому упору при ее движении по любой координате.
Программа робота задается на коммутационном поле (рис. 44), которое содержит штекерную матрицу из 10 рядов по 10 гнезд и группы по 6 гнезд для каждого движения, включая движения схвата. В дополнение к этому имеется группа гнезд для коммутации сигналов в системы управления технологического оборудования.
При программировании задается последовательность движений и временной интервал между моментами начала каждого
Рнс. 43. Промышленный робот «Аида Аутохенд»
W6
Рис. 44. Коммутационное поле робота «Аида»
движения. Каждое движение программируется коммутацией одного гнезда из группы гнезд этого движения с гнездом матрицы посредством провода с двумя штекерами. Временной интервал между началами двух последовательных движений определяется временным интервалом между двумя соседними гнездами матрицы и количеством этих интервалов между двумя штекерами в гнездах матрицы. Временной интервал между двумя соседними гнездами матрицы плавно регулируется рукояткой генератора импульсов.
В одной программе может содержаться по три команды на выполнение каждого движения из исходного положения и по три команды возвращения в исходное положение, при котором рука повернута в крайнее левое положение, поднята и втянута, а схват раскрыт.
Пульт управления выполнен встроенным (см. рис. 43). На панели пульта управления имеются тумблер для перевода робота на ручной либо автоматический режим, а также тумблеры для управления роботом в ручном режиме (по одному на каждое движение).
Предусмотрена возможность дистанционного включения и выключения робота.
Техническая характер
истина
Модель
АН-3
АН-6/
Ш-10
Перемещение, мм:
360
600
1000
продольное
вертикальное .
100 мм
(для всех моделей) или
150
мм (при специальном
исполнении робота)
Поворот руки вокруг верти
120
кальной оси, град .
120
120
Угол раскрытия схвата, град
30
30
30
Угол поворота кисти, град .
180
180
180
Диапазон регулировки уровня установки робота, мм ..Максимальная грузоподъемность робота, кг:с одной рукой .с двумя руками...с тремя руками...Точность позиционирования, ммДавление сжатого воздуха, кгс/см2Габаритные размеры, с вытянутой рукой, мм.Диапазон регулировки уровня установки робота, мм ..Максимальная грузоподъемность робота, кг:с одной рукой .с двумя руками...с тремя руками...Точность позиционирования, ммДавление сжатого воздуха, кгс/см2Габаритные размеры, с вытянутой рукой, мм.54521,51,5—士0，1±0,1±0,155554521,51,5—士0，1±0,1±0,1555100 (для всех моделей) или200 (при специальном исполнении робота)100 (для всех моделей) или200 (при специальном исполнении робота)2082x850x8902082x850x890
Диапазон регулировки уровня установки робота, мм ..
Максимальная грузоподъемность робота, кг:
с одной рукой .
с двумя руками...
с тремя руками...
Точность позиционирования, мм
Давление сжатого воздуха, кгс/см2
Габаритные размеры, с вытянутой рукой, мм.
Диапазон регулировки уровня установки робота, мм ..
Максимальная грузоподъемность робота, кг:
с одной рукой .
с двумя руками...
с тремя руками...
Точность позиционирования, мм
Давление сжатого воздуха, кгс/см2
Габаритные размеры, с вытянутой рукой, мм.
5
4
5
2
1,5
1,5
—
士0，1
±0,1
±0,1
5
5
5
5
4
5
2
1,5
1,5
—
士0，1
±0,1
±0,1
5
5
5
100 (для всех моделей) или
200 (при специальном исполнении робота)
100 (для всех моделей) или
200 (при специальном исполнении робота)
2082x850x890
2082x850x890
Роботы фирмы《Токио КМкн»
Фирма «Токио Кэйки» выпускает роботы двух типов: IRB-10 грузоподъемностью до 15 кг и IRC-30 грузоподъемностью до 60 кг.
Робот IRB-10 имеет пять степеней свободы (рис. 45).
Встроенная гидравлическая система и рука складывающегося типа обеспечивают компактность робота.
Рука монтируется к вертикальной колонне и имеет широкий диапазон перемещений в горизонтальном и вертикальном направлениях, колонна вращается на основании.
На руке смонтирована кисть с легкосъемным схватом.
Техническая характеристика робота IRB-30
Перемещения руки: радиальное, мм800
вертикальное, мм200
вращение, град220
Скорость перемещения руки： радиальная, мм/с800
вертикальная, мм/с .. 200
при вращении, гр ад/с 90
Перемещения кисти, град: поворот 90
вращение180
Скорость перемещения кисти, град/с: при повороте 90
при вращении 90
Следует отметить легкость обслуживания робота, его надежность в работе, обусловленную применением сервоклапанов. Робот может быть снабжен двумя различными системами управления: фирмы «Токио Кейкн》一ТКС-10 или фирмы «Ре- таб» — RC-7000.
Рис. 45. Промышленный робот
IRB-10
ТКС-10 — сервосистема, в которой положения задаются с помощью потенциометров. Последовательно может программироваться 28 операций на матричной штекерной панели.
RC-7000 — цифровая система управления с гибким процессом обучения с возможностью позициониро
вания одновременно по семи координатам.
Модульная конструкция системы RC-7000 со встроенными блоками памяти M.OS на твердых схемах и на кассетах с магнитной лентой емкостью 2500 позиций обеспечивает быстрое и несложное программирование в процессе обучения.
Исходная точка при установке определяется по индикаторным часам или датчиком.
Промышленный робот IRC-30 предназначен для тяжелых, грязных и однообразных работ с деталями различной формы (рис. 46).
Робот представляет собою компактную конструкцию с встроенной гидросистемой и системой позиционирования с замкнутым
контуром. Робот имеет механизм предотвращения возможных поломок хрупких деталей.
Рука робота закреплена на вертикальной колонне и перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях, колонна вращается относительно основания.
Кисть робота жесткой конструкции может вращаться, а также поворачи-
Рис. 46. Промышленный робот
IRC-30
ваться (делает изгиб). Робот имеет сменные схваты с пневмоприводом, которые могут быть заменены на вакуумное подъемное устройство. Гидррузел смонтирован на основании.
Робот IRC-ЗО может работать с системой управления «ТКС-30» фирмьг «Токио Кейки» или «RC-7000» фирмы «Ретаб».
Техническая характеристика робота IRC-30
Перемещения руки: радиальное, мм1000
вертикальное, мм 700
при вращении, град 140
Скорость перемещения руки: радиальная, мм/с 600
вертикальная, мм/с 500
при вращении, град/с 60
(при модернизации может быть
увеличенадо 220)
Перемещения кисти, град: при повороте(изгибе) 90
при вращении 180
Скорость перемещения кисти, град/с: при повороте(изгибе) 90
при вращении 90
Обучение производится с помощью ручного управления. Для разных этапов можно программировать различные скорости.
Все органы управления роботом размещены на панели шкафа. Рычаги управления роботом и кнопки «Программа», «Старт», 《Стоп», «Аварийный стоп» ,и другие размещены в отдельном шкафу управления. Оператор во время обучения может проверять программу. Над панелью шкафа находится панель, большинство кнопок которой имеют встроенные индикаторные лампочки, что облегчает проверку программы.
Роботы серии SMT
Промышленные роботы серии SMT изготовляются фирмой «Дайни Сэйкося», причем выпускаются трм модели роботов SMT: 600В, 700 и 1000. Техническую характеристику этих моделей см. в табл. 2.
Кроме того, по требованию заказчика фирма поставляет автоматизированные системы, в которые входят роботы.
Привод роботов всех моделей пневматический, что обеспечивает простоту обслуживания и высокую надежность. Время цикла: 2—4,2 с.
Техническая характеристика
Модели
SMT-600B
SMT-700
SMT-1000
Перемещение руки: при повороте, град горизонтальное, мм вертикальное, мм
Грузоподъемность, г
Точность позиционирова- вания, мм
Система управления
Габаритные размеры, мм Стоимость, тыс. долл.
90; 120
0-20
50
0,02 пневматическая 240x64x214
1,38
90; 120
150; 200
30
200
0,05
кулачковый командоаппарат 215x200x270
4,95
0—220
0—150
0—50
500
0,05
цикловая электрическая 300x200x376
8,7
Рис. 47, Промышленные роботы серии SMT фирмы «Дайни Сейкося»: а — SMT-600B; 6 — SMT-700； 8—SMTt000Рис. 47, Промышленные роботы серии SMT фирмы «Дайни Сейкося»: а — SMT-600B; 6 — SMT-700； 8—SMTt000
Рис. 47, Промышленные роботы серии SMT фирмы «Дайни Сейкося»: а — SMT-600B; 6 — SMT-700； 8—SMTt000
Рис. 47, Промышленные роботы серии SMT фирмы «Дайни Сейкося»: а — SMT-600B; 6 — SMT-700； 8—SMTt000
сортировки в часовой,сортировки в часовой,линиях станков,линиях станков,на операцияхна операциях
сортировки в часовой,
сортировки в часовой,
линиях станков,
линиях станков,
на операциях
на операциях
Роботы SMT компактные, высокоточные, скоростные и могут использоваться при массовом производстве продукции; они применяются на загрузке и разгрузке деталей при штамповке на прессах, в автоматических
оптической, электрической, электрон
ной, медицинской и приборной промышленностях.
На рис. 4 7 показаны роботы SMT-600B, S МТ-700 и SMT-1000.
На рис. 48 показана подача роботом на пресс деталей электронных приборов .и устройств. Детали из бункера поступают в желоб, при этом они ориентируются нужной стороной вверх.
Робот SMT-700 захватывает деталь и подает на матрицу пресса. Если деталь окажется установленной неправильно, то оператору подается сигнал.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН
Робот «Минитрэн»
В Ноттингемском университете (Англия) отделом технологии и управления производством разработан робот «Мшштрэн», который выпускается английской фирмой «Хаукер Сидлей Дайнемикс».
Робот «Минитрэн» является уменьшенной моделью робота «Версатран» и предназначен для выполнения операций с мелкими изделиями. Роботы «Минитрэн» могут использоваться при сборке часов, телевизионных камер и трубок, элементов электрооборудования и пр.
Система «Минитрэн» может включать -несколько манипуляторов (механических модулей), управляемых от электронной или струйной систем программного управления.
Модули 《Миннтрзн》могут оперировать деталями массой до 120 г с максимальными размерами до 5 см; точность позиционирования 0,1 мм, средняя производительность 1000——1500 деталей в час.
На рис. 49 показан манипулятор робота «Мнннтрзн», рука которого выполняет горизонтальное перемещение в пределах 101,6 мм и вертикальный подъем и опускание в пределах 50,8 мм.
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»
Привод движений руки осуществляется от пневматических цилиндров: горизонтальное перемещение обеспечивает цилиндр двойного действия, а вертикальное перемещение и захватывающее действие ——односторонние цилиндры с 'использованием возвратной пружины. В конце хода установлены микропереключатели, сигнализирующие об окончании движения. Роботы《Мннн- трэн» оснащаются схватами клещевого типа, а также вакуумного или электромагнитного типов. В случае необходимости можно установить двойной схват и приспособления для изменения ориентации деталей при их передаче.
Один <нз модулей «Минитрэн» показан на рис. 50. Он имеет руку, поворачивающуюся на 90° по дуге радиуса 190,5 мм, схват которой имеет вертикальное перемещение.
Система программного управления робота «Минитрэн» выполнена в виде отдельного блока и состоит из ряда стандартных электронных модулей, в которых применены логические элементы на интегральных схемах. Программирование любой требуемой последовательности движений руки обеспечивается системой из четырех стандартных электронных модулей: блока питания, электродного блока, выходного блока и блока последовательности. Всего 16 блоков управления: восемь ——для выполнения цикла работ в определенной последовательности и восемь ——для сигнализации об окончании каждой операции цикла.
Наряду со стандартныМ'И блоками и модулями, необходимыми в любой системе управления «Минитрэн», в некоторых модификациях этой системы применяются следующие блоки: выходной модуль для приведения в действие электромагнитов, пере
ходник для использования одного модуля при управлении не-
часовой,часовой,сортировкисортировкиввРоботы SMT компактные, высокоточные, скоростные и могут ■использоваться при массовом производстве продукции; они применяются на загрузке и разгрузке деталей при штамповке на прессах, в автоматических линиях станков, на операциях
часовой,
часовой,
сортировки
сортировки
в
в
оптической, электрической, электроноптической, электрической, электронной, медицинской и приборной промышленностях.
оптической, электрической, электрон
оптической, электрической, электрон
На рис. 47 показаны роботы SMT-600B, SMT-700 и SMT-1000.
На рис. 48 показана подача роботом на пресс деталей электронных приборов in устройств. Детали из бункера поступают в желоб, пр.и этом они ориентируются нужной стороной вверх.
Робот SMT-700 захватывает деталь и подает на матрицу пресса. Если деталь окажется установленной неправильно, то опера
тору подается сигнал.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН
Робот «Минитрэн»
В Ноттингемском университете (Англия) отделом технологии -и управления производством разработан робот «Минитрэн», который выпускается английской фирмой «Хаукер Сидлей Дайнемикс».
Робот «Минитрэн» является уменьшенной моделью робота «Версатран》и предназначен для выполнения операций с мелкими изделиями. Роботы 《Мнннтрзн» могут использоваться при сборке часов, телевизионных камер и трубок, элементов электрооборудования и пр.
Система «Минитрэн» может включать 'Несколько манипуляторов (механических модулей), управляемых от электронной или струйной систем программного управления.
Модули «Мияитрэн» могут оперировать деталями массой до 120 г с максимальными размерами до 5 см; точность позиционирования 0,1 мм, средняя производ1ительность 1000——1500 деталей в час.
На рис. 49 показан манипулятор робота《Мнннтрзн», рука которого выполняет горизонтальное перемещение в пределах 101,6 мм и вертикальный подъем и опускание в пределах 50,8 мм.
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»
Привод движений руки осуществляется от пневматических цилиндров: горизонтальное перемещение обеспечивает цилиндр двойного действия, а вертикальное перемещение и захватывающее действие — односторонние цилиндры с использованием возвратной пружины. В конце хода установлены микропереключатели, сигнализирующие об окончании движения. Роботы «Минитрэн» оснащаются схватами клещевого типа, а также вакуумного или электромагнитного типов. В случае необходимости можно установить двойной схват и приспособления для изменения ориентации деталей при их передаче.
Один из модулей «Минитрэн» показан «а рис. 50. Он имеет руку, поворачивающуюся на 90° по дуге радиуса 190,5 мм, схват которой имеет вертикальное перемещение.
Система программного управления робота «Минитрэн» выполнена в виде отдельного блока и состоит из ряда стандартных электронных модулей, в которых применены логические элементы на интегральных схемах. Программирование любой требуемой последовательности движений руки обеспечивается системой из четырех стаадартных электронных модулей: блока питания, электродного блока, выходного блока и блока последовательности. Всего 16 блоков управления: восемь — для выполнения цикла работ в определенной последовательности и восемь —для сигнализации об окончании каждой операции цикла.
Наряду со стандартными блоками 玄 модулями, необходимыми в любой системе управления «Минитрэн», в некоторых модификациях этой системы применяются следующие блоки: выходной модуль для приведения в действие электромагнитов, переходник для использования одного модуля при управлении ：не-
Рис. 50. Робот «Минитрэн»
сколькими механизмами, модуль индикатора предельных положений, модуль фотообнаружения для индикации или контроля деталей, счетчик деталей и др.
Система управления робота «Минитрэн» достаточно надежна в работе, стоимость системы 4—4,5 тыс. долл.
Система экономически выгодна даже в тех случаях, когда замена выпускаемой продукции происходит меньше четырех раз в год, а количество выпускаемых изделий не превосходит 25000 шт.
Система «Минитрэ-н» была успешно использована для сборки простых узлов, для чего манипулятор с рукой, выполняющей захват и установку детали с поворотом на 45°, был установлен на перемещающейся платформе, которая двигалась по столу. Направления перемещений платформы и стола взаимно перпендикулярны, величина этих перемещений 25 см.
Рука со схватом берет детали .из ряда наклонных бункеров и устанавливает их в собираемый узел, который перемещается по столу.
Для снижения стоимости робота и достижения нужной точности 1позиционирования управление перемещением узла на столе и установкой детали разделено, а также применено пневмогидравлическое устройство, которое обеспечило [необходимую скорость перемещений и позиционирование с точностью 土0,5 мм.
С помощью системы «Минитрэн» собирали узел, состоящий из 26 деталей. Одна из них представляла собою плиту, а остальные 25 — цилиндрические стержни диаметром 5—25 мм, которые вставлены с одной стороны в отверстия плиты с допуском по
Рис. 51. Система «Минитрэн», используемая для сварки двух деталей
диаметру 0,01 мм. Для облегчения сборки на торцах стержней сняты фаски.
На установку всех 25 деталей в среднем требовалось 2 мин 55 с, а на одну деталь — 7 с, при этом позиционная система управления работала надежно.
Этот небольшой опыт показал, что «Минитрэн» может выполнять быстрее человека сборочные операции такого характера, как, например, установка радиоэлементов на печатные платы.
Робот можно использовать также для сварки мелких узлов
Робот《Мнннмзн Фостер Флюиде»
Разработанный в Англии робот «Мйнимэн» снабжен универсальной системой управления на струйных элементах, схват робота может совершать перемещения в шести направлениях, осуществлять поиск и перестановку деталей, а также управлять различным оборудованием.
Рабочим органом может быть зажимное приспособление, ва- куум'ная присоска или специальные инструменты типа пистолета для металлизации деталей.
Зажимное приспособление захватывает деталь, гидравлический цилиндр манипулятора обеспечивает ее перемещение вперед—назад, цневматический цилиндр поднимает и опускает деталь в вертикальной плоскости, а третий цилиндр, расположенный под опорной плитой, обеспечивает поворот детали на 90°.
Перемещение схвата контролируется струйными датчиками, расположенным.и через регулируемые интервалы вдоль всего хода поршня. С помощью струйного датчика обеспечивается поиск детали рукой с зажимным приспособлением.
Робот《Машемп»
Отделение «Индастриал Сейлз》 английской фирмы «Ма- шемп» выпускает манипулятор с программным управлением для технологических целей грузоподъемностью до 3 кг. Рука манипулятора (рис. 52, а) имеет следующие степени свободы: вра-
Рис. 52. Механическая рука фирмы《Матемп》： а — манипулятор； б — блок программного управления
щение вокруг вертикальной оси на 90°, качание вокруг горизонтальной оси на 45°, выдвижение захватного устройства на 305 мм, которое может поворачиваться вокруг продольной оси руки. Радиус действия руки можно изменять от 533 до 945 мм. Схват может оснащаться приспособлениями клещевого, вакуумного и электромагнитного типа. Максимальный габаритный размер переносимого манипулятором предмета ；не превышает 127 мм.
Для привода руки 《Машемп》используются пневматические циляндры, для работы которых необходим воздух под давлением 5,8—7,2 кгс/см2. Для каждой степени свободы манипулятора предусмотрены регулируемые упоры, которыми можно установить требуемые длину или угол перемещения механической руки. При приближении к упору срабатывает конечный выключатель, который посылает сигнал об окончании движения в блок программного управления манипулятора. Электронный блок программного управления (рис. 52, б) выполнен в отдельном корпусе. Последовательность перемещений руки определяется программным барабаном с регулируемыми упорами, а скорость перемещений обеспечивается регулируемыми реле времени, взаимодействующими с золотниками пневмосистемы.
Роботы скандинавских стран и ФРГ
Скандинавские страны, как и другие промышленно развитые страны, проявляют большой интерес к механизации производства с помощью промышленных роботов. После двухлетнего опыта использования роботов собственной разработки в условиях своих предприятий некоторые скандинавские компании начали продавать их на внешнем рынке.
Роботы США также применяются в промышленности скандинавских стран, главным образом, в Швеции, причем 1наиболее успешно используется робот «Юнимейт».
Сейчас в Скандинавии эксплуатируется четыре группы роботов.
В первую группу входят роботы типа 《Юннмейт》，《Версат- ран》，«Тралфа» и другие стоимостью больше 20 тыс. долл. Это наиболее сложные роботы, они легко программируются для выполнения движений и могут манипулировать деталями довольно большой массы.
Роботы второй группы менее сложные (стоимостью от 10 до 20 тыс. долл.), имеют обычно позиционную систему управления и манипулируют деталями меньшей массы. Представителем этой группы является робот фирмы《АВ Электролюкс».
Роботы третьей группы стоимостью 5—10 тыс. долл, имеют меньшую рабочую зону и ■относительно ограниченную программу. Они манипулируют деталями массой до 8 кг. К таким роботам относится, например, робот 《АВ》шведской фирмы «Инже- нерфирма Р. Кауфельдт Худ дин г».
К четвертой группе относятся устройства для выполнения операций типа «взять—положить» с ограниченными возможностями управления и низкой приспособляемостью. Стоимость этих роботов 5 тЫс. долл, и меньше.
Ниже приведены описания роботов второй и третьей групп. Шведской фермой «Электролюкс» создан манипулятор MHU, состоящий из четырех конструкционных узлов (блоков): стойки, узла поворота, узла отклонения н руки. Рука отклоняется от горизонтали на —40 1- 10° и перемещается в горизонтальной плоскости на 1100 мм, вертикальный ход руки 500 мм. Осуществляется также поворот руки в обе стороны на 360°. Рука движется со скоростью 300 мм/с и поворачивается со скоростью 90 град/с. С помощью жестких упоров м демпферных устройств можно при такой скорости позиционировать деталь массой 10 кг с точностью повторения ±0,5 мм; при меньшей скорости допустимая масса детали повышается до 15 кг. Блочиость конструкции дает возможность использовать каждый узел отдельно. При этом с помощью, например, стойки можно поднимать грузы массой до 100 .кг. Электропневматическая система работает от обычной электросети (220 В, 50 Гц, 1,0 кВ-А) и от системы сжатого воздуха давлением в 5—7 кгс/см2. Конструкция схвата определяется деталью, а также станком, для загрузки которого предназначен этот манипулятор. Масса ма1нипулятора робота «АВ》шведской фирмы «Инженерфирма Р. Кауфельдт Худдннг》480 кг, он состоит из основания, станины, колонны, руки, фланца схвата и схвата. Повороты и линейные перемещения руки осуществляются от пн ев м атического привода; их величина определяется механическими упорами. Система управления робота размещена в отдельном пульте; каждое из 30-ти)программ1ируемых движений робота может быть также осуществлено от ручного управления. Возможно некоторое количество независимых циклических процессов или движений.
Рис. 53. Движение отдельных элементов робота《АВ》：
а — горизонтальное перемещение руки (на 750, 1000, 1200 мм); Ь — вертикальное перемещение руки (на 300 мм);仇一изменение рулевого положения руки (в диапазоне 150 мм)； с — поворот колонны (максимально на 270°); d — поворот схвата (иа 90 или 180°); е — параллельное перемещение колоииы относительно станины (±100 мм — только при наладке)； f — установочное перемещение плиты (±10 мм)
Робот устанавливается на полу перед обслунсиваемым станком, прячем требующиеся дополнительные устройства (транспортные желобки и т. п.) должны быть связаны с системой управления робота.
На рис. 53 показана рабочая зона робота, рука которого может перемещать детали массой до 5 кг с максимальной линейной скоростью 0,7 м/с л скоростью поворота колонны 90 град/с при точности повторения позиции ±0,15 мм.
Создан вариант конструкции робота с вертикальным ходом руки (до 150 мм). Заготовки зажимаются с усилием до 380 кгс (автоматическое фиксирование), возможно применение вакуумных или электромагнитных схватов.
Шведской фирмой 《Ретаб» разработана и выпускается числовая система управления RC-7000 для промышленных роботов; система семвканальная, позиционная (управление от точки к точке) обеспечивает возможность обучения робота в наладочном режиме. В комплект системы входят блоки памяти двух видов: на твердых схемах и кассетах магнитной ленты. Количество и в.ид поставляемых блоков памяти определяет заказчик. Блоки памяти на твердых схемах предназначены для хранения информации, которую в процессе эксплуатации робота бывает (Необходимо быстро заменить, не производя обучения робота в наладочном режиме. Стирание старой и ввод новой информации производится подключением к системе управления внешнего кассетного устройства с магнитной лентой.
Пульт системы оснащен аккумулятором, обеспечивающим хранение информации в блоках памяти на твердых схемах в течение 8 ч (в случае прерывания электропитания).
Система обеспечивает точность воспроизведения роботом записанной программы в пределах ±0,5 мм при перемещении его исполнительного органа на длину до 2 м.
Запись фиксированных положений исполнительных органов робота производится в блоках памяти системы в модифицирован- ном двоичном коде.
Система управления расстатана на стыковку с роботом, в конструкции которого установлены золотниковые гидр авличес- кие распределители фирмы《Муг》и датчики обратной связи контроля положения по приращению. Датчики обратной связи выпускаются фирмой《Ретаб».
Система RC-7000 и датчики обратной связи поставляются японской фирме «Токио Кейки» для комплектации промышленных роботов IRB-10 и IRC-30.
Внедрение роботов в скандииавсюих странах намечено проводить поэтапно в течение 70-х годов. Первый этап называется 《уровнем кругового применения» и означает организацию участков с роботами, манипулирующими изделиями при существующем оборудовании. Этот этап уже начался во многих основных отраслях промышленности я осуществляется путем использования роботов 1, 2 и 3-й групп. На этом этапе стоит важная задача создания большого количества питателей, магазинов и т. д. для ориентации и накопления деталей.
Следующий этап называют «уровнем линейного применения». На этом этапе ряд «круговых применений» роботов связывается воедино посредством других роботов. К 1975 г. предполагалось применить 2000 роботов, 70% которых намечалось использовать в Швеции и 30% ——в Дании, Норвегии и Финляндии.
Третий этап представляет наибольший интерес и называется 《уровнем применения для процесса». На этом уровне объединяется ряд «линейных применений» роботов в один общий автоматизированный процесс производства; ожидается, что когда будет достигнут этот уровень (возможно, в конце 70-х годов), применение роботов умножится во много раз и все манипуляции с материалами будут совершаться без применения человеческих рук. На этом этапе еще не удастся преодолеть ограииченности технических возможностей роботов первого поколения, так как они будут все еще брать изделие из фиюсировэнной позиции, не смогут обойти неожиданно возникающего препятствия на их пути, а также контролировать качество продукции или адаптироваться к непредвиденному смещению изделия. Тем не менее на третьем этапе будет сделан большой шаг в использовании механизированного оборудования в процессах руяйого^груда. Число применяемых роботов на этом этапе, по оиенкйм скандинавских зко
Рис. 54. Робот «Трансфер аутомат»
пертов, будет составлять 10— 20 тыс., а может быть, дойдет и до 40 тыс.
В ФРГ роботы еще не вступили в стадию широкого применения; покупают роботы пока только крупные фирмы, а мелкие выжидают накопления опыта их использования.
До 1972 г. в ФРГ использовалось 50 роботов. К этому времени только одна фирма занималась разработкой и производством роботов.
На чикагском симпозиуме по роботам 1972 г. в докладе об опыте применения промышленных роботов в ФРГ отмечалось, что несмотря на повышенный интерес к роботам, многие фирмы все еще считают их малоэкономичными, так как роботы дороги, а сроки :их окупаемости велики из-за односменной работы в большинстве отраслей промышленнсх:ти.
В ФРГ преимущественно используются пять типов роботов: 《Юниме访т》，«Версатран»,《Сммплтрзн》，«Тралфа» и «Трансфер аутомат».
Крупные автомобильные фирмы купили 30 роботов «Юни- мейт». Фирма «Мерседес Венц》приобрела два робота《Юни- мейт» и после успешного их испытания купила еще двенадцать для автоматической сварки левой и правой частей кузова автомобиля. Капиталовложения при этом не превысили обычных.
При смене модели выпускаемого автомобиля изменить техпроцесс гораздо легче в случае сварки с помощью робота, чем без него. Время окупаемости робота в фирме «Мерседес Бенц» не превышает одного года. Фирма считает робот надежным и эффективным.
Немецкая фирма «VFW-Фоккер» с 1971 г. выпускает роботы 《Версатран» .и «Версатран HV》. Один из роботов «Версатран» куплен радиокомпанией для подачи тел-евизионных трубок при сборке телевизоров. Другой робот используется в производстве обойм для роликовых подшипников. Стоимость купленного《Вер- сатрана》21 тыс. долл.
Для окраски ,и нанесения покрытий применяется робот «Трал- фа» стоимостью 23 тыс. долл. С января 1972 г. в промышленности ФРГ применяется японский робот《Аида» с одной, двумя и тремя руками—наиболее дешевый робот из всех продаваемых в настоящее время (8400 долл). Этот робот в основном применяется для работы на прессах, использоваиие его ограничивается малым количеством программируемых перемещений руки.
Фирма «VFW-Фоккер» с 1966 г. выпускает《Трансфер ауто- мат» (см. рис. 54), представляющий собою модификацию автомата WFW-Фоккер». Этот робот работает на сжатом воздухе и имеет фиксированные упоры. В новой модели робота привод от сжатого воздуха заменен электроприводом.
В производстве роботов в ФРГ 1наметилась тенденция повышения универсальности роботов и способности их самостоятельно менять положение, а также «узнавать» требуемую деталь и брать ее, если даже она специально .не ориентирована. Специалисты ФРГ считают, что усовершенствование роботов будет идти по линии расширения диапазона действий и увеличения объема памяти.
Научно-исследовательские работы с целью усовершенствования конструкции роботов и технологии их использования проводятся в ФРГ (как и в США) на университетском уровне. Ведется разработка инструкций по эксплуатации роботов, в которых указываются объем и размеры пространства, необходимого для робота; перечисляются машины, которые он может обслуживать; указывается тип робота, наилучшим образом соответствующий данному виду работ; количество степеней свободы, требующееся для выполнения той или иной операции, и т. п.
Глава IV
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТОВ
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ
Область применения промышленных роботов непрерывно расширяется, их функции усложняются, поэтому конструктивные схемы манипуляторов роботов отличаются большим разнообразием, при этом используются различные системы координат перемещения руки и разное число степеней свободы рабочего органа.
Рука робота, обладающая семью степенями свободы, в со* четании с движением схвата становится механизмом, способным во многих случаях выполнять функции руки человека. Схема такого механизма приведена на рис. 55. Вращение руки в шарнирах /, 2, 3 используется для переноса предмета в заданную точку обе л ужи в а емо й рабочей зо^ны; а вращение в шарнирах 4. 5, 6 ——для ориентировамя предмета в заданной точке. С помощью схвата 7 механическая рука удерживает предмет. Шарниры 1—6 соединены стержнями. Манипуляторы роботов с шестью степенями свободы показаны на рис. 22 и 42.
Менее шеста степеней свободы достаточно при наличии симметрии детали. Например, при захвате предмета, являющегося телом вращения, шарнир схвата 7 (см. рис. 55), ось которого параллельна оси или совпадает с осью предмета, становится лишним. В -настоящее время выпускается большое количество моделей роботов, манипуляторы которых обладают пятью (не считая движения схвата) степенями свободы.
В ряде случаев создаются манипуляторы с большим числом степеней свободы. Установлено, что нередко выгодней иметь в конструкции одну или несколько дополнительных степеней свободы, чем создавать большое количество специальных подающих и ориентирующих устройств, а также передвигать и заново устанавливать производственное оборудование. Дополнительные степени свободы целесообразно предусматривать 宓 в тех случаях, когда в процессе работы руке манипулятора приходится обходить препятствия и когда для ввода детали в рабочую зону технологического оборудования требуется прямолинейное движение. Поэтому для придания большей универсальности, гибкости, обеспечения возможности работать в труднодоступных местах создаются манипуляторы роботов с шестью, семью, восьмью и более
Рис. 55. Схема механизма с семью степенями свободы: 人 2, 3, 4. 5、6 — шарниры; 7 — схват
степенями свободы. Примером манипулятора робота с шестью степенями свободы, из которых пять используется для движений переноса детали, может служить манипулятор робота RA (см. рис. 37) японской фирмы 《Мицубиси». Робот базовой модели 5030 фирмы «Кавасаки» имеет восемь степеней свободы, пять из которых используются для движений переноса деталей. Дополнительная степень свободы появляется при установке на колеса модификации робота, базовая модель которого уст.
В этом случае робот может перемещаться по направляющим, укрепленным на полу либо на кран-балке.
При выполнении ряда простейших операций типа 《взять—— положить», особенно когда робот работает с симметричными деталями, конструкции с большим числом степеней свободы оказываются избыточно универсальными и слишком сложными. В таких случаях более раицонально применение роботов, в которых применена упрощенная система управления и уменьшено число степеней свободы руки манипулятора. В шервую очередь это касается движений ориентации деталей в пространстве. Для ориентации деталей используют только одну степень свободы. Анализ подобных технологических операций показал, что чаще всего необходим поворот деталей вокруг продольной оси руки. Для обслуживания таких операций пригодны отечественный робот 《ПР-io》и ряд зарубежных конструкций. К ним относятся модели《Аида», «Синко», а также cCPR-Ю» фирмы «Корона Электронике», «Синхротранс» фирмы «Кейайся», 《Уоркмейт» фирмы «Морита Машинэри Уоркс», «Манифик II» фирмы «Ниппон годж» и др.
Иногда для обслуживания операций, связанных с перестановкой деталей, их ориентации вообще не требуется. В таких случаях применяют манипуляторы роботов, имеющие три степени свободы, используемые только для транспортировки деталей. Таким является робот 《Машинмэн» японской фирмы 《Хирата» и др. Количество степеней свободы может быть уменьшено и за счет степеней, применяемых для переноса деталей. Напрлмер, для
Рис. 56. Схема манипулятора робота с четырьмя степенями свободы: / — схват; 2 — кисть； 3 — рука; 4 — стол поворотный
переноса деталей с одного транспортера на другой (перемещения деталей только в одной плоскости) достаточно двух степеней свободы.
При разработке конструкций роботов большое внимание уделяется выбору системы координат, в которой должно осуществляться перемещение руки. В конструкциях манипуляторов роботов отечественного и зарубежного производств используются прямоугольная, цилиндрическая и сферическая системы координат. Манипуляторы, работающие в прямоугольной системе координат, чаще всего представляют собою устройства, установленные в каретке, которая подвешена на направляющих под или над обслуживаемым обо
рудованием. Рука такого манипулятора может опускаться вниз, перемещаться относительно каретки в поперечном направлении и вместе с кареткой ——вдоль направляющих. Так выполнен робот «Злектрохенд》японской фирмы «Фуджи электрик»,《Уорк- мейт АСТ-1» также японской фирмы 《Морита》.
На рис. 56 показана схема манипулятора с четырьмя степенями свободы, у которого рука 3 с кистью 2 имеет три степени свободы, перемещаясь в подвижной системе прямоугольных координат, связанной с поворотным столом 4. Четвертая степень свободы реализуется при повороте стола вокруг вертикальной оси. Пятым независимым движением является движение схвата. При осуществлении любых перемещений при остановленном поворотном столе 4 деталь, удерживаемая схватом /, не меняет своей ориентации в пространстве. Ориентация детали в горизонтальной плоскости меняется при повороте стола 4. Конструкция обеспечивает прямолинейное движение детали при установке ее в оборудование. Это качество становится особенно ценным при выполнении ряда операций, таких, например, как установка детали в патрон токарного станка и т. п.
В этом случае при перемещении детали по какой-либо иной траектории (например, по дуге окружности) требуется повышен-
ная точность выполнения движения, либо применение специальных схватов, обеспечивающих некоторую свободу удержания детали по одной или двум координатам.
При осуществлении движения руки .робота в цилиндрической системе координат ориентация детали в горизонтальной плоскости также изменяется, вследствие чего при необходимости восстановления первоначального положения детали оно корректируется поворотом кисти вокруг вертикальной оси.
Способность руки манипулятора двигаться в цилиндрической системе координат можно использовать при обслуживании большого количества технологических процессов. Наличие двух прямолинейных перемещений облегчает разработку планировок рабочих мест оборудования с роботом, оценку того :и иного конкретного применения, расчет времени рабочего цикла и т. д. В конструкциях этих манипуляторов для -ориентации деталей в пространстве «обычно предусматривается не более двух степеней свободы.
В цилиндрической системе координат работают роботы УМ-1, УПК-1, ПР-10, а также《Версатран》，«Аида»,《Синко», «Юни- мэн 1000», «Машинмэн», 《Консларм», «Синхротранс»,《Хн Мейт》，«Уоркмейт ZA-25》，《Нзкмзт》，«Трансфер аутомат Е》и многие другие.
На рис. 57 приведена схема манипулятора робота УМ-1. Рука 4 с кистью 5 и схватом 6 перемещается в горизонтальном ih вертикальном направлениях, а также поворачивается вместе с колонной 7. Деталь в пространстве ориентируется при повороте кисти вокруг двух осей: продольной оси руки и оси, перпендикулярной последней. ~
В подобных схемах роботов, как уже указывалось, последовательные положения (траектория движения) при переносе деталей программируются, а движения ориентации деталей и движение схвата осуществляются от упора до упора.
В конструкциях манипуляторов роботов, работающих в цилиндрической системе координат (УМ-1, «Версатран»), вертикальное перемещение руки часто осуществляется вместе с несущей ее кареткой при движении последней вдоль колонны, причем колонна имеет опоры вверху и внизу. Обычно так конструктивно выполняются манипуляторы, ^имеющие большой вертикальный ход руки. В манипуляторах упрощенной конструкции •с небольшим вертикальным ходом рука устанавливается консольно на верхней части вертикального вала, вместе с которым она поворачивается и перемещается вверх и вниз. Такую схему имеют манипуляторы роботов ПР-10,《Аида»,《Синхротранс》，《Хи Мейт》，《Синко》и др.
На рис. 58 показан робот ПР-10, работающий в цилиндрической системе координат. Все движения руки манипулятора осуществляются до жестких упоров. Для ориентации детали в про-
Рис. 57. Кинематическая схема манипулятора робота УМ-1:
/ — гидроцнлнндры поворота колонны; 2, 3 — гидроцнлнндры поворота кисти; 4 — рука； 5 — кисть; 6 — схват; 7 — колонна
Рнс. 58. Робот ПР-10
странстве используется только одно движение — поворот кисти вокруг продольной оси руки. .
Недостатком манипуляторов, работающих в цилиндрической системе координат, является затрудненность обслуживания при обработке деталей, расположенных ；на небольшой высоте (уменьшена рабочая зона робота). Однако есть способы устранения этого недостатка. Один из них осуществлен в конструкции робота 126
схема манипулятора робота 《Хнбот》：схема манипулятора робота 《Хнбот》：/, 2, 3 — направления движений переноса; 4» 5, 6 — направления движений ориентации; 7 — движение схвата/, 2, 3 — направления движений переноса; 4» 5, 6 — направления движений ориентации; 7 — движение схвата
схема манипулятора робота 《Хнбот》：
схема манипулятора робота 《Хнбот》：
/, 2, 3 — направления движений переноса; 4» 5, 6 — направления движений ориентации; 7 — движение схвата
/, 2, 3 — направления движений переноса; 4» 5, 6 — направления движений ориентации; 7 — движение схвата
《Хибот». Схема манипулятора этого робота приведена на рис. 59.
Три движения (по стрелкам /, 2, 3) используются для переноса детали; кисть может совершать три движения ориентации (по стрелкам 4, 5, 6), стрелкой 7 обозначено движение схвата. Однако оси поворота кисти, перпендикулярные оси руки, вынесены из кисти далеко к вертикальной оси поворота руки робота, поэтому при повороте кисти по стрелке 4 схват опускается вниз на значительное расстояние, что увеличивает объем рабочей зоны робота. Этому же способствует
возможность поворота кисти вокруг отнесенной к вертикальной колонне оси по стрелке 5.
На рис. 60 приведена схема манипулятора робота, работаю
щего в цилиндрической системе координат, связанной с подвижной плитой. Последняя осуществляет переносные движения в прямоугольной системе координат в горизонтальной плоскости вдоль
оси руки и в перпендикулярном направлении (по такой схеме выполнен манипулятор робота RA). Введение двух дополнительных прямолинейных перемещений дает ряд преимуществ. Такой манипулятор может обслуж-ивать несколько единиц технологического оборудования, установленных вокруг него. При этом детали вводятся в захватные устройства оборудования (патроны, зажимы и т. п.) по прямолинейной траектории. Продольное перемещение складывается из движений руки вдоль своей оси и движения в том же направлении подвижной плиты основ алия. Это дало
возможность при увеличенном ходе руки сохранить большую грузоподъемность. Для получения такого же хода вследствие только продольного перемещения руки дляна последней увеличивается, расстояние между грузом и вертикальной осью ^поворота возрастает, вследствие чего увеличивается момент инерции и уменьшается грузоподъемность робота.
До сих пор рассматривались манипуляторы, в которых рука (обычно трубчатого сечения) выполнялась как единое целое в виде стержня без шарниров. Однако в прямоугольной системе координат могут работать и так называемые рычажные манипуляторы, рука которых выполняется из нескольких соединенных шарнирно стержней. На рис. 61 приведена схема одного из таких манипуляторов. Рука состоит из соединенных шарнир|Но рычагов
Рис. 60. Схема манипулятора робота, работающего в подвижной цилиндрической системе координат
Рис. 61. Схема рычажного манипулятора робота, работающего в цилиндрической системе координат:
/, 2 — рычаг； 3 — кнсть; 4 ——схват; 5 — кронштейн вертикального вала
/(и 2. Последний несет кисть 3 с механизмом схвата 4. Рычаг / укреплен .на кронштейне 5 вертикального вала, вместе с которым рука поднимается и поворачивается вокруг вертикальной оси. При равной длине рычагов / и 2 и таком передаточном механизме, который обеспечивает постоянно вертикальное положение биссектрисы угла между рычагами, кисть при раскрытии или складывании рычагов / и 2 перемещается прямолинейно в горизонтальном направлении. Передаточным здесь может быть цепной или рычажный механизм.
В такой конструкции уменьшаются неиспользуемые зоны сзади манипулятора робота, поэтому о：н может быть установлен
вплотную к стене .или оборудованию. По приведенной схеме выполнена конструкция манипулятора робота IRB-10.
Известно большое количество моделей манипуляторов, рука которых перемещается в сферической -системе координат. Эти манипуляторы, как правило, более громоздки, управляются более сложной системой управления, .но обслуживают большую рабочую зону.
Наиболее распространенным манипулятором, выполненным по такой схеме, является манипулятор робота «Юнимейт». На рис. 62 приведена схема манипулятора робота, рука которого передвигается в сферической системе координат. Рука 2, выполненная из двух элементов трубчатого сечения, несет кисть 3 со схватом. Рука может перемещаться вдоль продольной оси в (направляющих башни 1. Последняя может поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При этих поворотах деталь, удерживаемая схватом, изменяет ориентацию в пространстве. Заданное положение детали сохраняется вследствие поворота кисти в вертикальной плоскости. В конструкции также лредуемот- рена возможность поворота кисти вокруг своей продольной оси, т. е. для ориентации детали в пространстве предусмотрено две степени свободы.
Рис. 62. Схема манипулятора робота, работающего в сферической системе координат:
/ — башня； 2 — рука; 3 — кисть
Рис. 63. Манипулятор робота, работающего в сферической, цилиндрической и прямоугольной системах координат:
；колонна; 2 — башня; 3 — рука; 4 — кисть
При выполнении сравнительно простых операций, когда деталь в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось руки, надо переместить только в два положения, кисть можно поворачивать от упора до упора. При обслуживании более сложных процессов, в ко
торых деталь должна занимать несколько положений в вертикальной плоскости, остановка кисти в нужном месте программируется/
В некоторых конструкциях' манипуляторов роботов, работающих в сферической системе координат, предусмотрена дополнительная степень свободы, используемая для ориентации в пространстве детали или инструмента, закрепленного на кисти вместо механизма схвата.
У манипулятора робота《Юнп- мейт» есть движение поворота кисти вокруг вертикальной осн： У манипуляторов японских роботов фирм
《Тосиба》и «Кавасаки» (модель2600) имеется движение поворота кисти вокруг продольной оси《Тосиба》и «Кавасаки» (модель2600) имеется движение поворота кисти вокруг продольной осируки.
《Тосиба》и «Кавасаки» (модель
2600) имеется движение поворота кисти вокруг продольной оси
《Тосиба》и «Кавасаки» (модель
2600) имеется движение поворота кисти вокруг продольной оси
Для расширения технологических возможностей в конструкции манипулятора робота, работающего в сферических координатах, могут быть добавлены движения, которые «используются для транспортировки деталей й значительно расширяют зону обслуживания робота. На рис. 63 показан манипулятор робота, рука 3 которого передвигается в сферической системе координат, а также может осуществлять продольное перемещение и поворот вместе с башней 2 вокруг горизонтальной ,и вертикальной осей. Колонна / вместе с башней может подниматься вверх -и перемещаться в поперечном направлении. При установке манипулятора на рельсы колонна с ним может перемещаться в продольном направлен и.и. Учитывая, что кисть 4 может вращаться вокруг трех осей, манипулятор, установленный яа рельсы, лмеет девять степеней свободы, не считая движения схвата. Рука манипулятора может передвигаться в любой из трех систем координат: прямоугольной, цилиндрической, сферической. По такой схеме выпол- 130
Рис. 64. Манипулятор с поворотными движениями звеньев:
/ — кнсть; 2, 3, 4 — шарнир; 5 — стол поворотный
нен манипулятор робота 5030 фирмы 《Кавасаки》.
Известны конструкции манипуляторов роботов, в которых предусмотрены только поворотные движения подвижных элементов и отсутствуют движения прямолинейные. У манипулятора, показанного на рис. 64, рука может поворачиваться в шарнире 4, закрепленном на поворотном столе 5, а также в шарнире 3, кроме этого рука может
поворачиваться вокруг вертикальной оси вместе со столом 5. Ориентация детали в пространстве осуществляется при повороте кисти 1 вокруг горизонтального шарнира 2. По такой схеме выполнен манипулятор робота СР-1 японской фирмы《Корона Дэнси».
На рис. 65 приведена схема еще одного манипулятора с одним шарнирным соединением элементов руки. Один из рычагов (короткий) установлен в почти вертикальном положении, а второй (длинный)—в почти горизонтальном. При повороте верти
кального рычага вокруг нижнего шарнира происходит продольное перемещение кисти руки, а при повороте горизонтального ры
чага относительно вертикального — подъем и опускание кисти. Следует отметить, что манипулятор, выполненный по такой схеме, 1имеет большую зону обслуживания, что является его преимуществом*. Роботы с такими манипуляторами, как правило, применяются на тех операциях, где не предъявляется больших требований к точности отработки движений робота: при окраске, нанесении всякого рода защитных покрытий(и т. п. Одним из та
ких роботов является робот 《Тралфа》.
На рис. 66 приведены схемы еще двух манипуляторов с шарнирным соединением звеньев руки, которые выполнены по близким схемам. Оба манипулятора имеют пять степеней свободы, первое звено руки шарнирно крепится в верхней части вертикальной колонны,
Рис. 65. Схема рычажного манипулятора
которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси вместе с рукой.
Манипулятор робота «Сандстрэнд» (рис. 66, а) имеет электрический привод всех движений; компоновка его такова, что он занимает .небольшую площадь пола. На роботе может быть установлена кисть с двумя схватами; при повороте кисти на 180° вокруг продольной оси один схват оказывается точно на месте другого. Такое устройство имеет ряд преимуществ при обслуживании некоторых технологических операций, когда нужно, например, снять готовую деталь и iHa ее место тут же установить заготовку.
В некоторых случаях в конструкциях руки и кисти манипулятора предусматривают по несколько шарнирных сочленений, что придает роботу большую гибкость и универсальность. .На рис. 67 приведена схема манипулятора робота, имеющего семь степеней свободы. Рука 3 этого робота может поворачиваться в. шарнире в вертикальной плоскости относительно колонны / и вокруг вертикальной оси вместе с колонной. Кроме этого, рука может сгибаться в шарнире 2, а кисть 5 — поворачиваться вокруг вертикальной оси и сгибаться в шарнирах 4, 6 в 7. Восьмым является движение схвата 8. Рука этого манипулятора отличается большой гибкостью, может обслуживать труднодоступные места, брать детали с пола и работать в (непосредственной близости от основания манипулятора робота. Робот занимает небольшую площадь и обслуживает большую' рабочую зону. ,
Схемы двух манипуляторов с большим числом степеней свободы приведены.на рис. 68. В обеих конструкциях предусмотрено прямолинейное движение некоторых элементов и используется унифицированная кисть 2, обеспечивающая четыре независимых движения: раскрытие и закрытие схвата, складывание в
Рис. 66. Схемы манипуляторов робота «Сандстрэнд» (а) и RKJ (6) 132
TtTTTtTT/TZ
Рис. 67. Схема манипулятора робота с семью степенями свободы: 7 — колонна; 2, 4, 6, 7 — шарнир; 3 — рука; 5 — кисть; 8 — схват
шарнире 3, повороты вокруг продольной оси нижней части головки схвата / и вокруг оси рычага 4. В конструкции манипулятора робота, показанного на рис. 68, а, унифицированная кисть укреплена шарнирно на рычаге 4, к которому подходят тяги 5 парал- лелограммного механизма, в свою очередь шарнирно закрепленного на каретке 6. При повороте тяг 5 осуществляется подъем и опускание кисти 2. Каретка 6 перемещается в горизонтальном направлении по направляющим 7, укрепленным на поворотном столе 8. Последний может поворачиваться вокруг вертикальной оси относительно рамы 9. Весь манипулятор имеет возможность передвигаться в горизонтальной плоскости на колесах /0. Манипулятор имеет небольшие размеры по высоте, однако он занимает достаточно большую площадь.
В конструкции манипулятора робота, показанного на рис. 68,6, унифицированная кисть 2 укреплена на руке 13, которая сгибается в шарнире 14 и перемещается вдоль оси х—х в телескопических направляющих. Рука имеет возможность подниматься и опускаться вдоль направляющих, укрепленных на колонне //. Последняя перемещается по колонне /2, увеличивая таким образом ход руки в вертикальном направлении. Колонна 12 поворачивается вокруг вертикальной оси на погоне 16 относительно рамы 15. Для установки в рабочее положение манипулятор передвигается на колесах /7 по полу, рельсам или монтируется на подвижной раме.
C5O=ZL_〃
Рис* 68. Схемы манипуляторов роботов с восьмью (а) и девятью (6) степенями свободы:
/, 4 丁 головка схвата; 2 — кисть унифицированная； 3, 14 — шарнир- 4 — рычаг (стер- 空ен*); 5 — тяги; 6 — каретка; 7 一 направляющая; 8 — стол поворотный- 9, /5 — рама;
/7 — колеса; 11, 12 — колонна; 13 — рука; 16 — погон
Нередко на рельсы устанавливаются манипуляторы модифицированных конструкций роботов, базовые модели которых устанавливаются неподвижно на полу. Движение по рельсам явля- ется еще одним рабочим движением. Чаще всего рельсы монтируются на полу. Однако при обслуживании некоторых технологических процессов, а также при недостатке свободных рабочих площадей рельсы могут быть смонтированы на балке, поднятой на некоторую высоту от пола. На таких рельсах может быть установлена либо модифицированная модель робота, манипулятор
Рис. 69. Схема подвесного манипулятора, установленного на подвижной раме:
/ — схват; 2 — винтовая передача; 3, /0, 〃 — цепная передача;彳，5, 9 — червячная передача; 6 — рельс; 7 — балка; 8 — каретка; /2 — рука; 13 — кисть; А, Б, В, Г, Д, £ — двигатели привода
которого иногда устанавливается в перевернутом виде, либо специально разработанный манипулятор.
На рис. 69 показана схема такого подвесного манипулятора, имеющего девять степеней свободы, что обеспечивает ему большую универсальность и маневренность. Площадь пола, занимаемого роботом, минимальна. Кисть 13 робота, несущая схват, может перемещаться вдоль вертикальной оси и вращаться вокруг нее. Рука 12 имеет три шарнирных сочленения (а, 6, в), в которых она
может -сгибаться, оставаясь в одной плоскости.
Рука имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении относительно каретки 8, которая в свою очередь может передвигаться в горизонтальной плоскости по балке 7, а балка —по рельсам 6.
Конструктивные схемы манипуляторов роботов не ограничиваются приведенными. Выше изложены схемы типичных манипуляторов роботов, получивших наибольшее распространение.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РОБОТОВ
Промышленные роботы в настоящее время поступают на производство и устанавливаются в цехах для обслуживания всевозможного технологического оборудования, которое создавалось с учетом того, что его будет обслуживать человек. В этой связи вызывает интерес сравнение скоростей перемещения деталей различной массы человеком и современным промышленным роботом (см. рис. 1).
Линейные скорости подвижных звеньев современных роботов—500—1000 мм/е; в некоторых новых конструкциях ——до 1200 мм/с.
Меньшие величины скоростей чаще относятся к вертикальным перемещениям. Величины скоростей угловых перемещений при применении гидравлического или пневматического привода 90— 180 град/с. Если привод осуществляется от обычного электродвигателя, скорость не превышает величины 50 град/с.
При применении электродвигателей с дисковым ротором, которые устанавливаются в конструкциях роботов небольшой грузоподъемности, скорость поворота может быть повышена до 100 град/с, например, у робота «Трансфер аутомат Е».
ГрузоподъемБость роботов колеблется в очень широких пределах —от 0,5—3 кг до 150 кг и более. Грузоподъемность может быть увеличена в 1,5——2 раза при снижении скоростей перемещения деталей. Наибольшее количество роботов выпускается малой грузоподъемности (до 5—10 кг) и средней—(40——50 кг). При обслуживании подавляющего большинства технологических процессов такой грузоподъемности оказывается достаточно, хотя в отдельных случаях приходится создавать роботы значительно большей грузоподъемности. Например, робот《Янбот 800》японской фирмы «Тайе», имеющий три степени свободы, поднимает детали массой 1000 кг.
Для выполнения большинства операций, .на которых применяются роботы, вполне достаточно точности отработки перемещений ±1,5, а иногда ±2 мм. Большая точность требуется при выполнении операций сборки, для которой роботы еще не нашли достаточно широкого применения. Современные роботы, выполняющие движения до жестких упоров, имеют точ<ность отработки от ±0,1 до ±0,5 мм. Однако роботы, имеющие такую точность остановки по программе, получаются очень дорогими. Следует учесть, что только от ,нагрева руки робота длиной 1,5 м на 10° С появляется ошибка порядка 0,15 мм. Кроме того, при увеличении точности отработки перемещений растет время цикла вследствие того, что приходится предусматривать более плавное торможение перед заданной точкой остановки. Поэтому недостаточную точность робота во многих случаях рационально компенсировать установкой различных ловителей, направляющих и вспомогательных устройств, а также введением в механизмы схватов упругих элементов, допускающих некоторое принудительное смещение удерживаемых деталей.
Нередко даже при обслуживании одного технологического процесса в одном(и том же цикле требуется различная точность остановки в различных точках. Например, в позициях установки и взятия деталей необходима относительно большая точность, а в промежуточных точках, особенно при обходе каких-либо препятствий, такой точности не требуется. Поэтому в наиболее совершенных роботах предусматривается возможность остановки
с различной точностью, которая может быть выбрана заранее по усмотрению оператора. Например, у робота «Ю|нимейт» предусмотрено три степени точности. При воспроизведении роботом программы с первой степенью точности рука останавливается в заданной позиции с точностью 土 1,27 по каждой координате. При воспроизведвни.и той же или любой другой программы со второй степенью точности остановки происходят с точностью ±3,8 мм,по каждой координате. При воспроизведении программы с третьей степенью точности величина ошибки может доходить до 20% величины рабочего хода. В одной и той же программе остановка в различных точках может отрабатываться с разной точностью. Необходимая точность остановки в каждой позиции задается в процессе внесения программы в память робота. Выбором рациональной точности остановки в каждой позиции удается сократить время цикла работы робота.
Одной ,из основных характеристик робота является способ его программирования. Допустимое время программирования зависит от характера применения робота. Если предполагается использовать робот продолжительное время на одной операции, то особых требований к системе программирования не предъявляется. Однако, когда часто возникает необходимость корректировки программы или составления -новой, простота программирования имеет большое значение.
Относительно много времени требуется иа программирование робота с позиционной системой управления, в которой в качестве элементов памяти применены потенциометры. В этом случае рука робота в каждую заданную позицию приводится от пульта ручного управления. Группа потенциометров каждой заданной ПОЗ1ИЦИ.И* (по одному)на каждую координату) регулируется таким образом, что сигналы от потенциометра цепи обратной связи и соответствующего задающего потенциометра выравниваются. Последовательность движений от упора до упора, а также команды на их включение и выключение задаются ла штекерной матрице или штекерном барабане.
В роботах с разомкнутой системой управления и движениями руки и кисти от упора до упора рабочая программа, последовательность движений, величина пауз, сигналы свяаи с системами управления внешнего технологического оборудования обычно набираются <на штекерной матрице. Такое программирование требует некоторых .навыков, так как при наладке робота и работе от ручного управления рука манипулятора движется с рабочими (большими) скоростями. Кроме этого, требует опыта быстрая и правильная установка подвижных упоров. При ^недостаточной опытности оператора программирование такого робота может занять много времени.
Удобным оказывается способ программирования пр-и нннесе- нии программы >на перфоленту. В этом случае рука робота проводится через заданные позиции от пульта ручного управления.
На каждой позиции с помощью измерительных устройств, предусмотренных в .самой конструкции робота, определяются координаты руки. Величины замеренных координат пробиваются в соответствующем коде на перфоленте, концы перфоленты склеиваются——и программа готова. При необходимости сохранить программу, записанную на перфоленте, она оставляется в накопителе программ.
Наиболее удобным способом составления программы является способ обучения робота, при котором программа легко корректируется ；и перезаписывается. Блок-схема робота с программным методом обучения приведена .на рис. 70.
Из блок-схемы нидно, что продольное перемещение руки 4 робота со схватом осуществляется под действием гидроцилин- дра 5. В процессе обучения робота с блока ручного управления сигнал поступает(на сервоусилитель & управляющий работой клапана 6; открывающего доступ жидкости в одну из полостей гидроцилиндр а 5.
В случае применения позиционной системы управления рука робота, приведенная в заданную точку, останавливается. На блоке ручного управления -нажимается кнопка записи 9 и координата заданной точки заносится в блок памяти 11. Так последовательно в блок памяти могут быть занесены координаты всех заданных точек останова руки.
При контурной системе управления в блок памяти в процессе обучения заносится траектория движения руки. При реализа-
Рис. 70. Блок-схема робота с программным методом обучения:
/ ——кодовый датчик; 2 — цепь обратной связи； 3 — кисть; 4 — рука; 5 — гидроцилиидр； 6 一 сервоклапан; 7 — гидронасос; 8 — сервоусилитель; 9 — кнопка записи; 10 一 блок сравнения; 〃 一 блок памяти
ции программы сигнал <на сервоусилитель 8 поступает от блока сравнения 10, в котором сигналы, поступающие из блока памяти, сравниваются с сигналами датчика / обратной связи, кинематически соединенного с движущейся рукой. Механизмы робота начинают действовать при наличии разности сравниваемых сигналов. Рука может многократно повторять движения по программе, хранящейся в блоке памяти 11. Новая программа заносится в блок памяти при сохранении старой программы или вместо нее. Таким образом, для использования одного робота iHa различных операциях достаточно изменить программу управления, т. е. вновь провести процесс обучения и, при необходимости, заменить схват.
Несмотря на очень простой и удобный способ программирования методом обучения, часто необходимо сохранять сложные программы. Для этой цели предусматриваются устройства, посредством которых программа из блока памяти робота переписывается на магнитную ленту, которая хранится в (накопителе программ. При необходимости программа с магнитной ленты вновь вводится в блок памяти.
Технические возможности системы управления робота характеризуются количеством команд,- которое может быть внесено в запоминающее устройство, и количеством точек остановки руки при движении по каждой координате. В простейших роботах с разомкнутой системой управления обычно предусматривается только две точки остановки при движении по каждой координате, а каждое движение ；из исходного положения и обратно может повториться в цикле до трех раз. Такие роботы имеют всего восемь точек остановки и за один рабочий цикл могут выполнить до 30 команд. Такого количества команд в цикле, и особенно точек остановки, хватает для выполнения самых простых операций, когда ：нуж.но деталь только взять из одной позиции и поставить в другую.
Для обслуживания технологических операций средней сложности оказывается достаточным выполнения в цикле 100—150 команд. Пр'имер!но iHa такое количество кома-нд и рассчитывают объем памяти роботов с позиционной системой управления. При более широком внедрении роботов .и появлении -новых областей их применения такого количества комаад оказывается (недостаточно, поэтому совершенные новые модели роботов имеют объем памяти в 1000 команд м более. Кроме этого, предусматривается возможность управления роботом от ЭВМ.
По мере развитая конструкций роботов и усложнения их функций 1начинает играть важную роль гибкость памяти. Если, например, робот имеет объем памяти 200 команд, то весь этот объем используется в редких случаях, в то время как для выполнения большинства операций требуется не более 30—40 команд. Кроме того, при частом чередовании повторяющихся операций цикла целесообразно сохранять записанные программы и вклю-
чать ту из них, которая необходима в данный момент. Гибкость памяти характеризуется тем, сколько программ и какого объема можно внести в память робота. Если |имеется гибкая память объ-， емом 200 комавд, то можно записать программу на 200 команд либо одновременно две программы по 100 команд, либо четыре программы по 50 команд и т. д. Такое свойство памяти робота, значительно облегчает его применение в мелкосерийном производстве. В наиболее совершенных конструкциях роботов в устройство памяти может быть введено любое количество программ с любым (в пределах объема памяти) количеством команд.
КОМПОНОВКА И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ РОБОТОВ
Основные узлы и агрегаты робота обычно монтируются на специальной раме, которая крепится к полу или устанавливается на колесах на рельсы. Пульт управления устанавливается на ту же раму или делается выносным. В ,кинструкциях с гидроприводом насосная гидростанция также гможет быть установлена либо на общей раме, либо вынесена. Нередко в одной модификации робота насосная станция устанавливается на раме, а в другой — ставится отдельно. Примером может служить робот <Ферсатран». Его модификации с вьшосной насосной станцией могут быть установлены на вертикальной стене, на балке в перевернутом виде и т. д. Насосная станция может быть также отнесена на некоторое расстояние от робота в место, более благо-; приятное для охлаждения рабочей жидкости.
В манипуляторах с пневматическим .приводом обычно энергетический блок отсутствует, так как используется воздух низкого давления из заводской сети. Одна из компоновок манипулятора робота приведена на рис. 71. Робот состоит из следующих основных узлов. В ни曲ней части сварной рамы 4, смонтированной на основании 5, размещен механизм поворота руки 3 вокруг вертикальной оси, а в верхней ——механизм подъема 2, на фланце которого установлена рука /, с приводами радиального перемещения руки, поворота кисти и приводом схвата.
Поворот руки производится с -помощью цепного механизма,, приводимого в действие двумя пневмоцилиндрами. Плавный подход руки к заданной точке при повороте обеспечивается гидродемпферами 6,〔в которые упираются концы тюков.
Точка останова руки может быть задана не только в двух крайних, но и в любом промежуточном положении с помощью устройства останова 7. Водило S, укрепленное ina хомуте, поворачивает вертикальную колонну робота.
Величина угла поворота руки 1 регулируется вращением рукояток 9, которые изменяют величину хода штоков пневмоци- линдров /0, определяющих угол поворота руки.
Рис. 7L Компоновка манипулятора робота с пневмоприводом：
/ —- рука； 2 — механизм подъема; 3 — механизм поворота руки; 4 — рама; 5 — основание； 6 — гндродемпфер; 7 — устройство останова; 8 — водило; 9 — рукоятка; 10 — пневмоцилиидр； 11 — колоина
Механизм подъема руки состоит из колонны //, нижняя часть которой выполнена в виде плунжера, перемещающегося в гидроцилиндре блока. Воздух к приводам руки поступает через коллектор и отверстия, просверленные вдоль колонны. Верхняя часть колоЯ'Ны опирается на бронзовые втулки, запрессованные во фланец. Ниже коллектора на шпоике укреплен хомут с роликами, ох1ватывающими водило механизма поворота. Штанга, закрепленная на фланце, удерживает от поворота коллектор.
Рука / монтируется на верхнем фланце. Конструкция руки включает цилиндр радиального перемещения с передним и задним демпферам,и. На конце штока поршня закреплена опора с валом, на котором установлена кисть с пневмоцилиндром и рычажным передаточным механизмом привода схвата. Конструкция этого привода предусматривает возможность применения сменных схватов различных назначений.
Вал, поворачивающий кисть, выполнен пустотелым со шлицами на наружной поверхности. Он входит в шлицевую втулку, запрессова(нную в пустотелый вал. На задаем конце этого вала насажена шестерня, входящая в зацепление с рейкой, которая упирается в поршни двух пневмоцилиндров. При перемещении поршней рейка поворачивает шестерню вместе с валами.
Вел.ита，на поворота регулируется упорами, ввинченными в крышки лневмоцилиндров *и ограничивающими ход поршней. Если в процессе работы не требуется поворачивать деталь, пневмо- цилиндры могут быть сняты, тогда рейка запирается крышками
。丿
Рис. 72. Манипулятор робота, работающего в цилиндрической системе
/ — цепь； 2, 24 — гидроцилиндр; 3 — тумба; 4 — стол поворотный; 5 — ролик； 6, 〃——вал выходной; 12 — колоина; /3 — каретка; 14 — рука; 15 — схват; 16 — кисть
22 — винт опорный； 23 — пята
пневмоцилиндров, которые при .их снятии устанавливаются непосредственно на корпус механизма поворота.
Вместо руки на фланец вертикального вала может быть установлен кронштейн, на котором крепятся две или три руки. Все руки управляются одним и тем же сигналом, поэтому выдвигаться или вдвигаться начинают одновременно. При изменении пневмоподводки одна рука может выдвигаться, а другая — вдвигаться, iho и при этом оба движения начинаются одновременно. Рабочий ход каждой руки может быть отрегулирован на разную величину.
координат (а — вид справа, 6—вид слева):координат (а — вид справа, 6—вид слева):28 — зубчатое колесо； 7. 26, 27 — рейка； 3 ——стойка; 9 — редуктор; 10 — плнта верхняя; руки； /7 — штанга; 18 ——вал; 19 ——вал вертикальный; 20 — основание; 21 — ролики; опорная; 25 — кроиштейи28 — зубчатое колесо； 7. 26, 27 — рейка； 3 ——стойка; 9 — редуктор; 10 — плнта верхняя; руки； /7 — штанга; 18 ——вал; 19 ——вал вертикальный; 20 — основание; 21 — ролики; опорная; 25 — кроиштейи
координат (а — вид справа, 6—вид слева):
координат (а — вид справа, 6—вид слева):
28 — зубчатое колесо； 7. 26, 27 — рейка； 3 ——стойка; 9 — редуктор; 10 — плнта верхняя; руки； /7 — штанга; 18 ——вал; 19 ——вал вертикальный; 20 — основание; 21 — ролики; опорная; 25 — кроиштейи
28 — зубчатое колесо； 7. 26, 27 — рейка； 3 ——стойка; 9 — редуктор; 10 — плнта верхняя; руки； /7 — штанга; 18 ——вал; 19 ——вал вертикальный; 20 — основание; 21 — ролики; опорная; 25 — кроиштейи
На рис. 72 приведена довольно типичная схема манипулятора робота, работающего в цилиндрической системе координат. Насосная гидростанция, не приведенная на схеме, может устанавливаться как на основании 20 манипулятора, так и отдельно. Пульт контурного или позиционного управления робота вынесен.
На основании 20 закреплены кронштейны с роликами 21 для транспортировки манипулятора. При установке последнего в рабочее положение винты 22 вывинчиваются до упора в гнезда опорных пят 23, зацементированных в пол и фиксирующих по-
ложение манипулятора на рабочем месте. В тумбе 3 в подшипниках помещен вал поворотного стола 4. На валу установлены две звездочки, которые охватываются цепями /. При подаче рабочей жидкости в полость одного из двух гидроцилиндров 2 шток его смещается, тянет за собой верхнюю и нижнюю цепи и поворачивает через звездочки стол 4. Для поворота стола 4 в противоположную сторону жидкость подается в другой гидроцилиндр 2. Поворотный стол посредством вертикальной колонны 12 и стойки 8 связан с верхней плитой 10, в результате чего образуется замкнутый несущий контур. Вдоль колонны 12 на подшипниках может перемещаться каретка /3, на которой закреплен кронштейн 25, шарнирно связанный с рейкой 26. Последняя входит в зацепление с зубчатым колесом 28, шарнирно установленным на штоке гидроцилиндра 24 вертикального перемещения руки. Колесо 28 в свою очередь зацепляется с рейкой 27, установленной неподвижно на стойке S.
При подаче жидкости в полость гидроцилиндра 24 шток перемещается, передвигая колесо 28, которое катится по неподвижной рейке 27 и перемещает рейку 26 вместе с кареткой 13.
В каретке 13 установлена рука 14. На руке укреплена рейка 7. Зубчатое колесо 6 установлено на валу в подшипниках в корпусе каретки 13. На хвостовике вала колеса имеются два ролика 5, которые охватывают вертикальный вал 19 прямоугольного сечения. Одну опору вал 19 имеет на поворотном столе 4, а второй конец соединяется с выходным валом 11 редуктора 9 продольного перемещения. На входе редуктора 9 установлен гидромотор. При вращении вала гидромотора вращается вертикальный вал 19 и через ролики 5 и колесо 6 перемещает рейку 7 вместе с рукой 14. В конструкции манипулятора предусмотрены передаточные механизмы для привода датчиков обратной связи при горизонтальном и вертикальном перемещении руки и повороте стола.
Поворот кисти 16 вокруг горизонтальной (совпадающей с продольной осью руки /4) и вертикальной осей осуществляется от горизонтального и вертикального гидроцилиндров, расположенных на противоположном от кисти конце руки 14 и закрытых кожухом. Вертикальный гидроцилиндр через реечную передачу поворачивает полый вал 18 внутри несущей трубы руки 14 и вместе с ним кисть 16. Шток горизонтально расположенного цилиндра передвигает штангу /7, расположенную внутри полого вала /8, которая через реечную передачу поворачивает вокруг вертикальной оси кисть J6. Повороты кисти ограничиваются передвижными упорами. Схват 15 приводится в действие через систему рычагов от гидроцилиндра, который установлен в верхней части кисти 16.
При установке манипулятора робота на рельсы на основании 20 дополнительно крепится гидромотор и редуктор. Выходное зубчатое колесо редуктора, обкатываясь по рейке, укрепленной на рельсе, передвигает весь манипулятор, закрытый кожухом.
Некоторые конструкции манипулятора снабжаются сигнальными лампами, выведенными на кожух колонны, которые загораются при включении робота в автоматический режим.
Робот, схема которого приведена на рис. 73, работает в сферической системе координат. Гидростанция таких роботов, как правило, монтируется на основании манипулятора, которым в данном случае является сварная рама 6. Пульт управления может монтироваться как на раме 6, так и устанавливаться отдельно.
Подъем, опускание и поворот руки робота 2 осуществляются поворотом башни 3 вокруг горизонтальной и вертикальной осей. Для ориентации детали и установки в заданной точке пространства используется поворот схвата / вокруг продольной оси руки и поворот (подъем и опускание) кисти вокруг горизонтальной оси. Шестым движением является рабочий ход схвата (смыкание или размыкание пальцев кисти).
Движение по пяти координатам осуществляется от электрогидравлического привода, а движения схвата ——от пневмопривода.
На раме 6 установлена опора вертикального вала, связанного шарнирно с башней 3. Последняя может качаться в вертикальной плоскости вокруг оси, которая закреплена неподвижно на вертикальном валу и поворачивается вместе с этим валом относительно его оси. В башне (в телескопических направляющих) перемещаются две штанги руки 2 трубчатого сечения. На конце штанг монтируется узел схвата /. На корпусе поворотной башни 3 устанавливаются гидроцилиндры и передаточные механиз-
Рис. 73. Компоновка робота, работающего в сферической системе координат: / — схват; 2 — рука; 3 — башня； 4, 5 — гидроцнлиндр； 6 — рама； 7 — гидроаккумулятор； 8 — шкаф электрооборудования; 9 — шкаф блоков управления
мы приводов продольного перемещения руки, наклона и поворота кисти, а также передаточные механизмы датчиков обратной связи вместе с датчиками и электрогидравлические преобразователи этих приводов. Гидроцилиндр 4 подъема и опускания башни установлен шарнирно на опоре вертикального вала. В корпусе этой опоры смонтированы гидроцилиндры 5 привода поворота башни. На раме 6 установлены электродвигатель с гидронасосом, гидроаккумулятор 7 и силовой шкаф электрооборудования 8 робота. На том же основании установлен шкаф блоков управления 9, В верхней части шкафа 9 имеется панель управления с измерительными приборами, кнопками и рукоятками переключений.
Все узлы, установленные на основании, закрываются облицовочными панелями из листа. Узлы, смонтированные на башне, защищаются легкосъемным разрезным кожухом, отштампованным из пластмассы.
Поворот вертикального вала, горизонтальное перемещение руки, подъем и опускание руки осуществляется гидроцилиндрами, привод схвата — пневмоцилиндром через систему рычагов. Питание пневмоцилиндра воздухом происходит от цеховой пневмосети. Такое устройство схвата дает возможность использовать робот в горячих цехах и позволяет кратковременно вводить руку в горячие зоны. Вместо механизма схвата может быть смонтирован специальный инструмент.
БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ РОБОТОВ И ИХ МОДИФИКАЦИИ
По мере накопления опыта создания и применения промышленных роботов открываются новые области их использования, а также уточняются предъявляемые к ним требования, выполнение которых делает внедрение промышленных роботов более рациональным и экономичным. Так, наряду с базовыми моделями роботов начали появляться их модификации двух типов. Модификации первого типа собираются из унифицированных узлов базовых моделей. Применяются они при обслуживании таких технологических процессов, где базовая модель оказывается излишне универсальной и не может быть использована в полной мере. Например, на операциях, не требующих использования всех движений, может быть поставлен робот, имеющий четыре или три степени свободы, который проще и дешевле базовой модели с пятью степенями свободы.
Модифицированные модели второго типа, помимо унифицированных узлов и агрегатов, содержат узлы, созданные только для этих моделей. Такие роботы могут иметь увеличенные рабочие ходы по какой-либо координате, чаще всего — увеличенный продольный ход руки. Некоторые модификации создаются для проведения специальных работ, где робот выполняет не вспо-
могательные, а основные производственные операции: нанесение покрытий, точечную электросварку и т. д. Создание модифицированных конструкций делает роботы более приспособленными к условиям работы, расширяет область их применения и дает возможность добиться большего экономического эффекта от их внедрения.
Примером модификации конструкции робота являются модификации робота УМ-1, одна из которых, как уже говорилось, предназначена для использования в цехах с повышенной запыленностью (робот УМ-1П), а другая — в цехах с горячим производством (робот УМ-П). Модификация робота ПР-10 с системой управления на струйно-мембранных пневмоэлементах предназначена для использования в цехах с повышенной взрыво- и пожароопасностью.
Аналогичные примеры можно привести из практики зарубежного роботостроения. Робот базовой модели MHU фирмы «Бош» (ФРГ) имеет четыре степени свободы, используемые для транспортировки деталей: повороты руки вокруг вертикальной и горизонтальной осей и продольное перемещение руки, а также подъем и опускание руки вместе с вертикальным валом. Робот собирается из унифицированных узлов продольного перемещения руки, поворотов руки и вертикального перемещения. Две модификации робота собираются из унифицированных узлов и имеют всего по две степени свободы (одна модель имеет продольное перемещение и поворот руки в вертикальной плоскости, а другая —— продольное и вертикальное перемещения руки).
Японская фирма《Мицубиси》продолжает разрабатывать целую серию модификаций робота базовой модели RA, которые отличаются и величинами рабочих ходов, и количеством степеней свободы, и системой управления.
Отличительные признаки и технические характеристики модифицированных моделей робота RA приведены в табл. 3.
Степени свободы манипулятора робота показаны на рис. 38, на котором буквами (см. табл.) обозначено перемещение： 6 — поворот вокруг вертикальной оси, х — продольное перемещение стола, у — поперечное перемещение стола,之一 вертикальное перемещение руки, а ——поворот кисти вокруг оси руки. Каждая конкретная модель робота может быть снабжена любой из пяти систем управления, иметь от одной до шести степеней свободы, иметь различные рабочие ходы по отдельным координатам. Все эти данные условно содержатся в обозначении модели. Если, например, модификация робота RA имеет обозначение MD 226226В, значит, система управления робота имеет память на магнитных дисках (буквенное обозначение MD взято из первого ряда табл. 3), величина продольного перемещения руки——850 мм; движение управляется сервоклапаном (первая цифра 2 взята из ряда R таблицы), угол поворота вокруг вертикальной оси ——250°, движение управляется сервоклапаном (вторая
Система управления
Параметр
Шифр
РР
PF
MD
ME
МТ
Тип
штекерная
по упорам
с памятью на магнитных дисках
с раздельным управлением
с памятью на магнитной ленте
R, мм
Обозначение
Величина хода
Управление
0 зафиксирована
2 850 сер в о
3 1050 серво
6 850 включено —— выключено
7 1050 включено — выключено
0, град
Обозначение
Величина хода
Управление
0 зафиксирована
2 250
сер в о
6 250/2 позиции включено — выключено
250/3
8 250/3 позиции включено —— выключено
х, мм
Обозначение Величина хода
Управление
0 отсутствует
6 500
включено —— выключено
7 800 включено —— выключено _
у, мм
Обозначение Величина хода
Управление
0 отсутствует
500 сер в о
3 800 серво
6
500 включено —— выключено
7 800 включено —— выключено
г, мм
Обозначение Величина хода
Управление
0 зафиксирована
2 590 серво
3 500 серво
6 500 включено выключено
7 800 включено —— выключено
п, град
Обозначение Величина хода Управление
0 отсутствует
6
90 включено — выключено
7
180 (2 позиции) включено —— выключено
8 189 (3 позиции) включено выключено
Гидростанция
Обозначение
Тип
А встроенная
В вынесенная
С
Таблица 3
Модификации базовой модели робота RA фирмы «Мицубиси»Модификации базовой модели робота RA фирмы «Мицубиси»
Модификации базовой модели робота RA фирмы «Мицубиси»
Модификации базовой модели робота RA фирмы «Мицубиси»
цнфра 2 взята нз ряха 6 таблншя-везнчнна ПРОАОЗЬНОГО пере— мегценнн стола ——600 м'движение нронсхохнт от упора до упо— ра (третья як^^^ 6 взята нз ряда х ^^^^КДЕ^ величина попе— речного перемегцення стола 500 мм” движение управляется се воклананом (четвертая цифра 2 взята нз ряда g J-too^s§o- величина вертикального неремегцення равна 600 мхвнженне управляется сервоклапаном (пятая цифра 2 взята нз ряда z та зньугоз поворота кнстн ——9двнженнеРОНСХОАНТ от упо— ра до упора (шестая цифра 6 взята нз ряда a Ta6JIHUbI)・ Последняя буква В в о6означенннмо,днфмкацнн указывает” что SZPOCTaHUHH робота устанавливается вне кон-струкинн манн， пулнтора*
Таким Образом》но табл, 3 вьзнраетсн МОАезьунанбозееОА— хоанЕан §м обслуживания нужного технологического процесса нзм нескольких технологических процессов- Японская фирма《хнтачн》вьтускает несколько МОАНФНКа— цнй базовой МОАезн робота》разработанных на основе CoSaule— ння с фирмой 《юннмейЕН》 (CI1IA) н -отзнчаюЕНХСЯ по груз。— о,щьемностн・
В табл* 4 указанмакснмазьнне инсза степеней свобоАЕН Apyse ханнне МОАНФНКацнй роботов》выпускаемых фирмой《ка— васакну
I £ У е а 2 n е
W Л & д д О Кй
|l I 步§
М м
Н- 2 ss 2 3 5 6
+7
I 9 5 6
О 2 ■ 4 0 8
Табтища 4 Техническая характеристика роботов фнрм£《Кавасаки ЯВЛЯЮЕНХСЯ моднфнкаинямн базовой модели
В Та63・ 5 приведены номера базовых моделей》а также мод.е・ лей” вьшускаемых но спецзаказу н находнЕНХСН в стаднн разра— боткн роботов фирмы 《кавасакн¥・ В таблицу не В0Ц13Н МОАН6Н— каинн роботов^peAHa3HaqeHHbIX Азн снеиназьннх работ (С6О— poqHble работы” нанесение нокрнтнй- упаковка》сортировка) • К номеру МОАезн такого робота Аобавзнетсн буквенное Обозначе— НН
нанрнмеМОАезь W 2000 средне 寸 грузонщгьемностн со стан— д.артнм блоком памятиреАназнаиена Азн точечной ззектро— сваркн・
Шифры базовых моделей роботов фирмы «Кавасаки» и их модификаций, выпускаемых по заказу (некоторые находятся в стадии разработки)
Грузоподъемность
Шифр робота с системой управления
стандартной позиционной
позиционной с увеличенным объемом памяти
универсальной
от миникомпьютера
Большая
4000
4030
4040
4070
Средняя
2000
2030
2040
2070
2600
2630
2640
2670
Малая
5000
5030
5040
5070
5100
5130
5140
5170
Каждая модель робота может быть оснащена одной из четырех систем управления. Первая система стандартная позиционная с объемом памяти в 180 команд. Команды могут быть разделены на шесть программ по 30 команд: каждая программа может быть воспроизведена и записана отдельно. Объем памяти может быть удвоен при установке второго блока памяти.
Вторая система управления, также позиционная, применяется для проведения сложных и высокоточных работ. Объем памяти в системе стандартного исполнения (512 команд) при необходимости легко увеличивается до 1024 и 2048. Команды легко делятся на любое количество программ с любым количеством команд в каждой программе.
Третья система управления универсальная (позиционно-контурная) с управлением по пути и по скорости, причем предусмотрена возможность записи нескольких программ. В режиме позиционного управления система имеет объем памяти 512 команд, который может быть увеличен при необходимости до 2048. В памяти может храниться одна программа, содержащая 512 команд, или одновременно две содержащие 256 команд, .или четыре программы по 128 команд, или восемь программ по 64 команды.
В четвертой системе управления применен миникомпьютер, от которого одновременно управляется несколько роботов и другое оборудование.
Третьей цифрой в шифре модели указывается, какая система управления использована для робота.
Первая цифра шифра указывает грузоподъемность, вторая — число степеней свободы. Роботы, в шифре которых второй цифрой стоит ноль, имеют пять (роботы большой и средней грузоподъемности) и восемь степеней свободы (при малой грузоподъемности).
Роботы, имеющие в шифре модели второй цифрой 6, имеют шесть степеней свободы (добавлено еще одно движение в ки- 150
сти). Роботы малой грузоподъемности, имеющие в шифре модели второй цифрой 1, установлены на рельсы.
Любая модель робота может быть дополнительно оборудована различными сенсорными датчиками для определения формы и расположения детали, ее габаритных размеров, присутствия или отсутствия, направления движения, цвета, массы, а также для измерения величин давления, крутящего момента, усилия, твердости, температуры и т. п.
Кроме того, дополнительно могут быть поставлены система автоматической смены схвата, различные типы схватов и рук, система перезаписи программы с вспомогательной памятью, которая используется в случае замены одного робота другим. В этом случае после установки нового робота старая программа с помощью системы перезаписи вносится в память нового робота.
Приведенные данные показывают, что прогрессивная идея создания широкой гаммы роботов с разными техническими характеристиками на основе одной или нескольких базовых моделей при условии преемственности конструкций, а также унификации деталей, узлов и систем находит все большее признание и распространение как в отечественной, так и в зарубежной практике роботостроения.
Глава V
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1. СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
Сравнительный анализ различных систем приводов показал, что наиболее полно отвечают требованиям эксплуатации роботов электрогидравлические и пневматические приводы. Небольшая масса гидроагрегатов на единицу мощности, жесткие статические и высокие динамические характеристики, сравнительно небольшие потери при передаче энергии на расстояние в значительной мере способствуют широкому применению электро- гидравлических приводов.
Основными элементами гидравлических систем являются насосные станции, исполнительные механизмы, усилители мощности, электромеханические управляющие устройства и усилители сигнала ошибки.
Известно три вида гидравлических исполнительных механизмов: дроссельного управления, объемного и струйного.
В исполнительных механизмах первого вида скорость двигателей определяется площадью поперечного сечения управляющего дросселя и перепадом давлений на нем; в механизмах объемного управления ——количеством рабочей жидкости, подаваемым насосом в единицу времени, а в механизмах третьего типа — отклонением струйной трубки и КПД преобразования кинетической энергии струи в механическую энергию движущегося поршня.
В качестве силовых двигателей исполнительных механизмов используются гидромоторы, осуществляющие непрерывное вращение выходного вала, моментные гидроцилиндры и силовые гидроцили-ндры, преобразующие энергию потока жидкости в поступательное перемещение выходного штока.
В следящих системах промышленных роботов используются преимущественно гидравлические исполнительные механизмы с дроссельным управлением, так как они обладают высоким быстродействием и малыми размерами.
Для уменьшения мощностей устройств, управляющих гидравлическими исполнительными механизмами, широко применяются гидравлические усилители мощности. Современные электрогидравлические следящие системы невозможны без использования гидроусилителей.
В качестве гидроусилителей используются различные элек- трогидравл'ические преобразователи: ПЭГ ПМ (ОКБ «Теплоав- томат》)； 12Г68 (ЭНИМС), а также преобразователи фирм «Даути» (Англия), «Токио Кзйкн》(Япония), «Муг» (США).
Усилие сигнала ошибки, а также преобразование его в целях улучшения динамических характеристик электрогидравличе- ских следящих систем осуществляется при помощи магнитных, электронных и полупроводниковых усилителей. Использование этих усилителей вызвано их высоким быстродействием, большим коэффициентом усиления, возможностью суммирования с сигналом обратной связи и введения корректирующих сигналов.
В качестве датчиков обратной связи, измеряющих и преобразующих выходную координату в электрический сигнал, используются потенциометры, сельсины (в трансформаторном режиме), вращающиеся трансформаторы, индуктивные и кодовые датчики, а также линейные индукционные потенциометры.
Измерение и преобразование скорости гидродвигателей осуществляется тахогенераторами и индуктивными датчиками.
Широкое применение электрогидравлических следящих систем в роботах объясняется их высокой точностью, быстродействием, возможностью использования всех преимуществ как электрических методов измерения, усиления и преобразования сигнала ошибки, так и силовых гидравлических исполнительных механизмов, развевающих большие усилия при малом объеме их рабочих органов. Электрогидравлические системы позволяют также использовать счетно-решающие устройства для управления и автоматизации производственных процессов. В частности, в роботе «Юннмейт» электрогидравлические ис- полнитёльные механизмы работают от сигналов, задаваемых в дв о и чно -цикли чном коде Грея.
Гидравлические системы роботов УМ-1,《Версатран》и《Юнн- мейт» с позиционной системой управления состоят из следующих пяти подсистем:
——поворота руки вокруг вертикальной оси;
——движения руки в вертикальной плоскости;
——радиального перемещения руки;
——вращения кисти вокруг продольной оси;
——вращения кисти вокруг оси, перпендикулярной оси руки.
В некоторых конструкциях роботов наряду с электрогидрав- лическими приводами имеются приводы электропневматические (например, привод схвата робота «Юнимейт»).
В качестве исполнительных механизмов в отечественном роботе ПР-10 и японском («Аида») используется электропневма- тический привод. Сжатый воздух через систему очистки поступает в манипулятор от заводской пневмосети. Сравнительно про-
стые кинематические и пневматические системы, отсутствие таких дорогостоящих агрегатов, как энергоблок, несложная, по сравнению с другими роботами, система программирования делают роботы ПР-10 и «Аида» надежными и недорогими. Однако применение пневмоприводов может оправдываться, в основном, в роботах малой грузоподъемности, так как увеличение мощности пневмоприводов ведет к непропорциональному увеличению габаритов и массы силовых исполнительных устройств. При повышении давления сжатого воздуха пневмосистема становится -опасной в эксплуатации и требует применения специальных мер по технике безопасности.
СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
На рис. 74 приведена гидравлическая схема робота УМ-1. Исполнительные механизмы робота имеют приводы от гидродвигателя и гидроцилиндров. Источником энергии, приводящим в действие эти механизмы, служит гидростанция, которая состоит из сдвоенного лопастного насоса 17 (5Г12-23А) производительностью 8/35 л/мин, развивающего давление до 63 кгс/см2.
Основной Злак
——Efe——EfeВерхний бмк gВерхний бмк g667878gg10公10公ж及ж及27277g7g2525'方'方龟Г龟Г2626e疗必e疗必2525I飞I飞121216 万16 万
——Efe
——Efe
Верхний бмк g
Верхний бмк g
6
6
7
8
7
8
g
g
10公
10公
ж及
ж及
27
27
7g
7g
25
25
'方
'方
龟Г
龟Г
26
26
e疗必
e疗必
25
25
I
飞
I
飞
12
12
16 万
16 万
Рис, 74. Гидросистема робота УМ-1:
/ — гидроцилиндры поворота и разворота кисти; 2 — дроссель; 3 — гидромотор продольного перемещения； 4 — гидроцилиндр вертикального перемещения; 5, 8 — гидрозамок; 6, 9 ——золотник следящий; 7 ——гидроцилиндр поворота； 10 26 ——ревеосивный золотник; // — аккумулятор; 12 — датчик манометра; 13 — термометр сопротивления; 14 — реле температурное； 15 ——бак; 16 ——заборный фильтр； /7 ——насос лопастной сдвоенного типа； 18 ——фильтр грубой очистки； /9 ——фильтр тонкой очистки; 20 ——обратный клапан; 21 — предохранительный клапан； 22 — электродвигатель; 23 — вентилятор； 24 — радиатор； 25 — клапан предохранительный; 27 — гидроцилиндр схвата
с электродвигателем 22 (А02-41-4) мощностью 5,5 кВт и частотой вращения 1500 об/мин. Гидростанция оборудована радиатором 24 (1590) и вентилятором 23, с помощью которых рабочая жидкость (масло индустриальное 20) охлаждается до температуры 45——50℃. Разность температур окружающей среды и масла гидросистемы не превышает 30°. Масло содержится в баке 15 емкостью 53 л, в крышке которого установлены температурное реле 14 (ТР100) и термометр сопротивления 13.
Температурное реле 14 выдает сигнал, разрешающий действие механизмов робота при достижении температуры масла +35°. Термометр сопротивления 13 позволяет визуально наблюдать за температурой масла. Аккумулятор //, смонтированный на внешней стенке бака, служит для уменьшения пульсации давления и для компенсации больших расходов масла.
Для предупреждения полной разрядки аккумулятора в линии всасывания имеется обратный клапан 20 (Г51-24). Жидкость, циркулирующая в гидросистеме, пропускается через фильтры 16, установленные перед насосом, фильтры 18 (0Д2Г41-14) грубой очистки и фильтр 19 (15ГФ17) тонкой очистки масла.
Часть оборудования, объединенная в основной блок, включает в себя клапан предохранительный 25 (ПГ52-14), золотник реверсивный 10 (54БПГ-73-24), золотник следящий 9 (12Г68- 12М), гидрозамок 8 и два гидроцилиндра поворота 7. Давление управления, как и рабочее давление масла в системе—50 кгс/см2.
С помощью предохранительного клапана 21 (ПГ52-12) регулируется давление в линии управления следящими золотниками 9 и 6, а с помощью предохранительного клапана 25 — давление в линии нагнетания. Контроль давления в обеих линиях осуществляется с помощью дистанционного манометра, датчики 12 которого на каждой линии выдают сигналы на один показывающий прибор 'на пульте управления.
Третий датчик 12 дистанционного манометра позволяет измерить давление перед фильтром 19 тонкой очистки (переключение показывающего прибора на каждый из трех датчиков производится с помощью специального переключателя на пульте управления). Падение давления на фильтре тонкой очистки не должно превышать 4 кгс/см2. В случае превышения этой величины заменяют сменный фильтроэлемент.
Золотник реверсивный 10 использован в качестве гидроэкрана. При обесточенном электромагните золотника 10 масло в силовой линии циркулирует по кольцу: бак 15 — обратный клапан 20 — фильтры 18 и 19 — предохранительный клапан 25 — радиатор 24 — бак /5. Золотник 10 обесточивается также при падении температуры масла до +35° и необходимости остановки робота.
При включенном золотнике 10 по кольцу циркулирует только часть масла, а остальная часть поступает в гидросистему.
Следящий золотник 9 с электроуправлением представляет собой электрогидравлический преобразователь (ЭГП), преобразу-
ющий электросигнал в соответствующий ему по величине и направлению поток масла, который, пройдя через гидрозамок 8, поступает в гидроцилиндры поворота 7 кисти. При падении давления до 15 кгс/см2 гидрозамок 8 перекрывает доступ масла в гидроцилиндры 7. Гидрооборудование, расположенное в верхней части манипулятора, объединено в верхний блок. Подача масла от неподвижного нижнего блока к перемещаемому верхнему блоку осуществляется через специальный коллектор.
Верхний блок включает в себя панель электрогидропривода и панель управления рукой робота. Панель электрогидропривода состоит из двух следящих золотников 6 с электроуправлением и двух гидрозамков 5.
Назначение оборудования, смонтированного на этой панели, аналогично назначению одноименных агрегатов в основном блоке. Расход масла гидросистемы в этом случае осуществляется через гидрозамки 5 в гидроцилиндр вертикального перемещения 4 и в гидромотор 3 (Г15-22) привода продольного перемещения.
Гидропанель руки робота состоит из трех дросселей 2 (Г17- 31) и трех реверсивных золотников 26 (54БПГ-73-11), управляющих гидроцилиндрами поворота и разворота / кисти и гидроцилиндром схвата 27.
Вывод в запрограммированную координату руки робота УМ-1 осуществляется электрогидравлическим следящим приводом, в состав которого входят усилительно-сравнивающее устройство заданной и действительной координаты, электромеханический преобразователь с гидроусилителем и исполнительный механизм (гидроцилиндры, гидромотор).
Тахогенератор (ТГ-103) и вращаюшийся трансформатор (ВТМ-1В) передают сигналы по обратной связи в усилительно- сравнивающее устройство. Вывод руки в заданную точку совершается всеми исполнительными механизмами одновременно в три ступени: на маршевой скорости (приводы работают в разомкнутом режиме), на ползучей скорости и в следящем режиме.
Рис. 75. Структурная схема следящего гидропривода：
"ус，К^мп，Jr，"вт — коэффициенты передачи усилителя, электромеханического преобразователя (ЭМП), тахогенератора н вращающегося трансформатора; F — рабочая площадь поршня исполнительного гидроцнлиндра; m ——масса, приведенная к штоку исполнительного гндроцнлнндра; f ——коэффициент вязкого трення; Kq九,KQp ——коэффициенты жесткости механической характернстнкн привода; V — объем масла, сжимаемого в исполнительном механизме； £ — модуль упругости жидкости； S — оператор Лапласа
Параметры привода определяются из условия устойчивости, точности выхода в заданную координату и качества переходного процесса, а режимы переключения ступеней выбраны таким образом, чтобы выход в координату проходил за минимальное время и перебег был исключен.
Тахогенератор использован как корректирующее устройство, необходимое для улучшения динамических свойств гидропривода.
Структурная схема описанного следящего гидропривода показана на рис. 75.
Передаточная функция разомкнутого привода с учетом сжимаемости жидкости
也(S)=也(S)=厶S2 + /N+I厶S2 + /N+I(19)(19)гдегдеКус 丄 м п Kq,勺"вт 二 Квт l + J,KycK3MnKQhKq~l^Кус 丄 м п Kq,勺"вт 二 Квт l + J,KycK3MnKQhKq~l^при 1《КусКзмиКа^КдКвт；при 1《КусКзмиКа^КдКвт；
也(S)=
也(S)=
厶S2 + /N+I
厶S2 + /N+I
(19)
(19)
где
где
Кус 丄 м п Kq,勺"вт 二 Квт l + J,KycK3MnKQhKq~l^
Кус 丄 м п Kq,勺"вт 二 Квт l + J,KycK3MnKQhKq~l^
при 1《КусКзмиКа^КдКвт；
при 1《КусКзмиКа^КдКвт；
Передаточная функция без учета сжимаемости жидкости 恥(s)= *F；(2。)
/Kq*
£ 2 = .
(严+ KQ/)J「Kyc%MnKQ№q
Передаточные функции (19) и (20) описывают динамические свойства электрогидравлического следящего привода.
По аналогичной с УМ-1 схеме выполнена и гидросистема робота《Версатран». Движения руке этого робота сообщают гидродвигатель и пять силовых гидроцилиндров. Гидравлический силовой блок производительностью 36,4 л/мин подает в систему рабочую жидкость под давлением 70 кгс/см2 через сервоклапаны к исполнительным устройствам. Три соленоидных запорных клапана закрываются и перекрывают поток масла в приводы. Гидродвигатель и гидроцилиндры могут быть включены при температуре рабочей жидкости не менее +55°; система автоматически выключается при нагреве масла до 80°.
Рис. 76. Принципиальная схема насосной станции робота «Юнимейт»:Рис. 76. Принципиальная схема насосной станции робота «Юнимейт»:/ ——электродвигатель； 2 ——гидронасос шестеренный; 3 — вентилятор центробежного типа; 4 —— клапан основной； 5 — фильтр грубой очистки; 6 —— реле давления； 7 —— манометр;8 — гидроаккумулятор; 9 —— обратный клапан; 10 —— клапан вспомогательный; 11 — клапан перепускной; 12 ——фильтр тонкой очистки; 13 — теплообмеиник; 14 ——бак/ ——электродвигатель； 2 ——гидронасос шестеренный; 3 — вентилятор центробежного типа; 4 —— клапан основной； 5 — фильтр грубой очистки; 6 —— реле давления； 7 —— манометр;8 — гидроаккумулятор; 9 —— обратный клапан; 10 —— клапан вспомогательный; 11 — клапан перепускной; 12 ——фильтр тонкой очистки; 13 — теплообмеиник; 14 ——бак
Рис. 76. Принципиальная схема насосной станции робота «Юнимейт»:
Рис. 76. Принципиальная схема насосной станции робота «Юнимейт»:
/ ——электродвигатель； 2 ——гидронасос шестеренный; 3 — вентилятор центробежного типа; 4 —— клапан основной； 5 — фильтр грубой очистки; 6 —— реле давления； 7 —— манометр;
8 — гидроаккумулятор; 9 —— обратный клапан; 10 —— клапан вспомогательный; 11 — клапан перепускной; 12 ——фильтр тонкой очистки; 13 — теплообмеиник; 14 ——бак
/ ——электродвигатель； 2 ——гидронасос шестеренный; 3 — вентилятор центробежного типа; 4 —— клапан основной； 5 — фильтр грубой очистки; 6 —— реле давления； 7 —— манометр;
8 — гидроаккумулятор; 9 —— обратный клапан; 10 —— клапан вспомогательный; 11 — клапан перепускной; 12 ——фильтр тонкой очистки; 13 — теплообмеиник; 14 ——бак
Робот оборудован световой сигнализацией, запрещающей приближаться к подвижным частям при включенной гидросистеме.
Энергия, необходимая для движения руки робота «Юнимейт» по пяти координатам, поступает от специальной насосной стан* ции, принципиальная гидравлическая схема которой показана на рис. 76. В насосную станцию встроен автомат нагружения — разгрузки насосной установки. Назначение автомата — переключение насоса на холостой ход. Разгрузка насоса путем перевода его в режим холостого хода предусматривает обязательное наличие в системе газогидравлического аккумулятора 8, который компенсирует утечку жидкости в системе, а также питает систему жидкостью под давлением во время работы насоса 2 в режиме холостого хода.
Когда давление в гидроаккумуляторе 8 достигает заданной величины, клапаны разгрузки автоматически отсоединяют насос 2 от гидроаккумулятора и соединяют его через потребители с баком 14.
В настоящее время обычно применяются автоматические клапаны прямого (однокаскадного) действия. При больших расхо- 158
дах и давлениях жидкости используются двухкаскадные клапаны с серводействием (ГА77 и др.).
Отличительной особенностью автомата разгрузки робота 《Юнимейт》от двухкаскадных клапанов ГА77 и ГА121 является возможность одновременного регулирования с помощью вспомогательного клапана давления включения и выключения гидронасоса в широком диапазоне.
Схема гидросистемы робота 《Юнимейт》 показана на рис. 77. Все движения робота (кроме захвата) осуществляются с помощью гидроцилиндров 2, 3,4,5 6,
Для предотвращения «мертвых ходов» в приводе поворота башни установлен еще один гидроцилиндр /, с помощью которого выбирается зазор между зубьями рейки и колеса.
Источником энергии служит насосная станция, смонтированная на основании робота. Электр одв иг а тел ь 1 мощностью 10 л. с. (см. рис. 76) приводит во вращение насос 2 постоянной производительности 61,5 л/м и вентилятор 3 центробежного типа, обдувающий теплообменник 13.
Рабочая жидкость (масло) налита в бак /4. На выходе из насоса масло проходит через 10-микронный фильтр 5 в коллектор. Основной клапан 4 работает автоматически (второй каскад) ,функцию первого каскада выполняет вспомогательный клапан 10.
Обратный клапан 9 перекрывает поток жидкости, когда насос работает в режиме малого расхода или когда он не работает. Во время работы приводов поток жидкости, минуя основной клапан 4, отсоединяющий сливную магистраль от насоса, направляется в 11,5-литровый аккумулятор 8, заряженный сухим азотом
Рис. 77. Принципиальная схема гидросистемы робота «Юнимейт»：
/ — гидроцилиндр выборки зазоров в реечном зацеплении； 2 — гндроцилнидры вращения башии； 3 — гидроцилиидр радиального перемещения руки; 4 — гидроцилиидр поворота башни в вертикальной плоскости； 5 — гидроцилиидр наклона кнстн; 6 — гидроцилиидр поворота кисти; 7 — перепускной клапан; 8 — электрогидравлические преобразователи фирмы «Муг»
под давлением 40 кгс/см2, и к пяти электрогидравлическим преобразователям 8 (см. рис. 77), а также через дроссельное отверстие основного клапана 4 (см. рис. 76) в полость II вспомогательного клапана 10. Когда насос работает, давление в аккумуляторе и системе увеличивается, поэтому растет давление в камерах II и III вспомогательного клапана 10. Камера I клапана 10 соединена со сливом, а полости II и III разделены плунжером, один конец которого, находящийся в полости II, нажимает на шарик клапана, закрывающий канал, сечение которого меньше сечения плунжера.
Когда давление в аккумуляторе 8, а значит и в полости II клапана /0, достигает величины, при которой преодолевается усилие пружины, шарик клапана отходит ог седла, полость II сообщается со сливом, вследствие чего на плунжер действует давление жидкости в полости III, которое перемещает плунжер силой, превышающей силу поджатия пружины, при этом полностью открывается отверстие, соединяющее полости II и I.
Благодаря дроссельному отверстию, соединяющему камеры основного клапана, возникает перепад давлений на клапане, который преодолевает усилие пружины, препятствующее открытию сливной магистрали, и открывает его. В результате этого насос 2 соединяется со сливом в бак 14 через теплообменник 13, при этом обратный клапан 9 закрывается и насос 2 разгружается. В это время аккумулятор 8 разряжается на систему.
Когда давление в камере III вспомогательного клапана 10 упадет, под действием пружины шарик садится на седло, давление в полости II вспомогательного клапана 10 и под клапаном 4 возрастает и становится равным давлению над основным клапаном 4. Под действием пружины и давления основной клапан 4 перекрывает сливную магистраль, отсоединяя насос 2 от слива, при этом давление над клапаном 4 растет, обратный клапан 9 открывается и насос 2 начинает подавать жидкость в магистраль нагнетания.
Давление отключения насоса, равное давлению полости II вспомогательного клапана /0, и давление включения автомата разгрузки, равное давлению в полости III, регулируются с помощью регулировочного винта.
Контакты реле давления 6, включенные в цепь магнитного пускателя электродвигателя, замыкаются, когда давление в системе превышает 35 кгс/см2. При давлении в системе ниже 35 кгс/см2 контакты реле давления размыкают цепь магнитного пускателя, при этом питание электродвигателя насоса отключается, манипулятор прекращает работать. При пуске оператор должен нажать кнопку《пуск» и удержать ее в этом положении несколько секунд, пока не будет достигнуто начальное гидравлическое давление в системе, которое необходимо для срабатывания реле давления. Манометр 7 показывает давление в системе.
Переменный дроссель игольчатого типа соединяет магистраль нагнетания жидкости со сливной магистралью. Клапан 11 открывают, когда необходимо приступить к техническому обслуживанию, после техобслуживания он закрывается. Учитывая, что на теплообменнике 13 наблюдается падение давления, часть жидкости идет на -слив через пятимикронный фильтр тонкой очистки 12.
Применение автомата разгрузки позволяет использовать в гидросистеме насос постоянной производительности в более экономичном режиме, в результате увеличивается ресурс его работы.
В данном случае шестеренный inacoc 2 работает в двух режимах: нагрузки (подача жидкости в аккумулятор 8 и исполни* тельные механизмы в течение 〜1,5 с) и холостого хода (жидкость идет на слив, минуя гидроагрегаты исполнительных механизмов в течение 〜11 —12 с).
Управление гидроцилиндрами производится электрогидравли- ческими преобразователями 8 фирмы《Муг》(см. рис. 77), которые получают команды из системы управления.
Величина сигналов управления определяет величину открытия проходного сечения в гидравлических распределителях, а следовательно, направление и скорость перемещения поршня гидроцилиндра. Во всех гидроцилиндрах (кроме цилиндра 3 привода радиального перемещения руки) при подаче масла в одну полость другая сообщается со сливом. В приводе радиального перемещения руки поршень цилиндра 3 со стороны штока находится под постоянным давлением масла, а распределитель подает масло только в противоположную полость.
Поршень гидроцилиндра 1, выбирающего зазор в зубчатом зацеплении привода вращения башни, также находится под постоянным давлением масла.
В приводах вращения башни, наклона и поворота кисти применяются клапаны для перепуска 7 масла из магистрали нагнетания исполнительного цилиндра на слив, чтобы снять высокие напряжения в зубчатых конических передачах.
В качестве реле давления, отключающего электропитание робота при понижении давления в гидросистеме ниже установленной величины, может быть использовано реле давления BF62- НН.
В конструкцию манипулятора робота входит пять комплектов электрогидравлических приводов, вместе они образуют достаточно компактную пятикоординатную систему. Каждый электрогид- равлический привод робота《Юннмейт» состоит из двух частей: гидравлической (электрогидравлический преобразователь, исполнительный гидроцилиндр, перепускной клапан, система трубопроводов) и электронной (усилительно-сравнивающее логи- ческое устройство и кодовый датчик обратной связи).
Преимущество гидропривода робота «Юнимейт» состоит в
Рис. 78. Пневматическая схема робота «Юнимейт»:
1 — фильтр-регулятор; 2 — манометр; 3 — влагоотделитель; 4 — воздухораспределитель; 5 — пневмоцилиидр
том, что юн, работая по разомкнутой схеме, выводит руку в заданную координату с помощью решающего логического устройства и поэтому не требует жесткого выполнения условия устойчивости и других динамических условий работы следящего привода.
Как сказано выше, схват робота《Юнимейт》работает от
пневмоцилиндра.
Сжатый воздух из сети проходит через фильтр-регулятор / (рис. 78), влагоотделитель 3 и через воздухораспределитель 4 поступает в полость цилиндра 5, соответствующую рабочему ходу схвата. Обратное движение схвату сообщается пружиной поршня цилиндра 5 после того, как воздухораспределитель 4 открывает рабочую полость цилиндра 5 для выхода отработанного воздуха в атмосферу.
Наряду с роботами, оснащенными гидроприводами, создано большое количество промышленных роботов с пневматическими приводами. В основном, это роботы, имеющие небольшую грузоподъемность, с цикловой системой программного управления. Движение руки робота обычно ограничивается регулируемыми упорами и имеет небольшое число точек останова.
На рис. 79 показана схема пневмосистемы робота ПР-10. Сжатый воздух поступает из цеховой магистрали / в ресивер 2, из которого воздух подается в линию повышенного (4—4,5 кгс/см2) и низкого (2——2,5 кгс/см2) давлений. В линии низкого давления воздух через фильтр-влагоотделитель 4 (1), регулятор давления 5 (1), дроссель 7, ресивер 8 (1), маслораспылитель 9 (1) и демпфер пневматический 14 (2) попадает в правую полость пневмоцилиндра 16 и одновременно в цилиндры пневмогидравлических мультипликаторов 17 (/) и 17 (2). При этом рука робота занимает исходное положение, т. е., перемещаясь радиально, убирается в крайнее заднее положение, поднимается до упора вверх и развертывается до конца влево.
В линии повышенного давления воздух, пройдя через фильтр 4 (2), регулятор давления 5 (2), ресивер 8 (2) и маслораспыли- тель 9 (2), поступает к шести электромагнитным клапанам (ЭМК) 10 (1——6), которые управляют работой шести пневмораспределителей ПР: И (1—3) и 12 (1—3). По команде, подаваемой с пульта управления, воздух через ПР попадает в соответ-
ствующие пневмоцилиндры и приводит в действие механизмы манипулятора робота, при этом выполняются следующие движения:
——радиальное перемещение руки ——при поступлении воздуха в цилиндр 16 через ПР 11 (1), срабатывающий от ЭМК /0 (1);
——рабочее движение привода схвата ——при поступлении воздуха в цилиндр 15 через ПР И (2), срабатывающий от ЭМК /0 (2); возвратное движение схвата осуществляется с помощью пружины;
——поворот кисти вокруг продольной оси руки ——при поступлении воздуха в один из цилиндров 13 через ПР 12 (1), управляемый ЭМК Ю (3), причем второй цилиндр 13 после снятия сигнала поворачивает кисть в исходное положение;
——опускание руки ——при поступлении воздуха через ПР 11 (3), работающий от ЭМК 10 (4), в нижние полости пневмоцилиндров мультипликаторов /7;
——поворот руки вокруг вертикальной оси по часовой стрелке—при поступлении воздуха через ПР /2(2), управляемый ЭМК ю (5), в правую полость 18 (2) и левую полость 18 (1) пневмоцилиндра; при изменении сигнала рука поворачивается в исходное положение.
Рис. 79. Схема пневматической системы робота ПР-10:Рис. 79. Схема пневматической системы робота ПР-10:•/ — цеховая магистраль; 2 — ресивер； 3 — манометр; 4 — фильтр-влагоотделитель- 5 — регулятор давления； 6 — манометр; 7 — дроссель; 8 — реснвер; 9 — маслораспылйтель; 】0 ——клапан электромагнитный; И, 12 ——пневмораспределитель; /3, 15, /6, /7, /3, J9 — пневмоцилиндры исполнительные; 14 — демпфер пневматический ， *•/ — цеховая магистраль; 2 — ресивер； 3 — манометр; 4 — фильтр-влагоотделитель- 5 — регулятор давления； 6 — манометр; 7 — дроссель; 8 — реснвер; 9 — маслораспылйтель; 】0 ——клапан электромагнитный; И, 12 ——пневмораспределитель; /3, 15, /6, /7, /3, J9 — пневмоцилиндры исполнительные; 14 — демпфер пневматический ， *11*11*163163
Рис. 79. Схема пневматической системы робота ПР-10:
Рис. 79. Схема пневматической системы робота ПР-10:
•/ — цеховая магистраль; 2 — ресивер； 3 — манометр; 4 — фильтр-влагоотделитель- 5 — регулятор давления； 6 — манометр; 7 — дроссель; 8 — реснвер; 9 — маслораспылйтель; 】0 ——клапан электромагнитный; И, 12 ——пневмораспределитель; /3, 15, /6, /7, /3, J9 — пневмоцилиндры исполнительные; 14 — демпфер пневматический ， *
•/ — цеховая магистраль; 2 — ресивер； 3 — манометр; 4 — фильтр-влагоотделитель- 5 — регулятор давления； 6 — манометр; 7 — дроссель; 8 — реснвер; 9 — маслораспылйтель; 】0 ——клапан электромагнитный; И, 12 ——пневмораспределитель; /3, 15, /6, /7, /3, J9 — пневмоцилиндры исполнительные; 14 — демпфер пневматический ， *
11*
11*
163
163
Выдвижение упора промежуточного останова руки при повороте вокруг вертикальной оси осуществляется с помощью цилиндра 19, воздух в который направляется через ПР 12 (3) по команде ЭМК /0 (6); при этом рука устанавливается вдоль оси робота.
Несмотря на некоторое сходство конструкций роботов ПР-10 и «Аида», робот ПР-10 обладает рядом преимуществ, значительно расширяющих его технологические возможности и область применения (табл. 6).
Таблица 6
Характеристики роботов ПР-10 и «Аида»
Параметр
Показатель робота
ПР-10
«Аида»
Количество гнезд на пульте управления
150
100
Величина вертикального перемещения руки, мм
200
100
Максимальный угол поворота рукн, град
220
120
Количество точек останова при повороте руки
3
2
Количество внешних команд
6
5
Количество сигналов, подтверждающих выпол-
6
3
нение внешних команд
Грузоподъемность, кг
10
5
В модифицированной модели робота ПР-10 система управления выполнена на элементах струйной техники, что делает робот взрыво- и пожаробезопасным.
АГРЕГАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Робот ——сложная машина, включающая в себя десятки наименований комплектующих изделий, изготовляемых различными отраслями промышленности. От качества этих изделий в значительной мере зависит нормальное функционирование, надежность робота и экономическая эффективность его эксплуатации.
Наряду с надежностью агрегатов и узлов системы управления, решающее влияние на безотказность работы робота оказывают исполнительные гидравлические и пневматические приводы, энергоблоки, а также различное оборудование и трубопроводы гидро- и пневмосистем. Поэтому зарубежные фирмы используют наиболее совершенные и надежные агрегаты, выпускаемые промышленностью стран Западной Европы и США. Например, в роботе 《Анда» применяется большое количество изделий, ввезен* 164
Рис. 80. Электрогидравлический преобразователь (ЭГП) фирмы «Муг»
ных в Японию из США: электропнев- матические распределители фирмы 《Росс》，нейлоновые шланги фирмы 《Самуэль Море», арматура пневмосистемы фирмы《Шок Зтсо». Изготовляемый в Англии по лицензии США робот «Вер'сатран» комплектуется агрегатами и приборами, выпускаемыми фирмами США.
В отечественных роботах применяется высококачественное комплектующее оборудование (в том числе гидро- и пневмоагрегаты), изготовленное на предприятиях СССР.
Имеют место случаи, когда в зарубежных конструкциях роботов используются агрегаты, не применяемые в отечественной конструкторской практике. В отдельных случаях конструкция
таких агрегатов представляет интерес.
Ниже описаны наиболее важные гидро- и пневмоагрегаты промышленных роботов как отечественного, так и зарубежного производства.
В гидроприводе робота «Юнимейт» в качестве электрогидрав- лического преобразователя (ЭГП) используется преобразователь модели 79—300А фирмы 《Муг», представляющий собой устройство со свободно плавающим золотником, имеющим обратную (упругую пружинную) связь на заслонку.
Основные достоинства таких ЭГП (рис. 80): высокое быстродействие, отсутствие центрирующих пружин, которые могут вызвать перекос золотника и увеличить его трение, а также, что очень важно, стабильность характеристик при изменении температуры в широком диапазоне.
Ряд зарубежных фирм применяет в своих ЭГП схему с упругой обратной связью (один из патентов на эту схему принадлежит фирме «Муг»).
Фирма 《Даутн» (Англия) изготовляет двухкаскадные преобразователи серии 4551; Японская фирма 《Токно Кэйки Сэйд- зосё» выпускает преобразователи модели TSS.
Высокое быстродействие и стабильность характеристик ЭГП с пружинной обратной связью по сравнению, например, с преобразователями статического типа могут быть объяснены тем, что суммарный момент, действующий на заслонку ЭГП с пружинной обратной связью, складывается из момента сопротивления пружины и момента гидравлических сил, действующих на заслонку, причем доля второго момента весьма незначительна.
В преобразователе статического типа доля момента гидравлических сил велика, кроме этого, на заслонку действует момент механических сил.
Доля момента гидравлических сил в первом и во втором случаях различна, так как ход заслонки у преобразователя с пружинной обратной связью много меньше, чем у преобразователя с центрирующими пружинами. Быстродействие ЭГП определяется величиной постоянной времени
7 = %(1 ++ 乎")，(21)
\ ^о-с ^о-с /
где Тру ——постоянная времени гидроусилителя с жесткой единичной обратной связью;
С；ен ——коэффициент жесткости статической характеристики ЭГП;
Со.с — коэффициент жесткости пружины обратной связи, приведенной к оси сопел;
КАс ——коэффициент жесткости гидродинамической пружины заслонки.
Как следует из формулы (21), постоянная времени тем меньше, чем больше жесткость пружины обратной связи. Однако для увеличения С0.с необходимо увеличивать тяговое усилие.
Конструкторами гидроприводов станков с ЧПУ одной из лучших конструкций ЭГП признан преобразователь модели ПЭГ-ПМ разработки ОКБ 《Теплоавтомат》. Однако, учитывая специфические требования к промышленным роботам, конструкция преобразователя, годная для гидроприводов станков, часто не пригодна для промышленных роботов.
В модернизированной конструкции преобразователя ПЭГ-ПМ 16/160 (для промышленных роботов) конструкция втулки золотника изменена (рис. 81). Нелинейный характер статической характеристики, заложенный в ЭГП фирмы《Мут》， в преобразователе ПЭГ-ПМ 16/160 обеспечивается дополнительными фигурными прорезями во втулке.
Однако ЭГП модели ПЭГ-ПМ 16/160 обладает рядом недостатков как в отношении схемы, так и конструкции. Поэтому целесообразнее использовать преобразователи, построенные по схеме с пружинной обратной связью.
Рис. 81. Электрогидравлический преобра- зователь ПЭГ-ПМ 16/160
Рис. 82. Электрогидравлический преобразователь ЭГП-1Рис. 82. Электрогидравлический преобразователь ЭГП-1Рис. 83. Распределитель фирмы《Росс»:/, 2 — клапан; 3 — электропневмоклапан; 4 — полость управления; 4 — полость выхлопа в атмосферу； Б — камера нагнетания； S, Ц2 — камерыРис. 83. Распределитель фирмы《Росс»:/, 2 — клапан; 3 — электропневмоклапан; 4 — полость управления; 4 — полость выхлопа в атмосферу； Б — камера нагнетания； S, Ц2 — камеры
Рис. 82. Электрогидравлический преобразователь ЭГП-1
Рис. 82. Электрогидравлический преобразователь ЭГП-1
Рис. 83. Распределитель фирмы《Росс»:
/, 2 — клапан; 3 — электропневмоклапан; 4 — полость управления; 4 — полость выхлопа в атмосферу； Б — камера нагнетания； S, Ц2 — камеры
Рис. 83. Распределитель фирмы《Росс»:
/, 2 — клапан; 3 — электропневмоклапан; 4 — полость управления; 4 — полость выхлопа в атмосферу； Б — камера нагнетания； S, Ц2 — камеры
В гидроприводе робота УМ-1 применен преобразователь 12Г68, разработанный ЭНИМС. Простой по конструкции ЭГП 12Г68 в качестве гидроусилителя имеет дроссель игольчатого типа. Нелинейный характер статической характеристики этого преобразователя достигается доработкой втулки (коэффициент усиления по расходу в диапазоне управляющих сигналов 6 + 2 — 0,8 + 1,2 л/мин; в диапазоне 2 -н 10 —4 4- 6 л/мин). Недостатком этого преобразователя в силу несимметричной схемы управления является нестабильность 《нуля》， особенно при повышении температуры. Этот недостаток устранен во вновь разработанной конструкции преобразователя ЭГП-1 (рис. 82) с торцовыми пружинами на золотнике и с гидроусилителем «сопло ——заслонка».
Роботы ПР-10 и《Анда》，оснащенные пневматическим приводом, имеют четырехходовые двухпозиционные воздухораспределители с электропневмоуправлением. На рис. 83 показан такой распределитель фирмы《Росс» (США). Распределители фирмы 《Росс》клапанного типа хорошо зарекомандовали себя, они просты по конструкции и надежны в работе, имеют большой срок службы.
Клапаны распределителя в его управляющей части (полости 4) имеют форму поршней, уплотнение которых обеспечивается резиновыми кольцами или манжетами. Воздух от пневмосети поступает в камеру Б распределителя и нормально закрытый электропневмоклапан 3.
При отсутствии электрического сигнала управления клапан / соединяет камеру Ц{ с атмосферой (полость А) и отсоединяет ее от пневмосети, при этом клапан 2 соединяет камеру 〃2 с пневмосетью и отсоединяет ее от атмосферы (надежность уплотнения клапанного тнн斗 обеспечивается резиновыми кольцами, поджимаемыми пружинами и давлением пневмосети). Так как камеры 〃i и 〃2 соединяются с противоположными полостями исполнительного механизма ——пневмоцилиндра, то поршень последнего перемещается. Скорость штока пневмоцилиндра зависит от расхода сжатого воздуха, площади его прохода в распределителе, утечек в пневмоцилиндре и нагрузки на штоке пневмоцилиндра.
При подаче электрического управляющего сигнала электропневмоклапан 3 срабатывает и открывает доступ воздуха от пневмосети в управляющую часть (полость 4); при этом клапаны / н 2 перемещаются, камера 〃i соединяется с пневмосетью, камера 〃2 ——с атмосферой, поршень пневмоцилиндра перемещается в противоположном направлении.
При снятии электрического сигнала электропневмоклапан закрывает доступ воздуха в полость 4 и соединяет ее с атмосферой, при этом клапаны / и 2 под действием пружин возвращают- ся в исходное положение, камера Ц{ соединяется с атмосферой, а камера 〃2 с пневмосетью, в результате чего поршень исполнительного пневмоцилиндра возвращается в исходное положение.
Отечественной промышленностью выпускаются четырехходовые двухпозиционные воздухораспределители, разработанные ЭНИМС, с односторонним электропневмэтическим управлением (рис. 84).
Сжатый воздух подводится к внутренней полости распределителя через отверстие П. Плоский золотник 3 прижимается к плоскости основания пружиной 8 и давлением сжатого воздуха в полости Л. Поршень 2 уплотняется манжетами (нормаль на них разработана Московским тормозным заводом), электромагнит 5 выключен, поэтому полость Б сообщается с атмосферой через каналы К,水，〃 и И. Под действием сжатого воздуха, находящегося в полости Л, поршень 2 вместе с золотником 3 занимают крайнее правое положение, показанное на рис. 84. Из полости Л через отверстие Ц{ сжатый воздух поступает в одну из полостей пневмоцилиндра, другая полость цилиндра соединяется золотником 3 через отверстия Ц2 и А с атмосферой.
При включении электромагнита 5 его якорь, втягиваясь, нажимает на стержень 6, который перемещаясь влево, открывает клапан 7, при этом резиновый вкладыш клапана 7 закрывает 168
99% A 8 Ц2 Л 7XU*£〃% A 8 Ц2 Л 7XU*£〃Рис. 84. Воздухораспределитель ЭНИМС с односторонним электропневматиче- ским управлением:J — корпус; 2 — поршень； 3 — золотник； 4, 10 — крышки; 5 — электромагнит; 6 — стержень； 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — основание; 4 — полость выхлопа в атмосферу;6 — полость распределителя; В, Г, Д, Е, Ж, “，Л, 〃一 каналы для зоздухя; % 〃2 — полости исполнительного цилиндра; П — отверстиеРис. 84. Воздухораспределитель ЭНИМС с односторонним электропневматиче- ским управлением:J — корпус; 2 — поршень； 3 — золотник； 4, 10 — крышки; 5 — электромагнит; 6 — стержень； 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — основание; 4 — полость выхлопа в атмосферу;6 — полость распределителя; В, Г, Д, Е, Ж, “，Л, 〃一 каналы для зоздухя; % 〃2 — полости исполнительного цилиндра; П — отверстие
9
9
% A 8 Ц2 Л 7XU*£〃
% A 8 Ц2 Л 7XU*£〃
Рис. 84. Воздухораспределитель ЭНИМС с односторонним электропневматиче- ским управлением:
J — корпус; 2 — поршень； 3 — золотник； 4, 10 — крышки; 5 — электромагнит; 6 — стержень； 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — основание; 4 — полость выхлопа в атмосферу;
6 — полость распределителя; В, Г, Д, Е, Ж, “，Л, 〃一 каналы для зоздухя; % 〃2 — полости исполнительного цилиндра; П — отверстие
Рис. 84. Воздухораспределитель ЭНИМС с односторонним электропневматиче- ским управлением:
J — корпус; 2 — поршень； 3 — золотник； 4, 10 — крышки; 5 — электромагнит; 6 — стержень； 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — основание; 4 — полость выхлопа в атмосферу;
6 — полость распределителя; В, Г, Д, Е, Ж, “，Л, 〃一 каналы для зоздухя; % 〃2 — полости исполнительного цилиндра; П — отверстие
в стержне 6 отверстие канала 水，в результате чего сжатый воздух получает возможность поступать по каналам В, Г, £ и К в полость Б распределителя.
Под действием давления воздуха поршень 2 вместе с золотником 3 перемещается влево, так как активная площадь, на которую действует давление сжатого воздуха, с правой стороны, больше, чем с левой. Сжатый воздух через отверстие 〃& поступает в одну из полостей цилиндра, а другая его полость соединяется с атмосферой через отверстия 〃i и А.
Время срабатывания распределителя около 0,1 с. В ЭНИМС разработана гамма распределителей такого типа на условные диаметры прохода воздуха 10, 15 и 20 мм. Потребляемая электромагнитом мощность невелика — 45 Вт.
К достоинствам распределителей с плоским золотником относится наличие в них малого числа мягких уплотнений (манжет) для подвижных соединений, которые работают в хороших условиях ——в гладком отверстии и поэтому изнашиваются мало. Такие распределители выпускаются многими зарубежными фирмами: американскими ——«Хэннифин», 《Веллоуз», 《Нонэк》， 《Лнхай» и английскими—«Лэнг», 《Кзнсалтар», 《Мздзн》*
Недостатком распределителя является большое трение в плоском золотнике и значительные усилия переключения распределителя, вызывающие большие ударные нагрузки на
поршне распределителя, в результате чего значительно уменьшается срок его службы.
В четырехходовом распределителе (рис. 85) с электропнев- матическим управлением фирмы «Паркер Хэннифин» (США) имеется встроенный пневматический аккумулятор для запаса энергии, необходимой для переключения в случае падения давления в сети. Распределитель срабатывает при давлении 1 кгс/см2. Он имеет алюминиевый литой корпус. Нейлоновая втулка распределителя служит направляющей для сердечника / соленоида, являющегося одновременно клапаном. Пазы во втулке обеспечивают проход сжатому воздуху в полость управления.
Сжатый воздух подается в распределитель по стрелке П и проходит в полости 5 и В. Одновременно, пройдя обратный клапан 5 и заполнив аккумулятор 2, сжатый воздух поступает в полость управления распределителем Г.
При отключенном соленоиде сердечник / (клапан) занимает под действием пружины крайнее левое положение, поэтому сжатый воздух из полости Г, пройдя через пазы в нейлоновой втулке соленоида, попадает в полость управления ", раздвигая поршни 3 и 4.
В это время полость Е аппарата находится под давлением, а полость Ж через канал Л соединена с атмосферой.
При включении соленоида сердечник / перемещается вправо, перекрывая проход сжатому воздуху в полость Д и сообщая ее с атмосферой. При этом поршни 3 и 4 под действием давления в полостях 5 и 5 сближаются, полость 欢 сообщается с линией давления, а полость Е — с атмосферой.
Рис. 85. Четырехходовой распределитель с электропневматическим управлением фирмы «Паркер Ханнифин» (США):
/ 一 сердечник; 2 — аккумулятор; 3, 4 — поршень； 5 — клапан обратный; А — выхлоп в атмосферу;瓦 В, Е,水一полости распределителя; Г, Д — полостн управления распределителем; П — подвод воздуха в распределитель
Рис. 86. Воздухораспределитель фирмы «Росс» с притертым золотником
Рис. 87. ВоздухораспределительРис. 87. Воздухораспределительфирмы《Росс» клапанного типафирмы《Росс» клапанного типа
Рис. 87. Воздухораспределитель
Рис. 87. Воздухораспределитель
фирмы《Росс» клапанного типа
фирмы《Росс» клапанного типа
Главный недостаток распределителей клапанного типа заключается в том, что они нагружены, так как клапаны подпружинены и подпираются давлением пневмосети, из-за чего требуются большие усилия для переключения клапана.
Фирма 《Росс》выпускает воздухораспределители с притертым золотником (рис. 86), а также воздухораспределители клапанного типа (рис. 87), которые имеют взаимозаменяемые корпусы.
Фирма《Мартон» выпускает распределители с резиновыми уплотнительными кольцами плавающего типа, которые ставятся без натяга.
Глубина кольцевой проточки в плунжере золотника на 0,1 —— 0,2 мм больше диаметра плавающего резинового кольца, которое устанавливается в этой проточке (канавке), а наружный диаметр кольца на 0,3——0,7 мм больше диаметра отверстия гильзы, в которой перемещается плунжер. Уплотнение плавающими кольцами существенно уменьшает трение при работе золотника. В распределителях с пневматическим управлением это дает возможность переключать золотник малого диаметра (16 мм и менее) при небольшой величине управляющего сигнала (давления пневмосети). Однако для достаточно надежного уплотнения плавающие кольца должны иметь точные размеры и правильную форму, что затрудняет их изготовление и сдерживает применение. Следует также иметь в виду, что для эффективного уплотнения разница давлений в двух полостях, разделяемых плавающим кольцом, должна быть не менее 1,5 кгс/см2.
Недостатком распределителей такой конструкции является необходимость сверления большого количества отверстий во втулке золотника. Это объясняется тем, что плунжер золотника с плавающими кольцами при своем перемещении пересекает отверстия во втулке, поэтому для уменьшения износа плавающих колец и увеличения срока их службы диаметр отверстий делается небольшим. Чтобы обеспечить необходимую величину проходного сечения, втулка распределителя с условным диаметром отверстия для прохода воздуха 15 мм должна иметь свыше 200 отверстий диаметром 1 мм.
Конструкция золотника с плавающими уплотнительными кольцами показана на рис. 88.
Кроме малой величины усилия переключения, к достоинствам такого распределителя следует отнести его небольшие габариты, а также широкую возможность унификации конструкций. Основные детали одного и того же распределителя можно использовать в большом числе конструкций, отличающихся, например, способом управления (пневматическим, механическим, электрическим) или способом возврата золотника в исходное положение (пружиной, от пневматического сигнала, благодаря постоянному электропитанию).
Пятиканальный распределитель (см. рис. 88) имеет двустороннее пневматическое управление. В целях уменьшения габаритов распределителя отверстия для выхода воздуха в атмосферу не имеют присоединительных резьб и выполнены в виде окон А и Б.
В некоторых конструкциях распределителя (см. рис. 88) все присоединительные каналы выведены на одну полость (такой распределитель предназначен для стыкового или панельного монтажа), а уплотнение присоединительной плоскости обеспечивается тем, что на ней сделаны углубления, в которые закладываются уплотнительные круглые кольца. Стыковой мон-
5 цилиндр'5 цилиндр'；Из цилиндра；Из цилиндра3 цилиндр3 цилиндрИз цилиндраИз цилиндра1^в^1^в^Рис. 88. Пятнканальный распределитель конструкции ЗИЛРис. 88. Пятнканальный распределитель конструкции ЗИЛРис. 89. Распределитель конструкции ЗИЛ с дифференциальным пневматическим управлением:/ — плунжер золотника; А, Б — отверстияРис. 89. Распределитель конструкции ЗИЛ с дифференциальным пневматическим управлением:/ — плунжер золотника; А, Б — отверстия
5 цилиндр'
5 цилиндр'
；Из цилиндра
；Из цилиндра
3 цилиндр
3 цилиндр
Из цилиндра
Из цилиндра
1^в^
1^в^
Рис. 88. Пятнканальный распределитель конструкции ЗИЛ
Рис. 88. Пятнканальный распределитель конструкции ЗИЛ
Рис. 89. Распределитель конструкции ЗИЛ с дифференциальным пневматическим управлением:
/ — плунжер золотника; А, Б — отверстия
Рис. 89. Распределитель конструкции ЗИЛ с дифференциальным пневматическим управлением:
/ — плунжер золотника; А, Б — отверстия
таж позволяет в случае необходимости снять распределитель, не разбирая при этом трубопроводов.
Пятиканальный распределитель, показанный на рис. 89, имеет дифференциальное пневматическое управление. При поступлении пневматического сигнала в полость Б плунжер золотника / переместится в крайнее левое положение, независимо от того, соединена ли полость А с атмосферой или же в нее подан пневматический сигнал. Это объясняется тем, что площадь поршня в правой управляющей полости больше площади в левой. Если полость Б соединить с атмосферой, то при наличии сигнала в полости А золотник переместится в крайнее правое положение.
В модели робота ПР-10С с системой управления, выполненной на элементах струйно-мембранной техники, применяются, распределители конструкции ЗИЛ. В качестве исполнительных механизмов гидро- и пневмоприводов применяются гидро- и пневмодвигатели, которые преобразуют энергию несжимаемой жидкости и сжатого воздуха в полезную механическую работу.
В гидро- и пневмоприводах роботов чаще всего применяются гидро- и пневмоцилиндры. По характеру действия различаются односторонние и двусторонние пневмоцилиндры. В цилиндрах одностороннего действия сжатый воздух поступает только в одну полость поршня. Обратный ход поршня осуществляется с помощью пружины.
В гидро- и пневмоцилиндрах двустороннего действия жидкость или сжатый воздух можно подавать в две полости (по обе стороны поршня).
Если поршни гидро- и пневмоцилиндров занимают в процессе работы только два конечных положения, цилиндры называются двухпозиционными.
Различают гидро- и пневмоцилиндры без торможения и с торможением в конце хода. Торможение поршня гидро- и пневмоцилиндра необходимо в тех случаях, когда скорость поршня и присоединенные к нему массы достаточно велики. В результате в конце хода может произойти удар, который вызывает преждевременный выход из строя цилиндра, и даже поломки.
На рис. 90, а показан пневмоцилиндр, а на рис. 90, 6 гидроцилиндр фирмы《Миллер» (США) с двусторонним торможением поршня в конце хода.
Рабочая среда (жидкость или сжатый воздух) подается либо в полость Г, либо в полость В и перемещает поршень. Поршень 10 уплотняется манжетами 9 (во время выдвижения штока 2 ——левой, во время убирания штока ——правой). Шток уплотняется манжетами /2. Уплотняющая манжета 9 прижата к внутренней поверхности гильзы 3 в результате упругой деформации манжеты и давления в полостях Г и В. Крышки / и 6 притягиваются к гильзе 3 с помощью стяжек //, сжимая при этом уплотняющие кольца 8 из органического материала.
В крышки / и 6 встроены обратный клапан 5 и регулируемый дроссель 7.
При подводе рабочей среды в полость В поршень 10, перемещаясь влево, в конце хода втулкой 4 входит в отверстие Л крышки 1. При этом обратный клапан 5 закрыт и рабочая среда выходит на слив или сбрасывается в атмосферу через дроссель 7. В результате в полости Г создается подпор, благодаря которому скорость движения штока 2 замедляется.
При подводе рабочей среды в полость Г обратный клапан 5 открывается и поршень 10 со штоком 2 перемещается с большой скоростью вправо. При заходе штока в отверстие Г происходит 174
Рис. 90. Пневматические (а) и гидравлические цилиндры (6) фирмы «Миллер»: /, 6 — крышки; 2 — шток; 3 — гильза; 4 — втулка; 5 — клапаи обратный; 7 — дроссель регулируемый; 8 — кольцо уплотнительное； 9, 12 — манжета； 10 — поршень; 〃 ——стяжки； 4,5 — отверстия в крышках 1,6; В, Г — полости цилиндра
аналогичный процесс торможения с помощью обратного клапана 5 и другого дросселя 7.
Конструкции силовых гидроцилиндров, используемых в роботе 《Юнимейт》，показаны на рис. 91. Их существенной особенностью является простота конструкции и сборки. В качестве уплотнений применяются манжеты и круглые кольца из органических материалов как в подвижных, так и неподвижных элементах силовых цилиндров. Манжеты из органических материалов: нейлона, тефлона ——обладают хорошей упругостью, высокой износоустойчивостью и могут работать в широком диапазоне температур: от ——100 до +200° С.
В комплект гидроагрегатов насосной станции робота обычно входит обратный клапан, предназначенный для перекрытия подачи жидкости от насоса, когда гидропривод работает с малым расходом, или для отсоединения гидроаккумулятора.
Обратный клапан гидросистемы робота《Юнимейт》выполнен из органического материала (тефлона).
Тефлон значительно легче стали, это ——упругий и достаточно твердый материал, не вызывающий шума при переключении
73327332Ход поршня L=2D3flMХод поршня L=2D3flMРис. 91. Гидроцилиндры робота «Юнимейт»Рис. 91. Гидроцилиндры робота «Юнимейт»4-44-4
7332
7332
Ход поршня L=2D3flM
Ход поршня L=2D3flM
Рис. 91. Гидроцилиндры робота «Юнимейт»
Рис. 91. Гидроцилиндры робота «Юнимейт»
4-4
4-4
клапана, который хорошо прирабатывается по месту (к седлу), обеспечивая надежное уплотнение.
Обратный клапан (рис. 92) иногда оборудован системой демпфирования, для этого в корпусе / имеется канал или проточное отверстие, соединяющее полость клапана 4 с клапаном демпфирования 5, имеющим отверстие для демпфирования. Грибок клапана 4 прижимается к седлу корпуса / с помощью пружины 3. Стержень 2 встроен в пробку с уплотнением и служит направляющей клапана.
Рис. 92. Обратный клапан гидросистемы робота «Юнимейт»:
/ — корпус; 2 — стержень; 3, 6 — пружина; 4 — клапан; 5 — клапан демпфирования
Иногда (например, в роботе 《Юннмейт》) применяются перепускные клапаны.
Назначение такого перепускного клапана —— снять высокие напряжения в зубьях ко* нических зубчатых колес при резком останове и разгоне руки и кисти робота.
Эти напряжения возникают в результате больших скачков давления жидкости в гидросистеме, особенно при резком торможении руки.
Перепускной клапан (рис. 93) представляет собой гидроагрегат с резьбовым подсоеди
нением к коллектору панели, 魅 через которую он сообщается
Рис. 93. Перепускной клапан гидросистемы робота 《Юннмейт»:Рис. 93. Перепускной клапан гидросистемы робота 《Юннмейт»:/, 2, 9, 10 — кольцо уплотнительное; 3 — втулка; 4 — плунжер золотника; 5 — пружина； 6 — крышка; 7 — корпус; 8 — гайка/, 2, 9, 10 — кольцо уплотнительное; 3 — втулка; 4 — плунжер золотника; 5 — пружина； 6 — крышка; 7 — корпус; 8 — гайкас рабочими полостями силовых цилиндров. Через отверстия Б (их четыре) в корпусе 7 жидкость проходит от рабочей полости цилиндра в полость плунжера 4 дифференциального типа. С одной стороны плунжер 4 упирается в коническую часть втулки 3. Последняя упирается в буртик внутри корпуса 7, который торцевой частью соединяется со сливом. Кольцо уплотнения / предотвращает перетечку жидкости из отверстий 5 на слив. Пере- течки через зазор втулки 3 предотвращаются кольцами из паро- нита и кольцом 2. Перетечки между полостью Л и отверстиями Б предотвращаются кольцом 10 уплотнения золотника. Полость Л соединена со сливом через небольшое отверстие в плунжере 4
Рис. 93. Перепускной клапан гидросистемы робота 《Юннмейт»:
Рис. 93. Перепускной клапан гидросистемы робота 《Юннмейт»:
/, 2, 9, 10 — кольцо уплотнительное; 3 — втулка; 4 — плунжер золотника; 5 — пружина； 6 — крышка; 7 — корпус; 8 — гайка
/, 2, 9, 10 — кольцо уплотнительное; 3 — втулка; 4 — плунжер золотника; 5 — пружина； 6 — крышка; 7 — корпус; 8 — гайка
золотника. Пружина 5 поджимает плунжер 4 к втулке 3. Поджатие пружины регулируется резьбовой крышкой 6, которая контрится гайкой 8. Диаметр левого буртика плунжера 4 меньше диаметра его рабочей поверхности.
В буртике под углом 120° друг от друга просверлено три наклонных отверстия.
При подсоединении перепускного клапана к рабочей полости силового цилиндра, шток которого резко тормозится, в полости около отверстий 5 возникает большое давление, которое, действуя на дифференциальный золотник, преодолевает усилие поджатия пружины 5, и плунжер 4 перемещается вправо, полость отверстий 5 соединяется со сливом ——давление падает.
Во время перемещения плунжера 4 часть жидкости из полости Л перетекает на слив через дроссельные отверстия и отверстие в торце плунжера 4. После того как давление в полости Б упадет, пружина 5 возвращает плунжер 4 в первоначальное положение, причем часть жидкости через те же отверстия в плунжере перетечет обратно в полость А. Дроссельные отверстия в плунжере 4 обеспечивают демпфирование золотника.
В гидравлических и пневматических системах манипуляторов роботов, кроме описанных, применяется большое количество других агрегатов: предохранительные клапаны, клапаны разгрузки, гидроаккумуляторы, фильтры и т. д. Эти агрегаты по конструкции ничем не отличаются от широко применяемых, поэтому здесь не рассматриваются.
Глава VI
КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ РОБОТОВ
ПЕРЕДАТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И ДАТЧИКОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Движение робота по каждой координате осуществляется с помощью трех основных механизмов: исполнительного двигателя, передаточного механизма и исполнительного устройства. Последним может быть схват, кисть, рука и робот в целом. В некоторых случаях передаточный механизм может отсутствовать, тогда перемещение исполнительного устройства осуществляется непосредственно пневмоцилиндром, гидроцилиндром, электродвигателем и т. п. Каждый из трех механизмов должен удовлетворять специфическим требованиям условий эксплуатации, обеспечивать надежное функционирование робота, заданную точность отработки программы и, кроме того, обладать минимальной инерционностью, массой, а также иметь минимальный мертвый ход при изменении направления движения.
К узлам и агрегатам робота в частных случаях могут быть предъявлены требования взрыво- и пожаробезопасности, обеспечения возможности работать в условиях повышенной температуры, большой запыленности и задымленности воздуха, в воде, в парах агрессивных веществ. Иногда робот должен транспортировать детали из непрочных легкодеформируемых и хрупких материалов, нагретые до высоких температур детали и т. д.
Конструкции исполнительных устройств роботов отличаются большим разнообразием. В этих конструкциях применяются червячные, цилиндрические, зубчатые рядные и планетарные, конические зубчатые, реечные, а также винтовые, цепные, тросовые и ленточные передачи.
Встречаются передачи, движение в которых передается с помощью поводков в виде гладких реек, охватываемых роликами.
В конструкции кисти руки манипулятора, показанной на рис. 94, червячная передача применена в механизме привода схвата 1. Конструкция работает следующим образом. Вращение от вала двигателя Л через пару конических зубчатых колес 11 и набор цилиндрических колес 12 передается на червячную пару /3. Червяк, связанный с винтом пары 14, поворачивает винт. При этом гайка винтовой пары 14, двигаясь вверх или вниз, перемещает рейку /5, которая находится в зацеплении с
Рис. 94. Кинематическая схема кисти робота：
Л, В, В, Г — электродвигатели； / — рычаг схвата; 2 — зубчатое колесо; 3 — цилиндрическая соосная зубчатая передача; 4, 7, 9, 10, 13 — червячная передача; 5. 6, // — коническая пара； 8 — головка； /2 — набор цилиндрических колес; 14 — винтовая пара； 15 — рейка
зубчатыми колесами 2, рычагов 1 схвата и приводит их в движение.
Поворот кисти вокруг вертикальной оси происходит от двигателя Б. В конце кинематической цепи поворота кисти предусмотрена червячная 4 и цилиндрическая соосная 3 передачи. Наличие конических пар У/ и 6 в кинематических цепях дает возможность передавать движение от двигателей А и Б к схвату при выпрямленной или согнутой в локте (повернутой вокруг оси а—а) руке, а также привести в действие схват руки, повернутой вокруг вертикальной оси. Для поворота руки вокруг вертикаль- ной оси и сгибания ее в локте от двигателя В используются червячные передачи 7, 9, 10.
При использовании в подобной кинематической схеме планетарных передач для осуществления тех же движений получаются более компактные конструкции.
У манипулятора робота, схема которого представлена на рис. 69, червячная передача в сочетании с цепной применена для
сгибания руки в шарнирах (а, б, в). Сгибание в одном шарнире (б) осуществляется от двигателя Л через цилиндрическую и червячную 5 передачи. Сгибание в другом шарнире (б) происходит при передаче вращения от двигателя Б через цилиндрическую, червячную 4 и цепную 3 передачи.
Ведомая звездочка цепной передачи укреплена неподвижно на ведомом звене сочленения. Сгибание руки в третьем шарнире (а) осуществляется при передаче вращения от вала двигателя В через цилиндрическую, червячную 9 и цепную 10 передачи на ведомую звездочку цепной передачи 11. Ведомая звездочка укреплена неподвижно на последнем звене сочленения. Ввиду того, что цепи в процессе эксплуатации быстро вытягиваются, подобная конструкция передаточного механизма требует надежного механизма натяжения цепей.
Движение схвата 1 осуществляется от двигателя Г через винтовую передачу. Поворот кисти 13 происходит непосредственно от двигателя Д, а перемещение кисти вдоль вертикальной оси ——от двигателя Б через винтовую передачу 2.
К механизмам, в которых используются цепные передачи, относится механизм поворота колонны робота 《Версатран» от двух гидроцилиндров. На валу поворотного стола робота установлены две звездочки, которые на 180° охватываются цепями. Оба конца верхней цепи соединены шарнирно с коромыслом, которое в свою очередь связано шарнирно с соответствующим концом нижней цепи. Средняя часть коромысла шарнирно закреплена на штоке поршня цилиндра. Оба цилиндра размещаются между ведомыми звездочками. Помимо компактности, эта конструкция обладает следующими преимуществами. Вследствие того, что при повороте колонны шток через шарниры воздействует одновременно на обе цепи, последние несут одинаковую нагрузку. Суммарная нагрузка, приходящаяся ма шток, действует только в осевом направлении, поэтому не возникает дополнительных усилий, прижимающих поршень, в результате уменьшаются потери на трение в цилиндрах.
Наконец ввиду того, что при повороте колонны в одну сторону работает один цилиндр, а при повороте в другую ——другой цилиндр, преодолевающий, помимо сопротивления вращению, сопротивление перемещению поршня первого цилиндра, цепи постоянно находятся в натянутом состоянии. Это избавляет от необходимости иметь специальное натяжное устройство.
В конструкции робота «Юнимейт» цепная передача применена в механизмах поворотов кисти.
Повороты кисти 17 (рис. 95) осуществляются от двух одинаковых гидроцилиндров 23 и 8. Гидроцилиндр 23 используется для поворота кисти вокруг продольной оси, цилиндр 8 поворачивает кисть вокруг поперечной оси. Движение от штока гидроцилиндра 23 через цепь 22, которая охватывает натяжную звездочку 21 и ведомую звездочку 24, передается на вал 26. На одном
Рис. 95. Кинематическая схема привода кисти робота 《Юнимейт»:
I, 5, 26, 30 — вал; 2, 29 — полыё вал; 3, 4, ", /8. 20, 27, 28 — зубчатое Колесо конического зацепления; 6, 24 — ведомая звездочка; 7, 25 — датчик перемещения； 8, 23 — гидроцилиндр； 9, 22 — цепь; 10, 2> — натяжная звездочка;彳2 — ось; /3, /6 — центральное зубчатое колесо 14 — сателлит; 15 — водило; 17 — кисть; 19 — блок зубчатых колес
конце вала установлено ведущее коническое зубчатое колесо 27, другой конец соединен с валом датчика перемещения 25. От колеса 27 движение передается через зубчатое колесо 28 и полый вал 29 на вал 30. Передача момента с вала 29 на вал 30 осуществляется через шариковое шлицевое соединение, которое дает возможность передавать вращение при горизонтальном перемещении руки. Зубчатое колесо 20, закрепленное на конце вала 30, приводит во вращение блок конических зубчатых колес /9. Одно из колес блока 19 вращает колесо /8, установленное на кисти 17. Движение от штока гидроцилиндра 8 через цепь 9, которая охватывает натяжную 10 и ведомую 6 звездочки, передается на вал 5. На одном конце вала 5 установлено коническое зубчатое колесо 4, другой конец соединен с валом датчика перемещения 7. От колеса 4 движение через колесо 3 и полый вал 2 передается на вал 7.
Вращающий момент с вала 2 на вал / передается посредством шарикового шлицевого соединения. Зубчатое колесо П, закрепленное на конце вала /, приводит во вращение центральное колесо 16 конического планетарного редуктора. Второе 182
центральное колесо /3, представляющее собой зубчатый конический сектор, закреплено на корпусе руки. Движение с сателлита /4, который обкатывается вокруг колеса /3, передается через водило /5 на горизонтальную ось 12 кисти 17.
Как в'идно из кинематической схемы (см. рис. 95), движения кисти не являются независимыми. При повороте кисти вокруг горизонтальной оси /2 колесо 18 обкатывается вокруг находящегося с ним в зацеплении зубчатого колеса блока >9, в результате чего кисть 17 начинает поворачиваться вокруг продольной оси.
Такое конструктивное решение вызывает трудности при наладке робота для выполнения некоторых операций, в частности, при необходимости извлечения некруглой детали из высокого контейнера. На рис. 96 показана конструкция передаточного механизма, в котором этот недостаток устранен.
Поворот кисти вокруг поперечной оси осуществляется от звездочки 1 через пару конических зубчатых колес 2, 3 и конический планетарный редуктор 4. Ведомая шестерня редуктора вращает вал 5 вместе с кистью. Поворот кисти вокруг продольной оси осуществляется от звездочки 12 через конический планетарный редуктор 13 и дифференциал /4. Так как в это время звездочка 1 остановлена, то вместе с ней остановлено и закрепленное с ней на одном валу колесо 17 дифференциала /4, который вследствие этого работает, как планетарный редуктор. Движение с водила дифференциала 14 передается на зубчатое коническое колесо 11 и далее через конические колеса 70, 9, 8, 7 — на ведомое колесо 6, вместе с которым кисть поворачивается вокруг продольной оси.
Рис. 96. Кинематическая схема передаточного механизма, обеспечивающего независимые движения кисти:
/, /2 — звездочка; 2, 3, 7, 8, 9, 10. 11, /5, /7 — коническое зубчатое колесо; 4, /3 — редуктор планетарный； 5 ——вал； б — шестерня ведомая; 14 — дифференциал； /6 ——сателлит
Наличие в кинематической цепи дифференциала 14 обеспечивает независимость двух движений.
Действительно, при повороте кисти вокруг поперечной оси звездочка 12, связанное с ней через планетарный редуктор 13 колесо 15 дифференциала 14 не вращается, а колесо 17 этого дифференциала вращается вместе со звездочкой 1. При этом сателлиты 16 дифференциала, обкатываясь по неподвижному колесу 15, поворачивают водило вместе с колесом 11. Последнее поворачивает блок колес 9 и 10, который в свою очередь вращает блок колес 7 и 8. При вращении блока колес 7 и 8 c валом 5 в одну сторону с одинаковой скоростью кисть вокруг продольной оси не поворачивается.
Цепной передаточный механизм применен в конструкции привода поворота руки вокруг вертикальной оси в роботе «Аида» (рис. 97). Блок ведомых звездочек 11 установлен в опорах в корпусе 3. Блок，丿 через хомут 10, рейку 9, ролики 8, охватывающие рейку, и хомут 7 связан кинематически с вертикальным валом 6. Верхние звездочки блока И и верхнюю звездочку 4 натяжного устройства / охватывает одна цепь, а нижние звездочки охватывает вторая цепь; в разрывах верхней и нижней цепей установлены два коромысла 12 и 14. Верхний конец каждого коромысла соединяет верхнюю цепь, а нижний конец — нижнюю цепь, поэтому обе цепи оказываются замкнутыми. Средняя часть каждого коромысла шарнирно соединена со штоком своего пневмоцилиндра. Штоки пневмоцилиндров 2 и /5
Рис. 97.
/ ——натяжное устройство; 2, 15 ——шток пневмоцилиидра; 3 — корпус; 4 ——верхняя звездочка; 5 ——шток; 6 — вал вертикальный; 7, 10 ——хомут； 8 ——ролик； 5—рейка; 11 — блок ведомых звездочек; /2, /4 — коромысло； 13 — упор
Рис. 98. Реечный механизм продольного перемещения руки： / ——гидроцилиидр； 2, /0 ——рейка； 3, 4, 5, 8 — зубчатое колесо； 6 — вал вертикальный; 7 — штырь; 9 — каретка； 11 — рука проходят между верхней и нижней цепью. При движении верхнего штока вправо, а нижнего влево происходит поворот блока звездочек 11 и вертикального вала 6 по часовой стрелке. Величина поворота ограничивается упорами 沮 в которые упирается шток 5.
Упоры обеспечивают плавную остановку руки. Регулировкой их положения достигается заданный угол поворота.
Отличительной особенностью конструкции является то, что поворот вала в любую сторону происходит под действием двух одновременно действующих пневмоцилиндров. Это дает возможность уменьшить диаметр цилиндров, что особенно важно при работе на низких давлениях воздуха.
Реечный передаточный механизм применен для вертикального перемещения руки робота《Версатран». К каретке руки одним концом шарнирно присоединена рейка. Вторая рейка укреплена неподвижно на вертикальной стойке, которая вращается вместе с поворотным столом. Между рейками помещено зубчатое колесо, ось которого установлена в каретке колеса. Каретка укреплена на конце штока исполнительного гидроцилиндра, установленного на поворотном столе. При перемещении штока в вертикальном направлении перемещается каретка руки со скоростью, в 2 раза большей скорости движения штока.
Известен вариант конструкции, когда шток поршня цилиндра соединен непосредственно с кареткой руки. Однако в этом случае шток должен совершать в два раза больший ход, поэтому становится излишне длинным.
Механизм продольного перемещения руки робота (рис. 98) является еще одним примером передаточного механизма. В нем имеются два гидроцилиндра /, установленных на поворотном столе, поршни которых связаны с одинаковыми рейками 2. Зубья
на рейках нарезаны с обеих сторон. Каждая рейка входит в зацепление с двумя колесами 3. Со средним колесом зацепляются обе рейки. На валах каждого колеса 3 закреплено три одинаковых колеса 4. На среднем валу закреплено колесо 5, которое вращает колесо вертикального вала 6. Вертикальный вал 6 имеет V-образные выточки, параллельные оси вала. В выточки входят штыри 7, укрепленные неподвижно в колесе 8, которое установлено в подшипниках в каретке 9 руки 11. Колесо 8 входит в зацепление с рейкой 10, закрепленной неподвижно на руке 11. Один из гидроцилиндров вращает вертикальный вал в одну сторону, а второй ——в другую. Эта конструктивная схема позволила получить компактный передаточный механизм, обеспечивающий продольное перемещение руки при ее одновременном вертикальном перемещении. Большая часть звеньев механизма установлена на поворотном столе, поэтому их вес не нагружает привод вертикального перемещения каретки. Применение в механизме комплектов колес 3 н 4 дает возможность уменьшить мертвый ход при реверсе механизма и повысить плавность зацепления.
Несколько иначе решена конструкция реечного механизма продольного перемещения руки робота, выполненного по схеме, показанной на рис. 72. Здесь вертикальный вал 19 приводится во вращение от гидромотора через редуктор 9. Вертикальный вал имеет прямоугольное сечение, и крутящий момент на ведущее колесо реечной передачи передается через ролики. Это дает возможность уменьшить силы трения, которые могут достигать больших величин при одновременном движении руки в горизонтальном и вертикальном направлениях. В некоторых подобных конструкциях валы выполняются шлицевыми или круглого сечения с направляющей шпонкой, которая скользит в шпоночном пазу зубчатого колеса, установленного в каретке.
Реечный механизм часто применяется и в приводе поворота руки вокруг вертикальной оси. В манипуляторе робота «Юни- мейт》 (рис. 99) рейка / вращает зубчатое колесо 3, связанное с поворотным столом. Рейка приводится в движение двумя гидроцилиндрами 2. Так как точность этого механизма оказывает большое влияние на точность позиционирования руки, предусматриваются средства для уменьшения мертвого хода передачи. В конструкции 《бннмейт》рейка прижимается постоянно к зубьям шестерни специально предусмотренным гидроцилиндром.
Реечные передаточные механизмы применяются для привода схвата, а также для поворота и разворота кисти. В роботе, приведенном на рис. 57, реечные механизмы применены для поворотов кисти. Один механизм установлен в задней части руки. Рейка перемещается от штока гидроцилиндра. При перемещении рейки поворачивается полый вал, установленный внутри руки, и вместе с валом поворачивается кисть. Второй реечный механизм установлен в передней части кисти. Штанга с рейкой 186
Рис. 99. Реечный механизм поворота:
/ ——рейка; 2 ——гидроцилиндр； 3 — зубчатое колесо
перемещается от второго гидроцилиндра, расположенного в задней части руки. При перемещении рейки поворачивается зубчатое колесо и вместе с ним кисть робота.
На рис. 100 представлена конструктивная схема еще одного передаточного механизма привода кисти робота. В кисти / соосно установлены два зубчатых колеса 2 и 3. Колесо 3 входит в зацепление с рейкой 5, закрепленной на конце полого штока 9. Раскрытие и закрытие схвата осуществляется при осевом ходе поршня 16. При этом перемещается полый шток 9 с рейкой 5, поворачивающей зубчатое колесо 3 и закрывающей схват. Поворот кисти вокруг вертикальной оси осуществляется при движении поршня 17 со штоком 7, к которому прикреплена рейка 6, поворачивающая колесо вместе с кистью. Во избежание раскрытия схвата при повороте кисти одновременно с поршнем 16 перемещается поршень /7. Поворот кисти вокруг продольной оси происходит при осевом движении поршня /5, выполненного в виде трубы. В трубе 13 имеется винтовой паз, а во втулке 12 — штифт 18, входящий в этот паз. При перемещении поршня 15 втулку 12 поворачивает штифт 18, двигающийся по пазу трубы /3, а так как втулка 12 прикреплена к полому штоку 9, то он тоже поворачивается, вращая кисть / вокруг продольной оси руки. Описанную конструкцию отличает расположение исполнительных гидроцилиндров в задней части руки и отсутствие каких-либо магистралей гидросистемы в ее передней части. Поэтому устраняется возможность закипания или загорания рабочей жидкости при эксплуатации робота в горячих цехах, где его кисть может входить в горячие зоны и подвергаться влиянию высоких температур. Поршни 15, 16 и 17 работают в цилиндрах одностороннего действия и возвращаются в исходное положение пружинами //, 10 и 8 соответственно.
1Фh.1П1—g二 qHamdou |^^ "^^ -^ -sa^a e9Adl|中二 e9Adi —="工『乙8 -2;-总0й моьн — 6-eHHJKidu —••s---MO-nn I ^лм^оа I gcg-BJeax。Jehzd I『3。31roMBOIehgAm — gzKIJHX I
Рис. 101. Схема механизмов приводов схватов:
а — рычажно-кулисиый механизм; б — кулисный механизм; 8 ——реечио-рычажный механизм
В конструкциях роботов используются и рычажные передаточные механизмы. Наиболее часто они применяются для привода схвата. На рис. 101 приведены схемы конструкции наиболее часто встречающихся механических схватов. На рис. 101, а показан рычажно-кулисный механизм, одним из звеньев которого является шток поршня исполнительного гидроцилиндра. Усилие захвата здесь в значительной степени зависит от положения поршня, поэтому для обеспечения достаточного усилия зажима разных деталей обычно предусматривается набор сменных схватов, даже ес
ли детали незначительно отли
чаются по размерам (имеется в виду, что масса деталей близка к предельной). В показанном на рис. 101,6 кулисном механизме привода схвата усилие сжима также в значительной степени зависит от положения штока поршня. Чаще всего подобный схват применяется для работы с небольшими по массе деталями. На ■схеме 101,8 приведен реечно-рычажный механизм привода схвата, конструкция которого обеспечивает постоянство усилия на схватах независимо от положения штока поршня. Этот наиболее ■сложный из показанных механизмов обладает тем преимуществом, что не требует установки сменных схватов при работе с деталями, значительно отличающимися по размерам.
Передаточные механизмы типа «винт ——гайка» применяются в приводных устройствах схватов взамен реечных механизмов, а также совместно с реечными механизмами, как показано выше.
В качестве передаточного механизма датчиков обратной связи в основном применяются цилиндрические и реечные зубчатые механизмы. Однако известны и другие конструкции. В роботе УМ-1, например, для привода датчиков обратной связи при повороте руки вокруг вертикальной оси передача вращения ■с ведущего шкива на ведомый осуществляется посредством закрепленных на шкивах стальных лент.
В роботе «Юнимейт» для привода тех же датчиков используется роликовая цепь малого шага. Цепь охватывает ведомую
Рис. 102. Схема привода датчика обратной связи продольного перемещения руки робота «Юнимейт»:
1, 6 — шкив; 2 — поперечная планка； 3 — направляющая; 4 — гидроцилиндр； 5 — датчик обратной связи; 7 ——трос; 8 — рука
звездочку, установленную на валу датчика обратной связи, и крепится в гладком желобе на вертикальном валу поворота руки.
Привод датчика обратной связи продольного перемещения руки робота 《Юннмейт》 осуществляется тросом (рис. 102). Перемещение руки 8 производится гидроцилиндром 4, шарнирно установленным в корпусе башни. При движении руки параллельные несущие элементы ее перемещаются в направляющих 3。 На этих трубчатых элементах установлена поперечная планка 2火 с которой через пружину связан трос 7, укрепленный на средней линии шкива 6. При среднем положении руки несколько витков троса оказываются намотанными выше этой линии и несколько —ниже. От шкива 6 трос идет к шкиву 7, проходит через него и крепится к поперечной планке 2. Вал шкива 6 связан с валом датчика обратной связи 5. При своем движении поперечная планка 2 тянет ту или иную ветвь троса 7 в зависимости от направления движения. В результате вращаются шкив 6 и вал датчика обратной связи 5. Пружина в тросовой передаче устраняет мертвый ход при изменении направления движения.
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В качестве исполнительных двигателей в конструкциях роботов применяются гидродвигатели, гидроцилиндры, пневмодвигатели, пневмоцилиндры и электродвигатели. При этом в разных модификациях робота для привода манипулятора могут быть использованы в одном случае гидродвигатели, а в другом —гидроцилиндры. В манипуляторе робота, выполненном по схеме на рис. 57, для продольного перемещения руки используется гидродвигатель, а в его модификации ——гидроцилиндры. Гидродвигатель может быть установлен непосредственно на 190
каретке руки. От его вала через редуктор приводится зубчатое колесо, которое входит в зацепление с рейкой, вертикальный вал отсутствует. Каждая из рассмотренных конструкций имеет свои преимущества. Механизм с гидродвигателем на каретке руки является более простым, однако в этом случае затруднен подвод рабочей жидкости и каретка становится излишне утяжеленной. В роботе《Юннмейт» гидроцилиндры применены для осуществления всех движений, кроме движения схвата. Эти движения осуществляются либо непосредственно от штока гидроцилиндра (продольное перемещение руки, поворот руки в вертикальной плоскости), либо через промежуточную передачу.
Гидроцилиндры, как правило, выполняются отдельными самостоятельными узлами.
Пневмоцилиндры нередко встраиваются в несущие элементы конструкции. Примером подобного конструктивного решения может служить манипулятор, схема которого приведена на рис, ЮЗ. Рука 5 имеет две степени свободы (продольное перемещение, поворот вокруг вертикальной оси) и движение схвата. Перемещение руки осуществляется при подаче воздуха в одну из полостей пневмоцилиндра 1L Последний и его шток являются несущими элементами руки. Поворот кисти производится от пневмоцилиндра, выполненного самостоятельным узлом, который перемещает рейку 6. При этом зубчатым колесом 7 поворачиваются валы 9 и 13 вместе с пневмоцилиндром 14 и кистью 2 со схватом. Схват / закрывается при подаче воздуха под поршень 4. Раскрытие схвата осуществляется под действием пружины 3. В некоторых конструкциях с пневматическим приводом для получения поворотных движений вместо пневмоцилиндров применяются пйевмодвигатели.
В конструкции робота《Слнко》пневмомоторы используются для поворота руки вокруг вертикальной оси и поворота кисти вокруг продольной оси.
Электропривод применяется в конструкциях роботов пока довольно редко. Среди конструкций, получивших определенную
Рис. 103. Конструктивная схема руки робота с пневмоприводом:
7 — схват; 2 — кисть; 3 — пружина; 4, /0 — поршень; 5 — рука; 6 一 рейка; 7 — зуб- чатое колесо; 8 — колонна; 9, 13 — вал; //, 14 — пневмсцилиндр； 12 — шток ■
известность, в качестве примера робота с электроприводом можно назвать робот《Сандстрзнд».
Представляется перспективным применение в роботах небольшой грузоподъемности электродвигателей с дисковым ротором. Подобные двигатели уже применены в последних конструкциях робота «Трансфер аутомат Е», более ранние модели которого были выполнены с пневмоприводом.
ДАТЧИКИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Тип датчиков обратной связи, применяемых в промышленных роботах, определяется видом используемой в них системы управления. Датчики обратной связи предназначены для контроля текущих координат подвижных элементов робота и выдачи соответствующей информации в блок памяти или в сравнивающее устройство системы управления при отработке роботом заданной программы.
Выбор датчика обратной связи является одним из главных вопросов при проектировании робота. Приходится учитывать такие факторы, как помехоустойчивость датчика, его ресурс, габариты, возможность эксплуатации в заданных условиях окружающей среды и др.
Датчики обратной связи, используемые в промышленных роботах, можно разделить на две основные категории: аналоговые и цифровые, при этом, как правило, обеспечивается абсолютный отсчет перемещений.
В качестве датчиков аналогового типа наиболее распространены потенциометры и вращающиеся трансформаторы.
Потенциометр является электромеханическим преобразователем, выходное напряжение которого является функцией (как правило, линейной) угла поворота его вала и, соответственно, перемещения подвижного элемента робота.
В отечественных образцах роботов используются, как правило, многооборотные проволочные потенциометры точностью 0,1 и 0,05%. Для повышения надежности роботов предполагается использование многооборотных пленочных потенциометров, имеющих ресурс до 2——3 млн. циклов. Подобные потенциометры используются японскими фирмами. Они допускают эксплуатацию при температуре окружающей среды до +60° С, имеют сравнительно небольшие габариты. Наличие таких потенциометров с сопротивлениями 2,0——200,0 кОм позволяет использовать их в разных по структуре системах управления.
В качестве примера робота, в котором используются потенциометры, можно указать робот《Версатран» с позиционной системой управления. Здесь потенциометры используются и как датчики обратной связи, и как задающие элементы, монтируемые на пульте управления робота. Потенциометры используются
Рис. 104. Схема преобразования сигнала вращающегося трансформатора в цифровой код
В таких японских роботах, как RA и RB фирмы «Мицубиси», 《Юнлмзн» фирмы «Фудзикоси» и других.
Что касается вращающихся трансформаторов, то в отечественных образцах роботов используются, как правило, вращающиеся трансформаторы типа ВТМ-1В, имеющие точность преобразования угла 10'. Трансформаторы ВТМ-1В имеют достаточно надежную конструкцию, они хорошо зарекомендовали себя в станках с программным управлением и другом оборудовании.
Эти трансформаторы использованы, например, в конструкции промышленного робота 《УМ-1».
Однако для новых моделей роботов точность преобразования угла, обеспечиваемая трансформатором ВТМ-1В и аналогичными ему, в ряде случаев уже оказывается недостаточной.
Перспективно использование многополюсных синус-косинус- ных вращающихся трансформаторов, имеющих точность в несколько раз более высокую, чем у обычных вращающихся трансформаторов с одной парой полюсов. Большие выгоды обещает применение синус-косинусных вращающихся трансформаторов, у которых в одном корпусе совмещены машины с одной и многими парами полюсов. Это значительно упрощает передаточные механизмы роботов, в которых требуется применение двухканальной системы отсчета.
Учитывая относительную простоту конструкции, небольшую стоимость и ряд других факторов, следует считать перспективным использование вращающихся трансформаторов в цифровых системах управления. В этом случае информация в аналоговой форме на выходе вращающегося трансформатора должна быть преобразована в цифровую, представляющую собой код величины перемещения вала трансформатора.
На рис. 104 представлена одна из возможных схем преобразования сигнала вращающегося трансформатора в цифровой код.
В этой схеме последовательно осуществляются преобразования угла поворота вращающегося трансформатора (ВТ) в сдвиг фаз, сдвига фаз во временной интервал и временного интервала в цифровой код. Первое преобразование осуществляется с помощью самого ВТ, работающего в режиме фазовращателя, при этом Ui——опорное напряжение, U2 — напряжение, имеющее фазу, сдвинутую относительно фазы опорного напряжения на величину, пропорциональную углу поворота ротора ВТ.
Второе преобразование выполняется с помощью схем выделения ноля CBHi и СВН2, выдающих одиночные импульсы напряжения U3 л U4 в моменты прохождения напряжений Ui и U2 через ноль. Импульсы напряжений U3 и U* таким образом, отстоят друг относительно друга на временной интервал, пропорциональный сдвигу фаз и соответственно углу поворота ротора ВТ.
Этот временной интервал преобразуется в цифровой код, что достигается подачей импульсов U3 и U4 на вход триггера Т. При подаче импульса U3 триггер переключается и с помощью импульса U5 открывается схема совпадения И, и генератор ГИ заполняет счетчик импульсов. При подаче импульса U4 вход счетчика закрывается. В результате на выходе счетчика оказывается требуемый цифровой код. После считывания полученной информации счетчик возвращается в исходное положение.
Таким образом, использование вращающегося трансформатора для получения информации в цифровой форме требует применения специального преобразователя, что несколько усложняет систему управления робота и понижает ее надежность.
В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию надежных, удобных в эксплуатации и, главное, недорогих дат-
Рис. 105. Кодовый датчик обратной связи
Рис. 106. Схема кодового датчика:
/, 3 — диск; 2 — блок лампочек; 4 — блок фотодиодов
чиков обратной связи, осуществляющих непосредственное преобразование величины перемещения в цифровой код. Эти датчики со временем найдут широкое применение в конструкциях промышленных роботов. В качестве примера кодового датчика обратной связи рассмотрим фотоэлектрический датчик 《угол ——код», использованный в конструкции американского робота «Юнимейт».
Общий вид кодового датчика приведен на рис. 105;
схем атическое устройство — на рис. 106.
На диски 5 и / нанесена маска в циклическом коде Грея, причем на диск 3 нанесена шестиразрядная маска, на диск / ——
семиразрядная.
Спиральные дорожки, нанесенные на диск /, выполняют, кроме того, вспомогательные функции в согласовании отсчетов дисков 3 и 1.
Кодовые датчики, примененные в роботе《Юнлмейт», имеют срок службы 10 тыс. ч; габариты датчика 150Х115X80 мм.
Известны конструкции кодовых датчиков, в которых в целях повышения надежности считывание информации дублируется.
Следует отметить, что в промышленных роботах с помощью датчиков обратной связи осуществляется, как правило, отсчет перемещений в абсолютных единицах, т. е. в каждый момент времени информация, получаемая с датчиков, полностью характеризует фактическое положение подвижных элементов робота.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В качестве направляющих для поворота исполнительных устройств применяются радиальные, радиально-упорные шариковые и роликовые подшипники. Для уменьшения сопротивления движению в направляющих линейного перемещения нередко применяются ролики.
На рис. 107 представлены схемы нескольких вариантов конструкций роликовых направляющих, применяемых в роботах. В первой конструкции см. рис. 107, а к колонне 5 прикреплены две направляющие полосы / треугольного сечения. Полосы / охватываются роликами 2 л 4, установленными на подшипниках;
Рис. 107. Направляющие линейного перемещения.Рис. 107. Направляющие линейного перемещения.2)2)
Рис. 107. Направляющие линейного перемещения.
Рис. 107. Направляющие линейного перемещения.
2)
2)
1 — направляющая полоса; 2, 4, 7, 9, ", /3, /6 — ролик； /4, 〃 — каретка- 5, 12 — колонна; 6, /5 — рука; 8, 10 — планка
их оси закреплены в корпусе каретки 3, которая вместе с рукой робота перемещается вертикально вдоль колонны.
В конструкции, показанной на рис. 107,6, рука 6 робота перемещается в трех направляющих роликах 7, расположенных под уг〃ом 120° друг относительно друга. Оси роликов крепятся в каретке. Для направления руки предусматривается два комплекса таких роликов. Ролик 9, буртики которого охватывают планку 8, служит для удержания руки от вращения вокруг продольной оси. В конструкции, показанной на рис. 107,8, оси роликов 13 укреплены на каретке 74, которая перемещается вместе с рукой по колонне 12. От вращения каретку удерживают Два ролика //, которые охватывают планку 10, закрепленную неподвижно на колонне. В конструкции предусмотрена возможность регулирования положения направляющих роликов 13 и удерживающих роликов 1L
В конструкции, показанной на рис. 107, г, рука 15 перемещается на четырех роликах 16, которые установлены в кронштейнах каретки 17. Несущий элемент руки 15 согнут из листового 196
материала и представляет в сечении квадрат, в углы которого упираются ролики.
В роботах, где движение осуществляется от упора до упора, направляющие качения для прямолинейного движения обычно не применяются.
СИЛОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Силовое электрооборудование роботов включает в себя, приводные двигатели гидравлических насосов и генераторов спецтоков, аппаратуру управления электродвигателями, 'Понижающие трансформаторы, силовые выключатели, а также предохранители и другие устройства.
Силовое электрооборудование, как правило, размещается в конструкции самого робота, что обеспечивает минимальную длину кабельных связей манипулятора с пультом управления и другими внешними устройствами, повышает удобство и простоту обслуживания.
К виброустойчивости электрооборудования, размещенного в конструкции робота, предъявляются повышенные требования, так как оно должно надежно работать в тех же условиях, что и сам робот.
В качестве примера на рис. 108 приведена схема силового электрооборудования робота «Юнимейт» модели 2200.
Сеть трехфазного переменного тока (220 В, 50 Гц) подключается к роботу через основной выключатель В, расположенный в главной распределительной коробке.
Рис. 108. Схема силового электрооборудования
От основного выключателя трехфазный ток подводится к контактам магнитного пускателя Р1, а однофазный ток — к выводам первичной, обмотки трансформатора Тр. Вторичная обмотка трансформатора Тр обеспечивает управление пуском электродвигателя и работой силовых цепей.
При нажатии кнопки《пуск» срабатывает пускатель Р1 и через свои нормально открытые контакты включает трехфазный асинхронный электродвигатель М насосной станции и одновременно подает напряжение 220 В в блок питания системы управления робота. Кнопка «пуск» блокируется нормально открытым контактом пускателя Р1, нормально открытым контактом реле Р2 и контактами реле давления РД. В цепь катушки магнитного пускателя Р1 включены также нормально закрытые контакты тепловых，реле РТ, включенных в две фазы двигателя М.
Реле Р2 запитывается от блока питания напряжением + 12 В.
Если давление в гидросистеме падает ниже 35 кгс/см2 или происходит потеря постоянного напряжения +12 В, подача тока к катушке пускателя прерывается, и робот останавливается.
В силовом электрооборудовании роботов применяются стандартные электроагрегаты и коммутирующая аппаратура, поэтому нет необходимости подробно рассматривать их конструкцию.
Глава VII
КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗМОВ СХВАТОВ РОБОТОВ
L ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Роботы применяются на самых разнообразных операциях и работают с деталями, резко отличающимися по прочности, массе, габаритам, конфигурации, расположению центра масс, шероховатости поверхности. Детали могут быть изготовлены из различных металлов, керамики, стекла, пластмассы. Это могут быть и массивные поковки и крупногабаритная тара из пластмассы, стальные листы, кирпич, листы из стекла и стеклянные трубки. Один и тот же робот может транспортировать собранные узлы, тару с насыпанными мелкими деталями, емкость с жидкостью и, кроме этого, работать различным инструментом —распылителем, гайковертом, пневмоотверткой. Поэтому обычно для каждой модели робота создается большое число всевозможных схватов, которые при необходимости легко и быстро заменяются и монтируются на кисти. В некоторых конструкциях роботов схваты могут меняться автоматически в соответствии с записанной программой.
Схваты можно подразделить на：
——механические с жесткими или пружинящими губками;
—с вакуумными присосами；
—с электромагнитами；
—с сенсорными датчиками;
—прочие схваты, в том числе схваты, несущие инструмент. Нередко эффективность применения робота при выполнении тех или иных технологических операций определяется тем, насколько удачно выбрана конструкция схвата. Во многих случаях схваты должны приспосабливаться к изменению размеров детали после обработки. В схватах нередко вводятся гибкие элементы, что делает их самоустанавливающимися.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СХВАТЫ
В качестве приводов механических схватов используются гидро- и пневмо цилиндры, штоки которых через систему рычагов или других механизмов приводят схваты в действие.
На рисунках 109—115 приведены примеры конструктивных решений некоторых механических устройств схватов промышленного робота «Юнимейт».
Рис. 109. Схват с рычажно-кулисным приводом:
7 — рычаг; 2, 3 — губки
На рис. 109 представлен схват с рычажно-кулисным приводом и сменными губками 2, 3 к нему. Для деталей, имеющих пар аллельные плоскости, применяются самоуста- навливающиеся губки схвата 3. Если диаметр детали меняется после обработки, то используются губки 2 для деталей разных диаметров.
В некоторых случаях на кисти рационально иметь два или четыре схвата. Схема кисти с
двумя схватами приведена на рис. НО. Один схват, например, может снять крышку с контейнера, второк ■—вынуть из контейнера деталь. Этот же принцип применяется при обслуживании станка: один схват вынимает деталь из патрона и отводит ее в сторону при развороте кисти, второ访一устанавливает в патрон станка заготовку.
Рис. 110. Кисть с двумя схватамиРис. 110. Кисть с двумя схватамиДля работы с тяжелыми и громоздкими деталями применяется схват, схема которого показана на рис. 111. Здесь центр масс детали расположен недалеко от места, за которое деталь удер-
Рис. 110. Кисть с двумя схватами
Рис. 110. Кисть с двумя схватами
Рис. 111. Схват для работы с тяжелыми деталямиРис. 111. Схват для работы с тяжелыми деталямиживается, чем уменьшается возможность качания детали во время ее переноса.
Рис. 111. Схват для работы с тяжелыми деталями
Рис. 111. Схват для работы с тяжелыми деталями
Если деталь должна быть переориентирована, то применяется кисть с двойным схватом (рис. 112). «Шляпообразная^> деталь захватывается внешними схватами 2, когда она стоит фланцем вверх. Когда деталь перевернута, цилиндр меньшего диаметра захватывается схватами 1. Так делается во всех случаях, когда в процессе обработки форма и размеры детали значительно меняются.
Для работы с длинными тонкими трубками используется схват с пневмоприводом, выполненный так, как показано на рис. 113. При включении пневмоцилиндра 2 пальцы / и 4 двигаются по дуге, пока не встанут перпендикулярно оси трубки, далее они входят в трубку и зажимают её.
Схват с пневмоприводом используется для работы с длинномерными деталями, имеющими в сечении неправильную форму. Кисть с подобными схватами показана на рис. 114. Кисть имеет длинную балку 3, на концах которой смонтированы два схвата 2, имеющих по одному приводному пневмоцилиндру
Для переноса больших полых цилиндрических детале访，например емкостей, изготовленных из пластмасс, применяется схват, схема которого показана на рис. 115.
В углах рамы 7 на осях установлены три звездочки 4. На осях звездочек вместе с ними установлено три одинаковых кулачка 3. Звездочки 4 охватываются цепью
Рис. 112. Кисть с двойными (внутренним / и внешним 2) схватами
Рис. 114. Схват для длинномерных деталей： / — пиевмоцнлнидр; 2 — схват; 3 — балка
Для привода цепи используется гидроцилиндр или пневмоцилиндр 2. При включении цилиндра 2 цепь 5 перемещается и кулачки поворачиваются до тех пор, пока не упрутся в боковую поверхность переносимой детали. Один тако访 схват пригоден для работы с деталями различного диаметра.
Для роботов, используемых на разгрузке и раскладке кирпича, сконструированы специальные схваты с пневмоприводом, которые содержат набор лопаток. Схваты могут удерживать до 24 кирпичей стандартных размеров (по 8 шт. в 3 ряда). В некоторых случаях применяются специальные типы схватов (деталь, например, может прижиматься к кронштейну штоком исполнительного цилиндра).
Ниже приведены примеры некоторых конструкций схватов для отечественного робота УМ-1. Эти устройства предназначены для роботов, выполняющих переноску, ориентирование, установку и снятие обработанных деталей при обслуживании операций на токарных станках.
На рис. 116 показан схват, с помощью которого роботом обслуживается одновременно два токарных станка, используе-
Рис. 115. Схват для полых цилиндрических деталей:
/ — рама; 2 — гидроцилиидр или пневмоцилиндр； 3 — кулачок; 4 — звездочка; 5 — цепь
мых для обточки и внутренней расточки гильзы. В процессе выполнения операций робот с этим схватом берет заготовку из накопителя, устанавливает ее в кулачковый патрон первого станка, снимает обработанную заготовку, переворачивает ее на 180°, устанавливает в разжимную оправку второго станка, снимает готовую деталь и укладывает ее в нако
питель. Конструкция схвата предусматривает возможность компенсации некоторого несовпадения оси обрабатываемой детали и осей шпинделей станков с осью схвата, а также《мягкую》до- смлку детали до упора в патрон станка. Для этой цели схват снабжен самоориентирующимися 《плавающими》 схватами, имеющими две степени свободы ——вдоль оси руки робота и вокруг оси губок схватов. Неточности совпадения осей компенси
рует также резина, которой облицованы ложементы схвата.
С помощью схвата, показанного на рис. 117, робот УМ-1 должен выполнить примерно такие же операции, как и в предыдущем случае при обработке другой детали ——ступицы колеса.
Рис. 116. Схват для гильзыРис. 116. Схват для гильзыДеталь захватывается за отверстие, а неточности совпадения осей схвата, детали и шпинделя станка ко мпенсируются резиновыми обечайками, которыми облицованы рычаги / схватов. Надежное прижатие детали к торцу патрона обеспечивается двумя подпружиненными упорами 2.
Рис. 116. Схват для гильзы
Рис. 116. Схват для гильзы
Рис. 117. Схват для ступицы колеса: / — рычаг; 2 — упор
Рис. 118. Самоориентирующий схват для цилиндрической заготовки массой 25 кг
Еще один образец самоориентирующего схвата к роботу УМ-1 показан на рис. 118. Этот схват предназначен для взятия из тары, установки в патрон токарного станка, снятия и укладки в другую тару полой, цилиндрической стальной заготовки диаметром до 200 мм и массой до 25 кг. Самоустановка здесь достигается независимым поворотом каждого схвата на оси. После снятия нагрузки губки схватов возвращаются в первоначальное положение. Для работы с деталями разных диаметров, а также при переходе на обработку новой детали, предусмотрена перестановка схватов в три фиксированных положения.
На рис. 119 представлена конструкция схвата, рычажная стрела которого позволяет широко разводить схват, не увеличивая хода приводного пневмоцилиндра. В результате при разводе губок схватов на требуемые углы время на включение и выключение схвата уменьшается.
Рис. 119. Схват широкоразводный
Следует отметить, что при конструировании схватов большое внимание удаляется снижению их массы, так как при увеличенной массе схватов, находящихся на большом расстоянии от вертикальной оси поворота руки, значительно возрастает момент инерции вращающихся элементов, в связи с чем уменьшается грузоподъемность робота.
ВАКУУМНЫЕ СХВАТЫ
Вакуумные схваты применяются преимущественно при работе с листовыми деталями. Эти схваты отличает простота конструкции и небольшая масса. Наиболее распространенная конструкция вакуумного схвата показана на рис. 120. Одним из основных элементов этих схватов является чашка-присоска 5, которая делается обычно из резины или пластмассы. Присоски используются также для захвата стеклянных деталей со сложной наружной поверхностью или для захвата нескольких раз-
ных по форме, но близких по размеру деталей. Иногда присоски делаются в виде пластин с большим количеством отверсти访， каждое из которых предназначено для захвата одной детали.
Откачивание воздуха ^з-под присоски производится вакуумным насосом через шлащ, протянутый вдоль руки робота, или с помощью эжектора, работающего от цеховой сети сжатого воздуха.
Для запуска и выключения вакуумного насоса в магистраль насоса встраивается датчик, который при образовании заданной степени вакуума подает сигнал в систему управления роботов.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СХВАТЫ
У схватов, работающих с помощью электромагнитов, область применения аналогична с вакуумными схватами. Преимуществом электромагнитных схватов является большая сила притяжения на единицу площади, быстрота срабатывания 耳 простота конструкций. К их недостаткам следует отнести возможность использования схватов только для работы с деталями из магнитных материалов и наличие остаточного магнетизма на перемещаемых деталях. Менее удобны схваты с постоянным магнитом (рис. 121), так как в этом случае снятие детали должно производиться с помощью приспособления.
Рис. 121. Схваты электромагнитные с одним (а), двумя (6) и четырьмя (s) магнитами:
/ — деталь; 2 — магнит
СХВАТЫ С СЕНСОРНЫМИ ДАТЧИКАМИ
В некоторых случаях необходимо, чтобы робот наряду с выполнением основных функций выдавал разного рода информацию, например об исправности и правильности работы оборудования в момент установки й обработки детали, а также ° соблюдении заданных параметров в процессе обработки и т. д. Роль контрольных органов могут исполнять специальные датчики, выдающие сигналы о всевозможных отклонениях от задан- ног。режима или об изменении условий обработки или внешней среды. В ряде случаев, когда требуется информация о взятии и установке детали, об усилии сжимания, температуре, скорости перемещения детали или о положении схвата относительно детали и т. д., используются сенсорные датчики, которые устанавливаются непосредственно на схватах.
СХВАТЫ С РАБОЧИМ ИНСТРУМЕНТОМ
Многие из схватов, которыми оснащены роботы, несложно приспособить для выполнения основных операций производственных процессов, например, для сварки, нанесения покрытий и др. Для этого надо установить на схват клещи для точечной сварки, приспособление, несущее электрод или газовую горелку, пистолет для нанесения пластмасс или лакокрасочных покрытий. Существуют схваты с ножницами для обрезки кабеля, разработаны схваты с устройством для гибки труб.
Схваты с надувными резиновыми оболочками (мешками) хорошо зарекомендовали себя в работе с хрупкими изделиями различной формы.
Державки к схватам для деталей, имеющих очень сложную форму, могут быть изготовлены путем отливки пластмассы в форму, сделанную непосредственно по детали. При необходимости эта пластмасса может быть армирована стекловолокном.
Большие трудности вызывает использование роботов на сборочных операциях. Эти трудности можно в некоторых случаях легко преодолеть, если для соосной установки двух сопрягаемых деталей сообщить схвату с деталью, которая должна быть вложена в отверстие, колебательные движения. При совмещении осей отверстия и детали амплитуда становится меньше и прекращение колебаний служит сигналом для открытия схвата.
В процессе эксплуатации роботов приходится создавать различные конструкц'И'и схватов, всякий раз заботясь о наибольшей приспособленности схвата к детали.
Глава VIII
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОВ
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Системы управления промышленных роботов могут быть разделены на две основные грушш:
работающие по жесткой программе;
работающие по гибкой программе.
В свою очередь системы управления, работающие по жесткой программе, могут быть разделены на：
——цикловые;
——позиционные;
—контурные;
—контурно-позиционные.
Приведенная классификация является укрупненной и отражает лишь главную особенность систем управления, связанную с их назначением.
Системы одинакового назначения могут иметь различное конструктивное исполнение. Например, известны цикловые системы управления, построенные как на электрических, так и на пневматических логических элементах.
Разнообразны применяемые в системах управления роботов программоносители. В известных образцах отечественных и зарубежных роботов для этой цели широко используются штекерные панели (роботы ПР40И и《Анда》)，штекерные барабаны (роботы «Универсал-50» и «Версатран Р»), перфоленты (роботы УМ-1 и «Юнимэн-2000»), магнитные барабаны (робот 《Юннме访т» модели 2200), а также кассеты с магнитной лентой (робот «Юнимэн-3000»).
Большим разнообразием отличаются также применяемые в роботах датчики обратной связи даже для сходных по структуре систем управления.
Конструкция систем управления зависит от типа исполнительного привода.
Позиционные и контурные системы управления могут быть аналоговыми и цифровыми, что, главным образом, определяется видом используемых в них устройств сравнения сигналов программы работы робота и сигналов датчиков обратной связи.
Роботы, работающие по жесткой программе, составляют группу роботов первого поколения.
Дальнейшая перспектива расширения возможностей и областей применения промышленных роботов связана с оснащением их различного вида сенсорными датчиками и адаптивными системами управления. Такие роботы должны обладать большей гибкостью и выполнять ряд операций, недоступных роботам первого поколения (взятие, захват и установка неориентированных деталей, сборка несложных узлов и т. д.). В простейшем случае адаптивные системы управления включают логические блоки, осуществляющие сбор и переработку информации, поступающей от ограниченного числа сенсорных датчиков, фиксирующих значение самых необходимых параметров. С усложнением задач, которые должны решать роботы во взаимодействии с внешней средой, оказывается необходимым создавать адаптивные системы управления на базе мини-компьюторов и ЭВМ.
Условно к адаптивным системам управления могут быть отнесены и создаваемые в разных странах экспериментальные образцы систем управления роботов третьего поколения, которых отличает наличие развитой подсистемы зрительного восприятия трехмерного пространства и использование ее для управления движением исполнительного устройства.
В настоящей главе более подробно рассмотрены системы управления роботов, работающих по жесткой программе.
ЦИКЛОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Цикловые системы управления нашли применение в промышленных роботах с ограниченным числом точек позиционирования, в которых перемещения подвижных элементов ограничиваются либо концевыми выключателями, либо жесткими переналаживаемыми упорами.
На рис. 122 показана панель управления пульта робота АН-6 фирмы 《Аида》， оснащенного цикловой системой управления (перемещения подвижных элементов робота ограничиваются жесткими упорами).
В левой части панели располагаются органы ручного управления, в правой ——программное коммутационное поле.
Отдельные органы ручного управления имеют следующее назначение:
— тумблер 《Реле времени» ——для включения временной задержки между циклами при отработке роботом заданной программы;
регулятор 《Время》一для установки величины задержки времени между циклами;
регулятор 《Такт》一для установки частоты тактовых импульсов;
—тумблеры А, В, Ct D и Е ——для управления подвижными элементами робота в ручном режиме (А—поворот руки, В —
20920914 Заказ 3483
209
209
■Hv bio90d BiqyAu KHHOUaBduA quoHBU •& .ys-^■Hv bio90d BiqyAu KHHOUaBduA quoHBU •& .ys-^
■Hv bio90d BiqyAu KHHOUaBduA quoHBU •& .ys-^
■Hv bio90d BiqyAu KHHOUaBduA quoHBU •& .ys-^
выдвижение руки, С — схват, D — вращение кисти, Е — подъем и опускание руки);
—кнопка Р — для управления технологическим оборудованием, работающим в комплексе с роботом, в режиме наладки технологического процесса.
Программное коммутационное поле содержит:
—наборное штекерное поле емкостью 100 гнезд;
—пять групп гнезд 4 В, С, D, Е (по шесть гнезд в группе), каждая из которых соответствует одному из движений органов робота;
——десять гнезд «Пресс», G, Н, J, К ——для связи системы управления робота с технологическим оборудованием;
—гнезда «Повторение цикла» и《Останов》.
Три верхних гнезда каждой группы гнезд А, В, С, D, Е соответствуют движению исполнительного органа робота из исходного положения в другое крайнее, а нижние гнезда —— возврату в исходное положение.
Блок-схема системы управления робота АН-6 приведена на рис. 123.
Импульсы генератора тактовых импульсов через схему совпадения подаются на блок распределения импульсов, подключенный к наборному штекерному полю. С помощью блока распределения импульсы последовательно подаются ко всем
Ручное управлениеРучное управлениеWEYC彥呈0= F二сстои0^^WEYC彥呈0= F二сстои0^^Pe/te бремениPe/te бремениQ 9-力学dе *0姦Q 9-力学dе *0姦Q nauaiun'n-§ч^Q nauaiun'n-§ч^-QHqyBEnHU之n xo'g-QHqyBEnHU之n xo'gан舌90写倉0аант里9 § ^s§^ан舌90写倉0аант里9 § ^s§^
Ручное управление
Ручное управление
WEYC彥呈0= F二сстои0^^
WEYC彥呈0= F二сстои0^^
Pe/te бремени
Pe/te бремени
Q 9-力学dе *0姦
Q 9-力学dе *0姦
Q nauaiun'n-§ч^
Q nauaiun'n-§ч^
-QHqyBEnHU之n xo'g
-QHqyBEnHU之n xo'g
ан舌90写倉0аант里9 § ^s§^
ан舌90写倉0аант里9 § ^s§^
Рис. 123. Блок-схема цикловой системы управления робота АН-6
гнездам поля. Для этой цели в блоке используются два четырехразрядных счетчика импульсов и два дешифратора. Счетчики включены таким образом, что сброс первого осуществляется всякий раз, когда на его вход поступает одиннадцатый импульс, при этом импульс переносится на счетный вход второго счетчика.
Выходы дешифраторов подсоединены к гнездам наборного поля через логические схемы совпадения. После прихода импульса к сотому гнезду наборного поля оба счетчика сбрасываются, и цикл обегания импульсами гнезд поля повторяется.
Частота генератора тактовых импульсов регулятором《Такт》 (см. рис. 122) может регулироваться в пределах 50—10 Гц, что позволяет изменять нремя «обегания» поля 'и соответственно время цикла от 2 до 10 с.
Программа работы робота набирается на коммутационном поле с помощью проводников, оконцованных штекерами. Для этого в соответствии с карточкой программирования один конец каждого проводника вставляется в гнездо наборного поля, а другой — в одно из гнезд, со отв етств ующих движению исполнительных органов робота или управлению технологическим оборудованием, либо в одно из гнезд «Повторение цикла» или «Останов».
Соединение проводником гнезда «Повторение цикла» с любым промежуточным гнездом наборного штекерного поля позволяет задать требуемую продолжительность цикла в соответствии с конкретным технологическим процессом. В этом случае сброс счетчиков блока распределения импульсов происходит после прихода импульса к промежуточному гнезду поля, соединенному с гнездом «Повторение цикла».
Соединение проводником гнезда «Останов» с любым гнездом наборного штекерного поля позволяет автоматически прервать отработку роботом программы в любом месте. Использование гнезда «Останов» оказывается удобным при наладке технологического процесса, так как позволяет проверять набранную на пульте робота программу по шагам.
Срабатывание исполнительных реле (см. рис. 123), предназначенных для управления движением исполнительных органов робота или технологическим оборудованием, осуществляется через триггерные ячейки, подключенные к гнездам наборного штекерного поля, и усилители. Блоки № 1 и триггеров, и усилителей используются для управления органами самого робота, блоки № 2 — для управления внешним технологическим оборудованием, работающим в комплексе с роботом.
На блок-схеме (см. рис. 123) показано включение реле времени, обеспечивающего задержку времени между циклами. Со стороны наборного штекерного поля (см. рис. 122) запуск реле времени осуществляется через гнездо «Повторение цикла». В свою очередь сигнал реле времени подается к блоку распре- 212
деления импульсов через схему совпадения. Регулятором 《Время》 на панели пульта управления задержка времени может устанавливаться в пределах 0—30 с.
На рис. 124 показана карточка программирования робота.
Знак
Вид
X
4
3*ак програлгма- робанил
Поворот руки 龙
4
Лобо加Е 卩”“ 6а卩або
4
必",
-—
/
*
Л/
Вттибание
руки
--
/
4
"о’а貫тие 卩и
6
Е6
Опускание
左
&
Размь/хание Сибата
d
Сё
Сжатие а^7?777
С
ех
Вращение кисти Небо
2
*-
С
Зра以 е〃“е кисти 6〃ра6о
2
柴
夕
Пос力едобате力&нот
2
3
S
7
8
夕
70
72
乃
3“ак деистбиа
пр。？卩аммино 勿々"
£х
Сх
Лх
以
eg
以
46
〃，
£6
Необходимое брема
аз
勿
々夕
弘
纟步
纣
«3
纟2
?3
X： анезда
7
хг
22
3/
46
5s
60
S3
72
75
77
勿
ООозааие斤иа：彳-код ■ 6 - бозбрат
Рис. 124. Карточка программирования робота АН-6
Следует заметить, что интервал времени, фиксируемый в карточке программирования, определяет собой время между началами двух последовательных операций, а не время, необходимое для перемещения того или иного исполнительного органа
робота или технологического оборудования.
Пример карточки программирования, приведенной на рис. 124, соответствует частоте тактовых импульсов, равной 10 Гц. Последовательность операций, приведенных в карточке:
1 — выдвижение руки, 2 — опускание руки, 3 — сжатие схвата, 4 — поднятие руки, 5 ——втягивание руки, 6 ——поворот руки вправо, 7 — выдвижение руки, 8 — опускание руки, 9 — размыкание схвата, 10 — втягивание руки, 11—включение пресса, 12 — по
ворот руки влево, 13 ——отмена сигнала на включение пресса, 14 — поднятие руки.
Для набора программы (рис. 125) одно из верхних гнезд группы В проводником соединяется с гнездом / наборного поля,
затем одно из верхних гнезд группы £ — с гнездом 〃 наборного поля и так далее в соответствии с карточкой программирования.
Блоки, на которых собираются цикловые системы управления, обычно компактны и могут быть размещены в конструкции самого робота.
Известны конструкции цикловых систем управления, в которых наборное штекерное поле заменено наборным полем на декадных переключателях.
Объем наборного поля в каждом конкретном случае определяется технологическим назначением робота и числом его степеней свободы. Так, в роботе «ПР-10И», в котором в отличие от робота АН-6 имеется дополнительная возможность останова руки при повороте в промежуточном положении, наборное штекерное поле имеет 150 гнезд.
Цикловые системы управления могут быть выполнены и во взрывоопасном исполнении. В этом случае наиболее целесообразным является их построение на базе пневматических логических элементов, как это сделано в роботе модели ПР-10С.
Переналаживаемая цикловая система управления роботом ПР-10С построена на базе пневматической агрегатно-модульной системы 《Цикл》, разработанной Институтом проблем управления [19] и заводом «Тизприбор», и может быть использована в пожаро- и взрывоопасных помещениях, а также в условиях радиационных и магнитных полей.
Время одного такта в системе управления задается генератором и регулируется в непрерывном интервале от 0,1 до 0,2 с.
Система обеспечивает работу робота в автоматическом и наладочном режимах.
Система управления имеет блочную структуру, что позволило при наличии серийно выпускаемых функциональных блоков значительно сократить сроки проектирования системы и упростить ее обслуживание и наладку. По зарубежным данным, затраты на разработку и отладку системы циклового управления с использованием функциональных блоков составляет 10% от затрат на систему, построенную обычным способом, однако в этом случае появляется некоторая избыточность элементов и модулей.
Стандартная структура системы управления роботом ПР-10С, показанная на рис. 126, состоит из блока логических условий БЛУ, блока распределения команд БРК, генератора Г, блока выхода БВ и блока временных задержек БЗ.
БЛУ вырабатывает сигналы логических условий, разрешающих первоначальное включение робота, выполнение тех или иных движений, переход на следующий цикл и вызывающих остановку робота. На входы БЛУ подаются сигналы Xi——Хб контроля состояния обслуживаемого оборудования ОО, сигнал у о падении давления в исполнительной пневмосистеме, сигналы Za ——Ze контроля состояния исполнительных органов робота, Р, сигналы
Рис. 126. Структура цикловой системы управления роботом ПР-ЮС
ai——以4 0 0》"——0±°), поступающие с панели пульта управления ППУ, сигнал У от БЗ, а также сигналы от гнезд Р, Ж—” и 150, расположенных на коммутационном поле. Сигналы с выхода БЛУ поступают на входы БРК и БВ.
БРК выдает команды на управление движением исполнительных органов робота и управление обслуживаемым оборудованием, этот блок представляет собой обегающее устройство (кольцевой счетчик) емкостью 150 точек. Поступающие от генератора Г через БЛУ импульсы Xri последовательно пробегают все точки. БРК выполнен в виде прямоугольной матрицы (рис. 127), которая состоит из двух обегающих устройств, собранных по каскадной схеме и работающих в восьмеричной системе счисления, и дешифратора, собранного по прямоугольной
Рис. 127. Принципиальная схема блока распределения команд:
Т ——триггер с раздельными входами; SR — входы включающий и выключающий соответственно; Тс — триггер со счетным входом； И ——двухходовын логический элемент, выполняющий операцию конъюнкции; а, b — выходные сигналы
схеме. Одно обегающее устройство считает до 8, а второе — числа, кратные 8. Выходы обегающих устройств соединены со входами дешифратора, в узлах которого (в точках пересечения горизонтальных и вертикальных линий, обозначенных знаком 《X》)расположены логические двухвходовые элементы《И». Выходы элементов И соединены с матричным полем коммутационной платы. Обегающее устройство, считающее до 8 (горизонтальное), работает по переднему и заднему фронтам импульса Хп； обегающее устройство, считающее числа, кратные 8 (верти-
кальное), имеет счетный триггер и работает только по переднему фронту импульса。8・
В автоматическом режиме сигналы от БРК поступают к БВ в результате коммутации определенных гнезд матричного поля с гнездами %f)——Ер, соответствующими движениям исполнительных органов робота, и с гнездами а(】)一е(°), управляющими обслуживаемым оборудованием.
Последний обеспечивает запоминание поступающих команд и формирование воздействий Za — ZE на органы управления роботом Р; воздействий Zi —Z6 -на органы управления ОО и воздействий Va ——Уе на органы индикации, расположенные на ППУ.
БЗ реализует выдержку времени между концом одного цикла и началом следующего, величину которой можно регулировать от 1 до 50 с.
Рассмотрим более подробно функции, выполняемые БЛУ.
БЛУ обеспечивает два режима работы робота: автоматический и наладочный.
Выбор режима осуществляется тумблером аз. При автоматическом режиме снимается питание с кнопок 自尸一р£), управляющих перемещением исполнительных органов робота в наладочном режиме. При наладочном режиме отключается БРК и формируется сигнал, запрещающий включение робота при нажатии на кнопку% (《Пуск》).
БЛУ разрешает первоначальное включение робота после наладки только в том случае, если все его исполнительные органы находятся в исходном положении. При этом от БЛУ на вход БРК подается сигнал Qn, подготавливающий БРК к включению, и разрешается проход импульсам ХГ1 от генератора к БРК.
БЛУ вырабатывает условия перехода от одной операции цикла к следующей, складывающиеся из основного условия и разрешающего. Разрешающее условие отражает связь с обслуживаемым оборудованием. В отдельных случаях разрешающее условие может отсутствовать, тогда команда на начало операции подается по приходе импульса Хи в гнездо матрицы, соединенное с одним из гнезд ,соответствующим этой операции. Разрешающим условием для выполнения любой операции цикла является поступление сигналов Х\ — Хб от обслуживаемого оборудования. Команда на переход к следующей операции при наличии разрешающего условия формируется путем коммутации одного из гнезд Ж—Н с гнездом матрицы, расположенным перед гнездом, соединенным с гнездом 用一е口 соответствующего движения. Если сигнал Х【——Хб,
* Верхние индексы (1) и (0) означают соответственно включение и возврат исполнительных органов робота, нижние 1—3 — номер гнезда.
подтверждающий выполнение команды обслуживаемым оборудованием, отсутствует, то БЛУ вырабатывает сигнал, запрещающий прохождение импульсов Хг( от Г к БРК； одновременно в БРК запоминается координата последнего опрошенного гнезда матрицы. В результате робот останавливается. После поступления в БЛУ сигнала об исполнении команды обслуживаемым оборудованием запрет снимается, импульсы Хг1 вновь проходят к БРК, и робот продолжает движение. При отработке программы сигналы Х\ — Хб можно имитировать кнопками р(—住・
При небольшом количестве операций цикл может быть закончен до поступления импульса &】в последнее гнездо матрицы. В этом случае гнездо «Р» на коммутационном поле соединяется с гнездом окончания цикла. После прихода импульса в это гнездо БЛУ вырабатывает сигнал Qce, который обеспечивает возвращение БРК в исходное положение. Повторение цикла происходит либо сразу, либо (при включенном тумблере «2)через определенный промежуток времени, определяемый -настройкой БЗ.
При подаче сигнала от тумблера а4 к БЛУ вырабатывается команда, обеспечивающая останов робота после окончания последней операции цикла. При падении давления в исполнительной пневмосистеме ниже допустимого появляется сигнал у, который вызывает те же последствия, что и сигнал от тумблера а4-
БЛУ обеспечивает останов робота при нажатии на кнопку 《Стоп》，при этом предыдущ-ие команды, поданные к исполнительным органам робота, ж стираются. Дальнейшее движение робота происходит после нажатия на кнопку рп (《Пуск》).
Агрегатно-модульная система 《Цикл》 средств циклической автоматики состоит из девяти блоков, конструктивно оформленных в виде кассет стандартных размеров с регулярным размещением элементов и регулярной организацией внутренних коммуникаций. Конструктивно-компоновочной особенностью системы является высокая степень унификации; она отвечает требованиям нормативов ГСП УТК・ Кассеты снабжены быстросменными разъемами. В качестве элементной базы системы 《Цикл》 применена струйно-мембранная релейная техника, сочетающая достоинства струйных и мембранных элементов [19].
Элементная база системы «Цикл》содержит струйные логические преобразователи (с помощью которых выполняется основной объем логических операций), согласующие мембранные усилители (предназначенные для осуществления разветвлений в схемах для организации обратных связей и для формирования выходных сигналов на исполнительные органы) и усилители мощности (используемые для реализации одно- и двухвходовых логических функций).
Струйные логические преобразователи работают в пассивном режиме. На входах струйных модулей и выходах усилителей
• 5)• 5)a)a)Рис.. 128. Принципиальные схемы структурных логических элементов： а — первый тип; б — второй тип
• 5)
• 5)
a)
a)
величиной не менее 300величиной не менее 300отсутствуют сигналы стандартного уровня давления (1,4 кгс/см2). Высокая степень надежности управляющих устройств, построенных на базе системы《Цикл》，обеспечивается за счет того, что на выходах струйных модулей формируются сигналы мм вод. ст., в то время как согласующие
величиной не менее 300
величиной не менее 300
усилители срабатывают при величине сигнала на входе менее 200 мм вод. ст. Струйные модули снабжаются местными фильтра-
ми, что обеспечивает их защиту от загрязнения частицами, не отфильтрованными в устройстве подготовки воздуха. Струйные модули и усилители имеют стандартные габаритные размеры (в плане) 26X26 мм и стандартные цоколи.
На функциональной пластине струйного модуля с одной стороны размещается два струйных элемента, а с другой — стандартная сетка коммуникационных каналов. В системе используются струйные элементы двух типов, которые реализуют следующие функции:
у = (%n%2)(%3V%4)— первый тип (рис. 128, а);
у =(X1VX2) (^3V%4)— второй тип (рис. 128, б).
Три типа функциональных логических пластин содержат
соответственно по два элемента первого типа, по два элемента
второго типа и по одному элементу первого и второго типов. Кроме того, используется вспомогательная пластина для реализации логической операции《ИЛИ» по дроссельной схеме. В один струйный модуль может входить не более трех функциональных пластин, собираемых в пакет и разделяемых прокладками.
Рис, 129. Принципиальные схемы двухкаскадных усилителей давления и мощности:
а — усилитель, работающий по схеме повторения; б — по схеме отрицания; / — питание каскада усиления мощности; 2 ——управляющий вход； 3 ——питание каскада усиления давления (при включении системы подается с опережением относительно питания 1);
4 — выход; 5 — выход в атмосферу
少夕
Рис. 130. Принципиальные схема однокаскадных усилителей давления:
а — усилитель, работающий по схеме отрицания； б ——по схеме повторения; / — питание; 2 — управление; 3 — выход： 4 — выход в атмосферу
Согласующие усилители являются двухкаскадными и усиливают сигнал по давлению и мощности. В первом каскаде происходит усиление по давлению, а во втором ——по мощности. Эти усилители могут работать в режиме повторения и в режиме отрицания. Схемы усилителей приведены на рис. 129. Однокаскадные усилители (рис. 130) в активном режиме выполняют логические операции《ДА» и《НЕ》，а в пассивном режиме операции «И》и《ЗАПРЕТ》.
В системе управления роботом ПР-10С используются следующие блоки системы《Цикл》：
—блок усилителей функционального назначения;
——блок усилителей вспомогательного назначения;
——блок универсальной логики;
—блок обегания.
Кроме того, в системе используются дополнительные блоки:
—генератор Г;
—блок выдержки времени БЗ.
В качестве входных и выходных дискретных сигналов должно быть\
при значении《0》一0—0,1 кгс/см2;
при значении《1》一1,1 —1,4 кгс/см2.
Питание блоков должно осуществляться сухим, очищенным от пыли и масла воздухом при давлении 1,4 土 0,14 кгс/см2.
Блоки усилителей вспомогательного и функционального назначений имеют по 16 «посадочных» мест каждый для установки однокаскадных усилителей, причем на каждое место может устанавливаться как усилитель, работающий по схеме повторения, так и усилитель, работающий по схеме отрицания. В блоке усилителей вспомогательного назначения каждые четыре элемента имеют общий канал питания. Этот блок используется для построения дешифратора БРК- В блоке усилителей функционального назначения каждый усилитель имеет индивидуальный подвод питания. Этот блок применен для построения БЛУ и БВ.
Блок универсальной логики предназначен для выполнения различных логических операций (в том числе и запоминания); на нем может быть установлено до восьми логических ячеек. Все логические операции выполняются струйными модулями, рабо-
тающими в пассивном режиме, когда ни один из элементов не связан с источником питания. Сигналы с выхода струйных модулей подаются на двухкаскадные мембранные усилители, работающие как по схеме повторения, так и по схеме отрицания. Струйный модуль вместе с усилителем представляет собой логическую ячейку. Реализуемые блоком логические функции приведены на рис. 131. Входы струйного модуля коммутируются либо с выходами других устройств, либо с выходами внутрисхемных усилителей, в частности, при наличии в схеме обратных связей.
На вход струйного модуля подается давление 1,4 кгс/см?〉 для его понижения на входе в модуль установлены пневматические сопротивления. Для контроля работы блока применены
EMON9 ws^«^ KPMJahHHBWaoHIIKWSC-WSRS^ES^C zJHd
Рис. 131. Логические функции, реализуемые а - 3 = (<11V12)-1]V[(6V8)-(7V4)]； о — 3 = 11-12V(6V8)X(6V8)- (7V4);
8 — 3 =11V12V5V67V4；
г — 3 = (ll-12)V(7-4)V(5-6);
d — 3 = 11-12-(6V4)； e — 3 = [(11V12)，1V5] ♦ 6;
咏 _ 3 ■ [(H • 12)V6].(5V4); 3 — 3 = (lbl2)V(4-6)
11126 4
блоком универсальной
i.
Ш
s
唯
нЬ
логики：
пневматические индикаторы. Блок универсальной логики используется для построения БЛУ и БВ.
Блок обегания реализует функцию счета; при подаче на его вход серии импульсов единичный сигнал на его выходах- последовательно перемещается от низшего разряда к высшему. Принципиальная схема блока приведена на рис. 132.
Блок состоит из триггера со счетным входом и восьми однотипных ячеек с выходами Т1—Т8, на которых реализуются функции счета. Триггер Тс имеет вход, устанавливающий его в исходное положение. Выходной сигнал с триггера Тс поступает через однокаскадный усилитель, работающий по схеме повторения, на счетную часть блока и на выход блока. Все нечетные ячейки представляют собой триггеры с раздельными входами и элементами《И» на включающем входе; все четные ячейки — триггеры с элементами «ЗАПРЕТ» на включающем входе. Первая ячейка содержит дополнительный элемент 《ИЛИ》 для запуска с двумя входами подготовки Т1. Одновременное выключение всех триггеров с выходами Т1—Т8 производится по входу «Общий сброс》.
С помощью блока обегания можно осуществлять счет и до любого числа, меньшего восьми. При этом остальные выходы блока не используются. При необходимости счета до числа, большего восьми, используется цепочка из нескольких блоков обегания. Во всех блоках цепочки, кроме начального, отсутствует счетный триггер, и входами триггеров последующих блоков служит счетный вход 几 первого блока.
В системе управления робота ПР-10С блоки обегания используются для построения БРК.
Блок задержки БЗ использован в схеме для обеспечения выдержки времени между концом предыдущего и началом последующего такта. Блок (рис. 133) состоит из однокаскадного усилителя У] с независимым питанием, работающего по схеме повторения, и инерционного звена, соединенного с его входом. Звено включает в себя регулируемое пневмосопротивление Ri и
Рис. 134, Конструкция блока системы《Цикл》：
/ — коммуникационная плата; 2 — элементы; 3 ■ клеммник; 4 — разъем； 5 — штуцер; 6 — ввод； 7 — индикатор
две постоянные емкости Ci и Сг- Продолжительность времени т задержки настраивается с помощью пневмосопротивления R. В схему БЗ введен усилитель У2, работающий по схеме отрицания и обеспечивающий отсутствие задержки при снятии входного сигнала.
Блок системы «Цикл》 (рис“ 134) представляет собой коммуникационную плату / с укрепленными на ней элементами 2. Коммуникационные платы / выполнены по принципу пневматического печатного монтажа. На торцевой поверхности платы / расположен клеммник 3, снабженный разъемом 4. За состоянием выходов блока можно наблюдать по индикаторам 7, образующим колодку, расположенную на монтажной плате / со стороны, противоположной клеммнику 3.
Блоки унифицированы по габаритным (160 X160 мм) и присоединительным размерам и предназначены для установки в изделия второго порядка УТК (универсальных типовых конструкций).
Клеммник 3 представляет собой металлическую пластину, прикрепленную к плате, с выступающими из нее пластмассовыми вводами 6. Уплотнение между платой и пластиной клеммника достигается с помощью капроновых прокладок. Вводы клеммника входят в отверстие разъема 4, состоящего из двух пластин с проложенными между ними резиновыми кольцами (с их помощью осуществлено уплотнение между вводами и разъемом при подаче сигналов). Заканчивается разъем штуцерами 5, которые используются для коммутации блоков между собой.
Рис. 135. Пульт управления роботом ПР-ЮС в открытом (а) и закрытом (6) виде:
/ — тумба; 2 ——разъемы; 3 ——стол; 4 ——кронштейн; 5 ——блочный каркас; 6 — крышка
Разъемы бывают одно-, двух-, трех-, четырех- и пятирядные. Каждый ряд имеет 10 вводов.
Конструктивно система управления робота ПР-10С оформлена в виде пульта (рис. 135), состоящего из тумбы / и установленного на ней стола 3 с наклонной поверхностью. Для удобства монтажа и обслуживания стол выполнен откидным с фиксацией в верхнем положении. Передняя 6 и задняя крышки на тумбе съемные. В тумбе / закреплены кронштейны 4 с направляющими, на которых установлены блочные каркасы 5 с расположен-
ными в них блоками системы «Цикл». Блоки вставляются в каркасы по направляющим. Межблочный монтаж осуществляется поливинилхлоридными трубками.
На верхней поверхности стола пульта размещены органы ручного управления, органы индикации и контрольные манометры. В окне верхней панели пульта неподвижно закреплено коммутационное поле, основу которого составляют быстродействующие разъемы 2.
Пульт соединяется с манипулятором робота гибким пневмокабелем, подключаемым к пульту и манипулятору с помощью штепсельных разъемов.
Цикловые системы управления роботами относительно просты по конструкции и достаточно надежны в эксплуатации.
3. ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Позиционные системы управления, широко используемые в конструкциях промышленных роботов, отличаются высокой универсальностью, а также большим, по сравнению с цикловыми системами (а в ряде случаев и неограниченным), объемом памяти.
Позиционные системы способны обеспечить высокую точность отработки роботом заданной программы, не зависящую от ошибок установки жестких упоров, характерных для цикловых систем. Выходные сигналы позиционных систем используются для управления следящими приводами робота и, как правило, составляют с ними единое целое, так как через них осуществляется замыкание следящих приводов по цепям обратной связи. '
В качестве примера, цифровой позиционной системы управления рассмотрим систему управления робота 《Юнимейт》 Марк II серии 2200.
Робот оснащен блоком памяти на магнитном барабане. Для целей программирования или обучения робот имеет ручной пульт управления, снабженный кнопками и тумблерами для управления различными движениями руки и кисти робота на малой скорости.
Координаты каждой последовательной позиции руки и кисти, занимаемой после нажатия кнопки «Запись》， записываются в цифровой форме на магнитном барабане памяти. При воспроизведении робот будет двигаться к записанной позиции независимо от формы траектории, по которой он перемещался при обучении.
Координаты конечной позиции могут быть записаны с тремя различными степенями точности:
——первая (±1,27 мм)—для точного позиционирования детали. Чтобы добиться такой высокой точности, необходимо снизить скорость движения до очень медленной. Если такую
точность применить в командах программы, где этого не требуется, время цикла станет излишне продолжительным；
——вторая (1,27——3,8 мм)——для взятия и перекладывания деталей;
—— третья (12,7 мм)——25% от всей длины пути, пройденного рабочим органом робота. С этой невысокой точностью робот отрабатывает движения, необходимые для того, чтобы обойти возникающие на пути руки препятствия.
Каждая последующая записанная позиция считается счетчиком, расположенным на панели управления, как шаг программы. Если препятствие находится между двумя записанными позициями, то должна быть записана дополнительная позиция, определяющая траекторию вокруг" препятствия, чтобы избежать столкновения с ним. Между позициями можно также записать выдержки времени длительностью 1—6 с.
Для синхронизации работы робота с окружающим технологическим оборудованием имеются 18 блокировочных выходных цепей. Девять из них предназначены для приема внешних сигналов от технологического оборудования на задержку движения робота до окончания какой-либо операции, например, нагрева поковки. Остальные девять предназначены для выдачи самим роботом сигналов внешнему технологическому оборудованию (количество выходных цепей может быть и иным). После того как от пульта ручного управления программа записана и проверена, ro6ot может повторять рабочий цикл автоматически нужное число раз.
Каждая позиция записывается с помощью универсальных магнитных головок на магнитном барабане памяти в виде группы из пяти двоичных чисел. Одновременно записываются дополнительные команды или сигналы блокировочных цепей.
После записи программы система памяти выдает сложное, состоящее из пяти групп, число в двоичном коде, описывающее координаты следующей позиции руки и кисти робота. Пять кодовых датчиков дают сигналы, считывающие координаты позиции исполнительного органа в данный момент. Гидроцилиндры приводят в движение руку и кисть до тех пор, пока числа в двоичном коде сигналов датчиков обратной связи не станут такими жв, как числа, считываемые магнитными головками с барабана памяти для данного шага в программе.
После этого робот остановится и начнет новый шаг программы. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся программа работы не будет выполнена.
В электронной цифровой системе робота применен циклический код (код Грея). При этом для кодирования положений исполнительных органов робота используются:
для выдвижения руки и вращения кисти ——10 разрядов;
для подъема ——опускания руки и сгибания кисти ——11 разрядов;
для вращения руки ——13 разрядов.
Блок-схема управления для реализации одной степени свободы представлена на рис. 136. Система управления включает магнитный барабан памяти 9, который приводится в движение от двигателя 7. Блок записи программы 6, который управляется от блока программирования и управления 5 (пульт ручного управления), вырабатывает выходной сигнал для группы записывающих магнитных головок по одной головке для каждого разряда числа, которое записывается на барабане 9. На схеме для упрощения показано семь головок для записи 7-разрядного числа в двоичном коде; считывающие 12 и записывающие 8 головки показаны раздельно.
Каждая головка 12 формирует сигнал двоичной 《единицы》 (1) или двоичного «нуля» (0) в зависимости от сигнала, записанного на барабане 9.
Выходной сигнал считывающей головки 12 поступает в блок считывания программы 10, который управляется блоком 5. Далее он передается по проводникам А1——А7 в блок сравнения 11. Исполнительный орган робота 3 приводится в движение соответствующим приводным устройством 2, управляемым гид- рораспределителем 4, который в свою очередь управляется блоком управления гидрораспределителя /3.
Для определения координат действительного положения исполнительного органа 3 предусмотрено пять кодовых датчиков обратной связи /4. Кодовый датчик имеет диск с кодовой маской, нанесенной на диск в виде разрядов цифр в циклическом двоичном коде, и блок считывающих фотодиодов / (на
Рис. 136. Блок-схема позиционной системы управления:
I — блок считывающих фотодиодов; 2 — прнводиое устройство; 3 ——исполнительный орган робота; 4 — гндрораспределнтель; 5 — пульт ручного управления； 6 — блок записи программы; 7 — электродвигатель; 8 — записывающие головки; 9 — магинтиый барабан памяти; 10 — блок считывания программы; // — блок сравнения; 12 — считывающие головки; 13 ——блок управления гндрораспределнтелем; 14 ——кодовый датчик
схеме для упрощения диск с нанесенной маской представлен в виде прямоугольника и показано только семь разрядов). На диске кодового датчика двоичный《0》оформлен в виде непрозрачного участка дорожки, а двоичная《1》一в виде прозрачного участка. Кодовый диск датчика кинематически связан с исполнительным органом робота 3. Группа считывающих фотодиодов I (по одному на каждую цифру) неподвижна относительно движущегося диска. Каждый фотодиод выдает сигнал двоичной《1》или двоичного «0》 в соответствии с цифрой на дорожке диска (маски) датчика /4, проходящей под считывающим фотодиодом.
Программа работы робота записывается на барабане 9 в виде команд — координат последовательных положений, в которые исполнительный орган 3 должен быть перемещен для выполнения нужной технологической операции. Во время записи программы сигналы команд передаются от блока 5 к блоку 13 так, чтобы можно было в нужный момент перекрыть управляющий золотник гидрораспределителя 4 и прекратить движение исполнительного органа 3.
При необходимости дальнейшего перемещения исполнительного органа 3 управляющий сигнал подается от блока 5 на блок 13 при нажатии соответствующей кнопки на пульте ручного управления. Таким образом, исполнительный орган обучается прохождению заданного количества позиций в необходимой последовательности. При остановке на каждой позиции сигнал со считывающих фотодиодов / через блок записи 6 поступает к записывающим головкам 8 и записывается на магнитном барабане 9.
После окончания процесса обучения запись последовательных положений используется для воспроизведения нужное число раз. При воспроизведении первое командное число считывается с барабана 9 и подается через блок считывания 10 к выходным клеммам А1——А7 блока сравнения //. В зависимости от действительного положения исполнительного органа робота кодовый датчик 14 выдает соответствующее число, которое будет считывающими фотодиодами / передано по вторым входным клеммам Б1—Б7 в блок сравнения 11. Эти два числа в двоичном циклическом коде сравниваются непосредственно в блоке //, и выходной сигнал передается в блок 13 для перемещения исполнительного -органа 3 в нужном направлении с необходимой скоростью. При движении исполнительного органа блок 11 формирует серию сигналов на снижение скорости по мере приближения к заданной позиции. Несколько последовательных команд ■на снижение скорости дают возможность исполнительному органу 3 на части пути двигаться с максимальной скоростью и осуществлять плавное снижение скорости во избежание механических перегрузок, перебега и рыскания руки или кисти около запрограммированной позиции.
На рис. 137 приведена схема блока сравнения II (см. рис. 136). Верхняя группа блоков логических элементов, предусмотренных в каждом разряде (см. рис. 137), предназначена для определения направления движения, нижняя ——для отработки последовательных команд на снижение скорости при подходе к заданной позиции. Для цифр высшего разряда этими блоками являются 30 и 37. Выходные сигналы на эти блоки подаются на клеммы А1 со считывающей головки /2 (см. рис. 136) цифр высшего разряда и на клеммы Б1 —со считывающего фотодиода блока 1.
Блоки логических элементов (см. рис. 137) каждого разряда идентичны (одна такая группа блоков третьего разряда цифр представлена на рис. 138).
При использовании циклического двоичного кода для определения направления движения недостаточно сравнения только цифр высшего разряда, как обычно делается при использовании обычного двоичного кода. Недостаточным оказывается и сравнение цифр последующих разрядов в порядке убывания, так как первоначально правильно выбранное направление движения может оказаться неправильным после прохождения некоторой области кодовой маски в циклическом двоичном коде (вследствие естественных свойств этого кода). Это легко проследить, если представить позицию 20 (см. рис. 136) заданной в блоке памяти, а действительное положение исполнительного устройства —соответствующим позиции 21.
При этих условиях цифры высшего разряда не совпадают, и на клемму Б1 (см. рис. 137) поступает сигнал двоичной 《1», а
Рис. 137. Принципиальная схема связи блока сравнения (II) и блока управления гидрораспределителем (Л?) для реализации движения расшифровки позиции (обозначения позиций 2, 3, 4, //, 13* 14 см. на рис.136)
Рис. 138. Схема сравнения одного разряда двоичного числаРис. 138. Схема сравнения одного разряда двоичного числа
Рис. 138. Схема сравнения одного разряда двоичного числа
Рис. 138. Схема сравнения одного разряда двоичного числа
на клемму А1 —сигнал двоичного《0》. Если предположить, что несовпадение сигналов определяет направление движения исполнительного органа 3 к позиции 20, то очевидно, что при достижении позиции 22 (см. рис. 136), где цифры высшего разряда совпадают, будет выработан сигнал на изменение направления движения. Действительно, в этой позиции высшим разрядом, где цифры не совпадают, будет третий разряд. Однако на клемму БЗ (см. рис. 137) будет передан сигнал двоичного《0》 (а не《《I», как в начале движения), а на клемму АЗ — сигнал двоичной《1》. Это будет служить указанием на изменение направления движения, так как исполнительный орган 3 будет удаляться от заданного положения 20.
Следовательно, в описываемой позиционной системе, в которой числа в двоичном циклическом ходе сравниваются непосредственно (без применения промежуточного кода), для получения и поддержания сигнала правильного направления движения сигнал несовпадения цифр в наиболее высоком раз-
ряде реверсируется столько раз, сколько раз совпадают цифры 《1》в более высоких разрядах.
Такая система вырабатывает правильный сигнал направления при всех условиях движения и автоматически реверсирует движение при перебеге заданного положения.
Отработка сигналов происходит следующим образом. Командный сигнал поступает на контакты А, например на контакт АЗ блоков третьего разряда цифр (см. рис. 138), а сигнал действительного положения подается на контакт БЗ. Сигнал АЗ реверсируется в инверторе 7a а сигнал БЗ — в инверторе 71. В приведенной схеме принято, что направление движения при командном сигнале 《1》 и сигнале положения «0》 является положительным. В соответствии с этим сигнал АЗ приложен к одному входу логического элемента《И》(74), второй вход которого связан с выходом инвертора 71. Если сигнал «/» появляется на контакте АЗ, а сигнал《0》一на контакте БЗ, элемент 《И» (74) формирует сигнал, который проходит через элемент «ИЛИ» (75) к положительному контакту Р5, определяя положительное направление движения. Таким же образом выходной сигнал с инвертора 70 подается на один из выходов элемента «И» (76), второй вход которого связан с клеммой БЗ. Когда есть сигнал《0》на контакте АЗ и сигнал《1》на контакте БЗ, элемент «И» (76) пропускает сигнал, который через элемент «ИЛИ» (77) подается на отрицательный контакт М5, определяя движение в отрицательном направлении.
Когда на обоих контактах АЗ и БЗ одинаковые сигналы (《0》 или《1》)，на выходе элементов «И» (74, 76) сигнал отсутствует, т. е. отсутствует рассогласование цифр в третьем разряде. Однако при этом пропускается сигнал с блоков низших разрядов цифр на блоки высших разрядов, если на контактах есть сигнал 《0》,и этот сигнал ийвертируется, если на контактах есть сигнал《1》.
Для этого предусмотрены трехвходные логические элементы 《И》(80, 82), выходы которых соединены с двумя входами трехвходного элемента «ИЛИ» (75), а также трехвходные элементы 《И》 (84, 86), связанные с двумя входами трехвходного элемента «ИЛИ» (77).
Сигнал с контакта Р4 (см. рис. 137) блока более низкого разряда поступает на один из входов элементов《И》(80, 86) (см. рис. 138), а с контакта М4 — на один из входов элементов «И» (82, 84). Контакты АЗ и БЗ соединены с двумя другими входами элементов «И» (82, 86), выходы инверторов 70, 71 связаны с другими входами элементов《И》(80, 84). Следовательно, если на контакт Р4 подан сигнал《1》，а на контакты АЗ и БЗ — сигналы 《1》，то элемент《И》(86) пропускает сигнал, который через элемент «ИЛИ» (77) поступает на контакт М5. Таким образом, сигнал, поданный на контакт Р4, инвертируется при подаче сигналов《1》на контакты АЗ——БЗ.
Если на контакт М4 подается сигнал при наличии сигналов 《1》на контактах АЗ, БЗ, элемент《И» (82) пропускает сигнал, который проходит через элемент《ИЛИ» (75) на контакт Р5, поэтому в этих условиях сигнал, поданный на контакт М4, также инвертируется.
Если на контакты АЗ и БЗ поступят одинаковые сигналы《0》, то элементы «И》(80) или «И» (84) пропустят соответствующий сигнал без изменения с контактов Р4 и М4 на контакты Р5 и М5 соответственно.
Блоки логических элементов низшего разряда цифр не имеют контактов Р и М, поэтому отпадает необходимость в логических элементах 75、77, 80, 82, 84 и 86 для определения направления движения, и выходы элементов《И》(74, 76) используются непосредственно как контакты Pl, Ml (см. рис. 137).
Если несовпадающие сигналы появляются на контактах блоков данного разряда цифр, сигналы информации о направлении движения предыдущих разрядов цифр подавляются и используются сигналы данного разряда цифр, так как он является высшим разрядом цифр, где появились несовпадающие сигналы. Эти сигналы всегда поступают к блокам высших разрядов цифр. Например, если предположить, что число команды, соответствующее позиции 20 (см. рис. 136), в циклическом двоичном коде есть 0111010, а число, соответствующее положению 21 исполнительного органа 3, есть 1100101, определение направления его движения логическими элементами будет происходить следующим образом. На контакте А7 (см. рис. 137) будет сигнал 《0», а на контакте Б7 — сигнал《1». В результате сигнал появится на контакте Ml, который поступит в блоки следующего разряда цифр. Однако, вследствие того что на контакты Аб и Б6 поданы несовпадающие сигналы, сигнал с контакта Ml будет подавлен, и вместо него выходной сигнал будет подан на контакт Р2, потому что на контакте Аб есть сигнал《1》，а на контакте Б6 — сигнал《0». В результате того, что на контакты А5 и Б5 поступили разноименные сигналы с более высокого разряда цифр, сигнал на контакте Р2 подавляется и вместо него появляется выходной сигнал на контакте М3 вследствие наличия сигналов《0》на контакте А5 и《1》на контакте Б5. В следующем разряде цифр также получено несовпадение сигналов: сигнал на контакте М3 подавляется и выходной сигнал, в соответствии с сигналами на контактах А4 и Б4, поступает на контакт Р4.
В следующем разряде сигнал 《1》подан на контакт АЗ, а《0》一на контакт БЗ. Такие же сигналы поданы на контакты А4 и Б4, поэтому сигнал с контакта Р4 не пропускается ни элементом 80, ни 86 (см. рис. 138) вследствие несовпадения сигналов на контактах АЗ и БЗ. Вместо этого будет подан сигнал на контакт Р5 (см. рис. 137) с выходами элемента 74 (см. рис. 138).
В следующем разряде сигналы《1》поступают на контакты
A2 и Б2 (см. рис. 137). Следовательно, направление тока в блоке 33, соответствующее направлению тока в элементе 86 (см. рис. 138), сформирует выходной сигнал на контакте Мб (см. рис. 137), инвертируя таким обря.чом сигнал, полученный на контакте Р5. Однако в наивысшем разряде сигнал《0» поступает на контакт А1, а сигнал《1》一на контакт Б1, так что инвертированный сигнал с блоков второго разряда цифр подавляется и выходной сигнал подается на контакт М7. Этот сигнал поступает на реле Р61 блока управления гидрораспределителем 13 (см. рис. 137 и 136), который содержит пару обмоток 62 и 63 (см. рис. 137). Когда на какую-нибудь из обмоток поступает ток, клапан гидрораспределителя открывается. Величина этого открытия пропорциональна току в обмотке, так что движение исполнительного органа происходит при соответствующей скорости, пропорциональной величине открытия клапана гидрораспределителя. Обмотки 62 и 63 производят противоположное действие, так что исполнительный орган робота может быть сдвинут в любом положении. Реле Р61 управляет положением контактов 6/а, которые в замкнутом состоянии пропускают ток из батареи 64 через контакты 121 реле Р120 на обмотку 63. Сигнал с контакта Р7 поступает на реле Р60, чьи контакты 60а замыкают цепь от батареи 64 на обмотку 62, когда требуется движение в сторону《плюс》.
Когда поступает сигнал на контакт М7, исполнительный орган движется к позиции 20 (см. рис. 136) в «минусовом» направлении. Как только исполнительный орган достигает позиции 22, соответствующей числу 0100000, одинаковые сигналы появляются в блоках для двух высших разрядов цифр. Однако в третьем разряде будет сигнал《1》на контакте АЗ и《0》一на контакте БЗ, которые должны были подать команду на движение в направлении《плюс》, соответствующую сигналу на контакте Р5 (см. рис. 138). Если бы сигнал не был изменен, то исполнительный орган начал бы двигаться не в ту сторону ——от позиции 20 (см. рис. 136). Однако сигнал Р5 (см. рис. 137) инвертируется в блоке 33, так как на контакты А2 и Б2 поступают одинаковые сигналы «1», поэтому инвертированный сигнал подается на контакт Мб. В высшем разряде на контакты А1 и Б1 поступают одинаковые сигналы 《0》, так что сигнал с контакта Мб не изменяется в блоке 30 и поступает на контакт М7 (см. рис. 137), следовательно, движение продолжается в том же направлении.
Так как сигнал о направлении движения поступает с низших разрядов цифр на высшие и подавляется в случае поступления разноименных сигналов в блоки высших разрядов, требуется минимальное количество блоков логики для каждого разряда цифр. Это объясняется тем, что отпадает необходимость в передаче сигналов с блоков высших разрядов цифр в блоки низших разрядов, как это делается в системах, где сигнал на-
правления движения исполнительного органа робота начинает формироваться в блоке наивысшего разряда цифр. Направление движения легко реверсируется в случае перебега заданного положения 20 (см. рис< 136). Так, если вследствие инерции системы или других факторов исполнительный орган передвинется в позицию 20', соответствующее число которой 0111111, то входными сигналами на блоках высшего разряда цифр, где есть разница в сигналах, в соответствии с командным числом 0111010 будут《0» на контакте А5 (см. рис. 137) и《1》—на контакте Б5. В результате появится сигнал на контакте М3, который укажет направление движения《минус》，т. е. к позиции 20 (см. рис. 136). Однако сигнал на М3 (см. рис. 137) будет инвертирован три раза, так как сигнал《1》поступает на контакты А2 и Б2, АЗ и БЗ, А4 и Б4. Поэтому выходной сигнал будет подан на клемму Р7, вследствие чего будет подан ток на реле Р60, поэтому исполнительный орган будет двигаться от позиции 20’ в позицию 20 (см. рис. 136).
Когда все цифры числа команды и числа позиции совпадают, сигналы на контактах М7 и Р7 (см. рис. 137) отсутствуют. Очевидно, что наличие сигнала на каком-либо контакте Р или М означает несовпадение каких-либо цифр в кодовых числах команды программы и фактической позиции. При отсутствии сигналов на контактах Р7 и М7 ток в реле Р60 и Р61 отсутствует, и движение исполнительного органа 3 прекращается, так как ток в обмотках 62 и 63 отсутствует. ,
Для подачи нескольких сигналов на снижение скорости движения исполнительного органа предусмотрены блоки 36 (см. рис. 138) для каждого разряда цифр. Эти блоки производят выходные сигналы, которые используются для последовательного снижения скорости движения исполнительного органа. В схеме на рис. 137 такие блоки предусмотрены для 3, 4, 5 и 6-го разрядов. Для того чтобы обеспечить получение надлежащего сигнала на снижение скорости (при движении исполнительного органа на максимальной скорости до точки ее снижения), а также чтобы получить максимально возможное замедление, при котором еще отсутствует перебег, сравниваются соответствующие разряды кодовых чисел команды и положения, начиная с третьего разряда.
Сигнал на снижение скорости не выдается до тех пор, пока сравниваемые числа в рассматриваемом наиболее высоком разряде отличаются на 1 и более. Это происходит при выполнении трех условий:
в ближайшем высшем разряде (после рассматриваемого) имеются несовпадающие цифры, они же имеются в любом другом более высоком разряде;
двоичные《1》имеются в рассматриваемом разряде, а несовпадающие цифры имеются в любом другом более высоком
разряде, первый из которых отстоит через один от рассматриваемого разряда;
двоичные《0》имеются в рассматриваемом разряде, а несовпадающие цифры имеются в следующем более высоком разряде.
Когда не выполняются все три условия, это означает, что группы рассматриваемых чисел, состоящих из цифр высшего разряда, включая рассматриваемый, отличаются только на 1 (разноименные цифры только в низшем разряде). В этом случае вырабатывается сигнал на снижение скорости. Для определения наличия или отсутствия этих условий в 3, 4, 5 и 6-м разрядах предусмотрены блоки, подобные блоку 36 (см. рис. 137). Более подробно схема блока 36 третьего разряда представлена на рис. 138.
Пара логических элементов 《И》 (100, 102) предусмотрена для определения наличия разноименных сигналов на контактах АЗ и БЗ. Так, если сигнал《1》появится на контакте АЗ, а《0》—— на контакте БЗ, то элемент《И》 (100) пропустит сигнал. Инвертор 71 в блоке 35 может быть использован для инвертирования сигнала БЗ. Аналогично: если сигнал《1》будет на контакте БЗ, а сигнал «0» — на контакте АЗ, элемент《И》(/02) пропустит сигнал. Эти разноименные сигналы поступят на элемент《ИЛИ》 (104), а сигнал с элемента《ИЛИ》(104) поступит на выходную клемму ВЗ, связанную с блоком следующего, более низкого разряда. Выход элемента《ИЛИ》(％4) связан также с одним из входов элемента《ИЛИ》(/06), на выходе которого имеется клемма В'З, связанная с блоком более низкого разряда. Другой вход элемента《ИЛИ》(/06) имеет клемму В'2, соединенную с блоком 'ближайшего высшего разряда. Если сигнал несовпадения появится в любом из разрядов А1—Б1, А2—Б2 или АЗ—БЗ, то сигнал несовпадения будет на контактах ВЗ и В'З. Для определения первого условия в элементе 《И》 (/08) предусмотрен вход, связанный с клеммой В'1, которая в свою очередь связана с выходом блока наивысшего разряда, и другой вход, связанный с выходом блоков второго разряда. В соответствии с этим элемент 108 пропускает сигнал, когда несовпадающие сигналы будут на контактах А2——Б2 и сигнал несовпадения будет на контакте Bzi, т. е. когда разноименные сигналы будут на контактах А1—Б1 (см. рис. 137).
Для определения второго условия предусмотрен элемент《И》 (НО), один вход которого связан через клемму BZ1 (см. рис. 138) с блоком наивысшего разряда, а второй и третий ——с клеммами АЗ—БЗ. Если сигнал《1》поступает на клеммы АЗ—БЗ и разноименные сигналы — на клеммы А1—Б1, то элемент «И» (，/°) пропускает сигнал.
Для определения третьего условия предусмотрен элемент 《И》(//2), один вход которого соединен через клемму В2 (см. рис. 138) с блоком следуюп^его, более высокого разряда, а в то-
丁
рой и третий входы ——с выходом инверторов 70、71. Следовательно, элемент 112 пропускает сигнал только тогда, когда появляется сигнал《0》на клеммах АЗ и БЗ, а на клеммах А2 и В2 (см. рис. 137)——разноименные сигналы.
Выходы элементов «И» (/08), «И» (НО) и《И» (〃2) (см. рис. 138) соединены со входами элемента 《ИЛИ» (//4), выход которого является одним из входов элемента «ИЛИ» (//6). Выходной сигнал элемента 《ИЛИ》 (//6) используется как сигнал снижения скорости на клемме ДЗ, которая представляет собой вход блока третьего разряда цифр. Выходной сигнал также подается через клемму ДЗ на блок более низкого разряда цифр. Второй вход элемента《ИЛИ》(//6) связан через клемму Г2 с блоком более высокого разряда цифр.
Когда выполняется одно из трех перечисленных выше условий, один из элементов 108, ПО, 112 пропускает положительный сигнал, который через элементы «ИЛИ» (〃4), «ИЛИ» (〃6) пройдет на клемму ДЗ. Соответственно, когда ни один из элементов 108, ПО, 112 не пропустит сигнал, на клеммах Г2 и ДЗ сигнала не будет. Отсутствие сигнала на клемме ДЗ используется как действительный сигнал на снижение скорости. Некий потенциал точки ДЗ (см. рис. 137) сохраняется в течение всего периода, пока числа кодов команды и позиции отличаются на 1 или более в третьем разряде цифр. В этих условиях реле Р120 находится под током и держит контакты 121 (см. рис. 137) закрытыми таким образом, что замкнутой остается цепь между батареей 64 и контактами реле Р60 и Р61.
Однако, когда потенциал на клемме ДЗ (см. рис. 138) равен нулю, закрывается контакт 122 (см. рис. 137) и резистор R123 включается в цепь последовательно с батареей 64 и обмотками 62 и 63 через нормально закрытые контакты 124 реле Р125, связанного с контактом Д4. Понятно, что в этих условиях в точке Д4 сохраняется потенциал по крайней мере до того момента, пока не станет равным нулю потенциал в точке ДЗ, так как потенциал в точке ГЗ (см. рис. 138) приложен через элемент 《ИЛИ》，подобный элементу 116 (см. рис. 138), и точке Д4 (см. рис. 137). Следовательно, когда потенциал в точке ДЗ равен нулю, скорость исполнительного органа уменьшится благодаря включению в цепь резистора R123.
Когда прекратится выполнение первого условия для четвертого разряда цифр, который будет рассматриваться как низший, потенциал в точке Д4 станет равным нулю и реле Р125 будет обесточено, контакт 126 замкнется, а последовательно с резистором R123 будет включен резистор R127. Когда потенциал в точке Д5 станет равным нулю, контакт 132 замкнется таким образом, что последовательно с резисторами R123 и R127 будет включен резистор R133, и, когда потенциал точки Д6 станет равным нулю, реле Р140 будет обесточено, в цепь включится резистор R141. При этом происходит последнее снижение скорости；
на этой скорости исполнительный орган робота будет перемещаться до совпадения всех цифр кодов.
В логическом блоке 34 (см. рис. 137) второго разряда на клеммах А2 и Б2 не будет входного сигнала, подобного сигналу В1, так как разряд является следующим после высшего. Следовательно, первое и второе условия всегда будут удовлетворены, а элементы 108 и ПО (см. рис. 138) изъяты из блока 34 (см. рис. 137). Таким же образом в разрядах А1 и Б1 никогда не будут выполняться указанные три условия, так как более высоких разрядов нет. Поэтому элементы /06, 108, //0, //2, //4, 116 (см. рис. 138) не нужны. В этом высшем разряде выходной сигнал элемента 104, означающий наличие разноименных сигналов в блоке, используется как выходные сигналы В1 и В'1 (см. рис. 138) блока 31 (см. рис. 137); все трл условия всегда выполняются в высшем разряде, поэтому отсутствует контакт Г1 этого разряда (см. рис. 137). Остальные функции логические блоки 31 и 34 выполняют так же, как и блок 36. Если предположить, что кодовое число команды, соответствующее позиции 20 (см. рис. 136), появилось на блоке /, а исполнительный орган находится в позиции 24, то сигналы несовпадения будут поданы на контакты В1, В'1 (см. рис. 138), так как сигнал 《1» будет на контакте Б1, а сигнал《0》——на контакте А1 (см. рис. 137). В блоке 36 третьего разряда цифр элемент ПО (см. рис. 138) пропустит сигнал, так как сигнал 《1》 получен на контактах АЗ и БЗ, и сигнал появится на контакте ВЧ с высшего разряда. Выходной сигнал элемента ПО пропускается через элементы 114 и 116 на контакт ДЗ. Вследствие этого реле Р120 (см. рис. 137) находится под током и исполнительный орган движется на максимальной скорости к позиции 20 (см. рис. 136).
Когда достигнута позиция 25, тремя кодовыми цифрами высшего разряда будут 110. На контактах АЗ——БЗ появляются разноименные сигналы, поэтому элементы 110 и 112 (см. рис. 138) не пропустят выходной сигнал. Последний не пропустит также элемент 108, так как на контакты А2——Б2 поданы разноименные сигналы. При этом на контакте Г2 второго разряда цифр сигнала нет, так как нет одинаковых сигналов《0» на контактах А2—Б2. Это значит, что третье условие не реализуется. В соответствии с этим напряжение на контакте ДЗ будет равно нулю и реле обесточится, скорость исполнительного органа снизится пропорционально величине включенного в цепь резистора R123.
Для определения следующей точки снижения скорости рассматриваются четыре высших разряда цифр; разряд А4——Б4 становится низшим. Когда достигнута позиция 22 (см. рис. 136), цифрами четырех высших разрядов будут 0100, на контактах А4——Б4 (см. рис. 137) появятся разноименные сигналы. В соответствии с этим элементы ПО (см. рис. 138) и //2, подобные тем же элементам, не пропустят выходного сигнала. Элемент, по-
добный элементу 108, также не пропустит выходного сигнала, так как нет разноименных сигналов на контактах А1 и Б1, А2 и Б2.
Элемент, соответствующий элементу 116 (см. рис. 138), также не пропустит выходного сигнала, так как на контакте ДЗ (см. рис. 137) сигнал отсутствует. Вследствие этого при достижении позиции 22 (см. рис. 136) потенциал в точке Д4 (см. рис. 137) становится равным нулю, реле Р125 обесточивается, в цепь включается резистор R127, и скорость движения исполнительного органа еще более снижается.
Для определения следующей точки снижения скорости рассматриваются пять высших разрядов цифр, при этом пятый разряд рассматривается как низший. Когда исполнительный орган достигает позиции 23 (см. рис. 136), пять цифр высших разрядов будут следующими: 01011. В этой позиции ни одно из трех перечисленных выше условий не выполняется, так как потенциал точек Д4 и Д5 (см. рис. 137) становится равным нулю; реле Р131 обесточивается, происходит дальнейшее снижение скорости исполнителнього органа благодаря включению резистора R133. Подобным способом определяется следующая точка снижения скорости при невыполнении всех трех условий для пяти разрядов цифр, когда потенциал точки Д6 становится равным нулю и включается резистор R14L Исполнительный орган на этой скорости подходит к позиции 20 (см. рис. 136), где оба реле Р60 и Р61 (см. рис. 137) обесточиваются, поэтому исполнительный орган остановится.
На рис. 139 приведены графики изменения величины тока в обмотках электрогидравлического преобразователя (ЭГП) и пути продольного перемещения руки робота в зависимости от времени в период разгона и последующего торможения. Графики отражают зависимости при воспроизведении программы с нормальной скоростью и первой степенью точности. Подобные
Рис. 139. Графики зависимостей силы тока / в обмотках электрогидравлического преобразователя (ЭГП) и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности и при нормальной рабочей скорости
Рис. 140. Графики зависимости 'Силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения рукиРис. 140. Графики зависимости 'Силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения рукиРис. 141. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени £ при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при замедленной скорости перемещения рукиРис. 141. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени £ при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
Рис. 140. Графики зависимости 'Силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки
Рис. 140. Графики зависимости 'Силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки
Рис. 141. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени £ при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
Рис. 141. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени £ при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
зависимости показаны на рис. 140 при воспроизведении программы со второй степенью точности. Графики подобных зависимостей при воспроизведении программы на замедленной скорости с первой степенью точности приведены на рис. 141.
На рис. 142 приведены графики зависимостей при воспроизведении программы со второй степенью точности на замедленной скорости; на рис 143—в процессе обучения робота; на рис, 144 — в режиме контроля записанной программы； на рис. 145—147 — графики изменения величины тока в зависимости от времени в период разгона, равномерного движения и торможения руки при ее перемещении по программе на величину максимального хода с первой, второй и третьей степенями точности соответственно.
Анализ приведенных графиков позволяет сделать следующие выводы:
режим торможения занимает значительную часть времени при воспроизведении программы. Так, при максимальном ходе руки и воспроизведении программы, записанной с первой сте-
24124116 Заказ 3483
241
241
Рис. 142. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения S от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
ВНЕ Ее $
Рис. 143. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t в режиме обучения
Рис. 145. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при нормальной скорости перемещения руки
Рис. 144. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы в режиме контроляРис. 144. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы в режиме контроляРис. 146. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки 'Рис. 146. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки '
Рис. 144. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы в режиме контроля
Рис. 144. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы в режиме контроля
Рис. 146. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки '
Рис. 146. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки '
Рис. 147. График зависимости силы тока / в обмотках ЭГП от времени t при воспроизведении программы, записанной с третьей степенью точности при нормальной скорости перемещения руки
v=f(%Qv=f(%Q删・删・7册・7册・6例・6例・砌砌渺渺260260100100Рис. 148. График зависимости скорости перемещения исполнительного органа от величины тока в обмотках ЭГП
v=f(%Q
v=f(%Q
删・
删・
7册・
7册・
6例・
6例・
砌
砌
渺
渺
260
260
100
100
пенью точности, время торможения составляет примерно 80% общего времени движения;
при записи с первой и второй степенями точности наибольшее количество участков торможения —шесть (см. рис. 145 и 146), т. е. в системе управления при торможении используются шесть низших разрядов двоичного кода, а наименьшее количест-
100 200 Ж 砸 5册 Ж W 号。Участков торможения - два 加 (при записи с третьей степенью точности);
наибольший ток в обмотке ЭГП равен 520 мА, а наименьший, при котором происходит точная доводка руки к нужной точке при записи с первой и второй степенями точности —— 150 мА и с третьей степенью точности — 280 мА;
снятие напряжения с обмотки ЭГП происходит практически в релейном режиме;
воспроизведение программ, записанных с первой, второй и третьей степенями точности, отличается интервалом времени движения в режиме торможения.
На основании выявленных особенностей системы управления построен график зависимости скорости перемещения исполнительного органа от величины тока в обмотках электрогидрав- лического преобразователя, представленный на рис. 148.
Наличие трех программ (шести программ при установке дополнительного барабана памяти) делает робот «Юнимейт» эффективным при использовании его в серийном и мелкосерийном производствах, так как конструкция системы управления позволяет быстро переключаться на новую, заранее записанную программу без переналадки робота. Устройство переключения программ дает возможность автоматически переходить на новую программу при отработке заданного количества циклов старой программы.
Предусмотренные в системе управления блоки внешних команд позволяют осуществлять управление обслуживаемого оборудования (включение пресса, открытие и закрытие заслонок нагревательных устройств и пр.) и проверять выполнение команд от системы управления робота.
В последних моделях робота «Юнимейт» в результате использования новых блоков памяти на статических элементах
в несколько раз увеличено возможное число точек позиционирования в одном цикле.
Примером аналоговой позиционной системы управления является система управления робота УМ-1.
Робот УМ-1 оснащен аналого-трансформаторной системой управления с абсолютным отсчетом перемещений. В качестве программоносителя используется пятидорожечная перфолента, информация на которой записывается в буквенно-цифровом коде БЦК-5. Ввод информации автоматический от стандартного фотосчитывателя. В качестве датчиков обратной связи используются серийные вращающиеся трансформаторы ВТМ-1В.
Блок-схема системы управления робота УМ-1 представлена на рис. 149.
Запуск системы управления производится нажатием кнопки «пуск системы», при этом в фотосчитыватель СП вводится первый кадр перфоленты. Последующий ввод кадров осуществляется автоматически в момент появления сигнала уз, подтверждающего выполнение команд, записанных в предыдущем кадре перфоленты. '
Считанная с перфоленты информация поступает в блок БКР контроля и распределения ее по адресам в блоки памяти: Рк —номера кадра; Рх, Ру, Рф——координаты х, у, <р соответственно； Рт ——технологических команд. С блока памяти номера кадра Рк сигналы поступают в блок БИК индикации номера кадра, где усиливаются и используются для коммутирования цепей включения ламп индикации. Сигналы с блока памяти Рт технологических команд поступают на блок с аппаратурой.
Пуск си cmе-Пуск си cmе-гЧЕННгЧЕННUoUo|«|«0-3"0-3"УгУгчч凭凭/ % I * Управление поУ I координате 夕/ % I * Управление поУ I координате 夕J [ 一 Управление техноло-*L2_J~*" гическими командамиJ [ 一 Управление техноло-*L2_J~*" гическими командамиUoSinaUoSinaВТкВТкЦАПЦАПUgCosaUgCosaУправление по координате уУправление по координате у品品У^УгУзУ^УгУз
Пуск си cmе-
Пуск си cmе-
гЧЕНН
гЧЕНН
Uo
Uo
|«
|«
0-3"
0-3"
Уг
Уг
ч
ч
凭
凭
/ % I * Управление по
У I координате 夕
/ % I * Управление по
У I координате 夕
J [ 一 Управление техноло-
*L2_J~*" гическими командами
J [ 一 Управление техноло-
*L2_J~*" гическими командами
UoSina
UoSina
ВТк
ВТк
ЦАП
ЦАП
UgCosa
UgCosa
Управление по координате у
Управление по координате у
品
品
У^УгУз
У^УгУз
Рис. 149. Блок-схема аналоговой позиционной системы управления робота УМ-1:
СП — считыватель программы; БКР — блок контроля и распределения команд; Рк, Рх, Ру, Рср, Рт ——блоки памяти номера кадра перфоленты, координат х. г/, ср и технологических команд соответственно； БМК — блок индикации номера кадра； ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь; ГОН — генератор опорного напряжения； ВТп, ВТк, ВТр —— датчики обратной связи (вращающиеся тр аисформа торы ВТ)； ФД — фазовый днекрн- мннатор; НО — нуль-оргаи； ЛС — блок логических схем; ЗС — задатчнк скорости, УВ — выходной усилитель мощности； ЭГП — электрогидравлический преобразователь; ГД — гидродвигатель
осуществляющей связь с технологическим оборудованием, работающим в комплексе с роботом.
Выходные сигналы блоков памяти координат х, у,屮 поступают на входы цифро-аналоговых преобразователей ЦАП. В блоке ЦАП дискретные сигналы преобразуются в аналоговые и на его выходе имеется два синусоидальных напряжения, модулированных по амплитуде синусом и косинусом заданного в цифровой форме угла перемещения:
Uc = Uosin а;(22)
4 = Uocos а;(23)
где Uc — напряжение выхода ЦАП по синусному каналу;
…напряжение выхода ЦАП по косинусному каналу;
Uo—опорное напряжение (напряжение питания ЦАП); а ——заданный угол.
% = % 加 sin (s£+ 5)，(24)
где о)——круговая частота синусоидальной функции;
/ —• время;
屮о — начальная фаза;
Частота опорного напряжения —— 400 Гц, амплитуда ——10 В; источник — специальный генератор опорного напряжения ГОН.
Между блоком ЦАП и датчиком обратной связи по положению ВТп включен вращающийся трансформатор ВТк, с помощью которого можно осуществлять коррекцию программы. Трансформатор ВТк расположен на лицевой панели пульта управления, величина коррекции задается вручную поворотом ротора ВТк на необходимый угол. Если программа не требует коррекции, напряжения t70sin а и U^cos а минуя ВТк, подаются на обмотку статора датчика обратной связи ВТп.
Если ротор ВТп повернут на угол ai относительно условных осей отсчета, то рабочий сигнал на выходе ВТп
Up = [70 cos (а — Q0 = UoSin(① f 4-屮 o)cos(Q —— cti)=
=Uo sin(①/ + 屮 o)cos 0,(25)
где % — рабочий сигнал на выходе ВТп;
a — заданный угол；
ai — угол ротора ВТп до задания угла а.
Очевидно, если 6 = 90°, рабочий сигнал равен нулю и система находится в равновесии. Величина Up может изменяться от 0 до U sins/ и зависит от соотношения углов а и ai. Затем напряжение Up подается на фазовый дискриминатор ФД, где преобразуется в напряжение постоянного тока. Полярность выпрямленного напряжения на выходе фазового дискриминатора также зависит от соотношения углов а и аь
Далее рабочий сигнал через выходной усилитель мощности УВ подается на электрогидравлический преобразователь ЭГП, 246
У,吻,град/с
Рис. 150. График зависимости скорости и исполнительного органа робота УМ-1 от запрограммированного пути S
который управляет гидродвигателем ГД. Направление вращения гидродвигателя определяется сигналами %i и %2- Схема нуль- органа НО выполнена таким образом, что на его выходе в зависимости от полярности выпрямленного напряжения существует сигнал Xi либо %2, что и определяет полярность выходного напряжения задатчика скорости ЗС и направление вращения двигателя ГД. Задатчик скорости представляет собой набор сопротивлений, каждое из которых соответствует определенной величине скорости. Перемещение исполнительного органа робота в заданную точку позиционирования осуществляется приводом в разомкнутом режиме с максимальной скоростью s (рис. 150), определяемой уровнем напряжения задатчика скорости ЗС. Затем скорость перемещения автоматически понижается до величины и? и вблизи заданной точки позиционирования системы переключается на режим слежения от датчика обратной связи ВТп с переменной скоростью из. Такой график перемещения обеспечивает плавную работу привода при максимально возможных скоростях.
Моменты переключения скоростей с и】 на и? (сигнал у», переключения привода на режим слежения (сигнал у?) и ввода очередного кадра (сигнал уз) определяются выходными сигналами логической схемы Л С, которые формируются в соответствии с уровнем рабочего напряжения Up (см. рис. 149).
Система обеспечивает возможность управления приводами от ручного пульта, что необходимо для наладки технологического процесса.
В этом случае задатчиком является вращающийся трансформатор, с которого сигналы, аналогичные сигналам ЦАП, поступают на датчик обратной связи ВТп. С пульта ручного управления также возможно управление кистью манипулятора.
Для обеспечения совместной работы манипулятора с технологическим оборудованием система управления обеспечивает возможность запоминания до 24 технологических команд.
По линейным координатам заданная точность позиционирования обеспечивается применением одного датчика обратной
связи (грубого отсчета). При этом одному полному обороту вращающегося трансформатора соответствует перемещение руки на 1000 мм. Если исходить из разрешающей способности системы 0 = 1 мм, то вращающийся трансформатор при полном ходе руки должен иметь возможность занимать 103 фиксированных положений, т. е. иметь возможность останавливаться через каждые 0,36°. У отечественных синусно-косинусных вращающихся трансформаторов угловая погрешность значительно меньше 0,36°, что и объясняет успешное применение их В качестве датчиков обратной связи.」
Задаваемое значение угла перемещения а может быть выражено в этом случае трехразрядным десятичным числом q = а + b + с,(26)
где
2л ,2л
_ п 10Ю2 -103
причем 'Yi, 丫2 /уз — целые числа (от 0 до 9). С учетом выраже
ния (26) выражения (22) и (23) примут вид
Ud = Uo sin sf sin (а + Ь + с),(27)
Uq = UQ sin ш/ cos(a + & 4- с).(28)
Выражения (27) и (28) могут быть преобразованы:
Ud = U0 [sin а + cos а tg b + tg c(cos a — sin a tg b)];(29)
Uq = Uq [cos а + sin a tg b — tg c(sin а + cos a -tg &)].(30)
Реализация выражений (29) и (30) осуществляется с помощью цифро-аналогового преобразователя. Значения синусов и косинусов углов а, b и с определяют коэффициент трансформации соответствующих секций ЦАП. Умножение производится каскадным соединением трансформаторов, а сложение — последовательным соединением их вторичных обмоток.
Коммутация соответствующих выводов трансформаторов ЦАП производится контактами реле либо бесконтактными ключами на транзисторах.
Для обеспечения точности позиционирования по круговой координате используются два датчика обратной связи грубого и точного отсчета (ВТг и ВТт) с механической редукцией между ними 1 : 9. ВТг и ВТт поочередно подключаются к выходному усилителю с помощью селекторного переключателя.
Сигналы на ВТг подаются с цифро-аналогового преобразователя ЦАПг грубого отсчета, на ВТт — с ЦАПт точного отсчета.
В остальном двухканальная схема управления круговой координатой аналогична одноканальной схеме управления.
Элементной базой системы управления манипулятора УМ-1 являются логические элементы серии《Логнка-Т》. Особенностью,
примененной в работе УМ-1 системы управления, является практически неограниченный объем памяти, зависящий лишь от длины перфоленты с информацией о программе работы робота.
Широко известна аналоговая позиционная система управления, примененная в роботе «Версатран» модели 500Р.
На пульте робота устанавливаются 90 потенциометров, объединенных в группы по три потенциометра в каждой. Один потенциометр группы предназначен для задания положения руки робота по горизонтали, другой ——по вертикали и третий —■ по углу. Таким образом тремя потенциометрами одной группы может быть задано вполне определенное положение руки робота в пространстве. В качестве датчиков обратной связи по положению руки робота также используются потенциометры.
Количество возможных положений руки робота при отработке им заданной программы движений определяется количеством групп потенциометров, установленных на пульте, и составляет 30.
При отработке программы рука робота может занимать одно и то же положение несколько раз, что обеспечивается установкой на пульте штекерного программного барабана, имеющего 100 ступеней.
Требуемая по программе группа потенциометров выбирается установкой на барабане соответствующих штырей. Перемещение барабана от одной ступени к другой осуществляется, когда рука робота приходит в заданную программой позицию.
Управляющий сигнал на гидропривод по любой координате перемещения руки робота формируется на основе сравнения сигналов потенциометра, установленного на пульте управления, и потенциометра обратной .связи. Разностные напряжения потенциометров по всем координатам перед подачей на гидроприводы предварительно усиливаются. Выходы всех усилителей объединяются в общий контур. Снижение напряжения в контуре до нуля используется для формирования сигнала на перемещение программного барабана.
С помощью барабана осуществляется также управление приводами кисти и схвата, а также технологическим оборудованием, работающим в комплексе с роботом. Специальные потенциометры, установленные на пульте управления, позволяют изменять скорость перемещения руки по отдельным координатам в пределах 3——100% номинальной скорости.
Роботу «Версатран-500Р» придается ручной пульт управления, который используется в процессе наладки технологического процесса. С помощью ручного пульта рука робота последовательно приводится в положения, которые она должна занимать по технологическому процессу. При этом в каждом из таких положений руки положения осей командных потенциометров, расположенных на основном пульте управления, вручную (по стрелочному прибору) согласовываются с положениями осей
потенциометров обратной связи. Таким образом осуществляется обучение робота.
Кроме описанных выше, существует ряд разновидностей конструкций как цифровых, так и аналоговых позиционных систем управления. В первых отечественных и зарубежных образцах промышленных роботов использовались, главным образом, аналоговые системы управления. Эти системы, как правило, являются более простыми по конструкции, менее дорогими; собираются они на базе хорошо освоенных серийных элементов, таких, как вращающиеся трансформаторы, потенциометры, стандартные усилители постоянного и переменного тока и другие. Однако аналоговые системы управления отличаются меньшей по сравнению с цифровыми системами помехоустойчивостью, ограниченной точностью отработки программы.
При необходимости включения робота, оснащенного аналоговой системой управления, в комплекс машин, управляемых от ЭВМ., неизбежно возникают трудности, связанные с необходимостью преобразования информации, поступающей от ЭВМ в цифровом виде, для ввода ее в аналоговую систему управления робота. Такие же трудности вызывает преобразование информации о работе робота для передачи ее в общий контур управления. А так как создание автоматических производственных комплексов, управляемых от ЭВМ, становится все более насущной задачей, то в последнее время более широкое применение начинают находить цифровые системы управления. Перспективным является создание цифровых позиционных систем управления на базе серийных мита-компьютеров.
КОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Контурные системы управления применяются в промышленных роботах, предназначенных для нанесения различных покрытий на корпуса деталей, дуговой сварки, газовой резки по контуру и других работ.
Контурные системы могут строиться на цифровом и аналоговом принципах управления. В первых зарубежных («Версатран-500 С») и отечественных образцах роботов использовались в основном контурные системы управления аналогового типа, ранее разработанные для станков с программным управлением. В качестве датчиков обратной связи в этих системах применены вращающиеся трансформаторы ВТ, в качестве программоносителя — магнитная лента.
Контурная система управления аналогового типа, построенная на принципе фазовой модуляции электрических сигналов, использована, например, в отечественном промышленном роботе модели УПК-1.
В фазовой системе управления скорость перемещения подвижных элементов робота задается разностью частот выход-
Рис, 151. Блок-схема фазовой контурной системы управления робота УПК-1- МЛ — программоноситель; МГ - считывающая магнитная дорожка; УС — усилитель рабочего сигнала； УОС — усилитель опорного сигнала; ФД — фазовый дискриминатор; ВТ — датчик обратной связи （вращающийся трансформатор）; УМ — усилитель мощности； Д — исполнительный двигатель
ного сигнала датчика обратной связи и рабочего сигнала, записанного на магнитной ленте, направление перемещения — полярностью выходного сигнала фазового дискриминатора ФД, а величина перемещения ——фазой рабочего сигнала относительно опорного, также записанного на магнитной ленте.
Блок-схема фазовой системы управления для одной координаты перемещения показана на рис. 151.
На двух дорожках магнитной ленты МЛ записываются два синусоидальных сигнала: рабочий t/maxsin（（o/ + ф） и опорный UmaxCoss/. Фаза ф рабочего сигнала определяет собой заданный закон перемещения по координате. Эти сигналы считываются магнитными головками М.Г и усиливаются усилителями УС и УОС. Усилитель опорного сигнала УОС питает входные обмотки вращающегося трансформатора ВТ обратной связи, кинематически связанного с управляемой координатой. Выходной сигнал ВТ, равный Umaxcos（sf + q'）, где о/ ——электрический угол, соответствующий механическому углу а, подается на один из входов фазового дискриминатора ФД. На другой вход ФД подается рабочий сигнал. В результате перемножения этих сигналов на выходе ФД получается сложный сигнал, постоянная составляющая которого пропорциональна sin（屮——а）. Этот сигнал, являющийся сигналом ошибки следящего привода g, уси： ливается усилителем мощности УМ. и подается на исполнительный двигатель Д.
Фазовый дискриминатор, используемый в системе управления, может иметь синусоидальную, треугольную или пилообразную статическую характеристику.
Дискриминатор с синусоидальной статической характеристикой обладает тем недостатком, что с изменением величины ошибки g изменяется и общий коэффициент усиления следящего
Рис. 152. Принципиальная схема триггерного фазового дискриминатора
привода, В результате рабочий диапазон фазового дискриминатора приходится ограничивать углами ±60°. В связи с этим преимущественное распространение получили дискриминаторы с треугольной и пилообразной характеристиками, позволяющие работать в рабочем диапазоне углов соответственно ±90 и +180°.
Пилообразная статическая характеристика
может быть получена при использовании в качестве фазового
дискриминатора обычного потенциального триггера с двумя входами (рис. 152). На входы триггера подаются сигналы от датчика обратной связи ВТ и от магнитной ленты МЛ, предварительно оформленные для получения импульсов в моменты прохождения синусоидальных напряжений через нулевые значения.
Вращающийся трансформатор в режиме фазовращателя обычно включается по схеме, приведенной на рис. 153.
С = UmaxС = Umaxcosa-^RCs曳上 sin з/1 + 沁RCcosa-^RCs曳上 sin з/1 + 沁RC(31)(31)На выходе ВТ включена фазосдвигающая цепочка R—С так, что выходной сигнал е является суммой сдвинутых по фазе на +45。и —45° напряжений, амплитуды которых изменяются пропорционально sin а и cos а. В результате имеем:
С = Umax
С = Umax
cosa-^RCs曳上 sin з/
1 + 沁RC
cosa-^RCs曳上 sin з/
1 + 沁RC
(31)
(31)
цепочки так, чтоцепочки так, что(32)(32)
цепочки так, что
цепочки так, что
(32)
(32)
Если выбрать параметры фазосдвигающей sRC = 1, то
— cos a —/sin а
С = Umax SIH
Шал[ J j
Отсюда следует, что амплитуда переменного напряжения на выходе постоянна и равна Umax/ 丿 2, а фаза а' изменяется и равна:
a，= arctg三=a一45。.(33)
cos a 4
Отметим, что фаза az равна углу а поворота ротора ВТ за вычетом постоянного угла 45°, что, однако, не оказывает
Рис. 153. Схема однофазного фазовращателя (включение вращающегося трансформатора
ВТ)
Nd =—2Nd =—2—(1 +cos2q), (О—(1 +cos2q), (О(34)(34)влияния на работу системы. При отклонении частоты питания и нарушении условия sRC = 1 в такой измерительной системе возникает погрешность -
Nd =—
2
Nd =—
2
—(1 +cos2q), (О
—(1 +cos2q), (О
(34)
(34)
гдеотносительное отклонение частоты.
Быстрые, неконтролируемые изменения частоты вследствие колебания скорости магнитной ленты обычно не превышают 1——2% и мало сказываются на погрешности системы.
Помимо погрешности в результате отклонения частоты питания ВТ, т. е. частоты опорного сигнала, в системе имеет место погрешность вследствие искажения формы опорного сигнала.
При питании ВТ искаженным сигналом, содержащим гармоники с амплитудами ак, на выходе ФД окажутся постоянные составляющие от каждой гармоники, так что суммарный сигнал « =- sin((p — q')+、］ sin q(1——cos ^л).(35)
k=2 .
Первый член выражения (35) дает полезный сигнал ошибки, второй — сигнал погрешности.
Следует заметить, что искажение формы опорного сигнала главным образом сказывается на неравномерности перемещения исполнительных органов робота. Максимальная же ошибка в отработке заданного положения Ас/ не превышает величины •Aq' = arcsin*^^ •(36)
При создании фазовых систем управления приходится считаться с погрешностью, связанной с возможным перекосом магнитной ленты. Так, при длине волны 九 сигналов, записанных на ленте, расстоянии а между дорожками и перекосе ленты на угол 卩，погрешность в передаче фазы
Аф =Аф =360 旦.360 旦.(37)(37)
Аф =
Аф =
360 旦.
360 旦.
(37)
(37)
Очевидно, что величину погрешности Аф можно уменьшить соответствующим увеличением длины волны 九 и сокращением расстояния d между дорожками магнитной ленты. Однако при этом приходится учитывать, что увеличение длины волны требует в свою очередь большего расхода ленты, а сокращение расстояния между дорожками нередко связано со значительными конструктивными трудностями.
Несмотря на отмеченные недостатки, фазовые системы управления находят широкое применение благодаря своей относительной простоте, возможности использования стандартных, хорошо отработанных схемных и конструктивных решений. Практически возможным оказывается осуществить в промышленном роботе, оснащенном фазовой системой управления, обычно необходимые скорости линейных перемещений (порядка 1 м/с) и угловых перемещений (порядка 90°/'с).
Фазовые системы позволяют просто осуществить обучение робота при управлении им от ручного пульта. При этом на магнитной ленте фиксируются сигналы вращающихся трансформаторов обратной связи. Для обеспечения повторения циклов при воспроизведении программы запись в режиме обучения обычно осуществляется на две бобины лент, воспроизведение с которых производится попеременно.
В последнее время интенсивно ведутся работы по созданию контурных систем управления, построенных на цифровом принципе. К этим системам, как правило, предъявляются требования обеспечения воспроизведения программ как нанесенных на программоноситель в режиме ручного управления роботом, так и полученных в результате расчета на ЭВМ. Второе требование особенно существенно для роботов со многими степенями свободы, когда запись программы при ручном управлении оказывается затруднительной или даже практически невозможной.
Применение цифровой системы управления позволяет наиболее просто осуществить связь робота с работающим с ним в комплексе технологическим оборудованием (имеется в виду взаимный обмен информацией систем управления робота и технологического оборудования о выполнении отдельных этапов программы).
СВЯЗЬ РОБОТА С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
Условия эксплуатации промышленного робота в комплексе с другим технологическим оборудованием всегда требуют принятия специальных мер, обеспечивающих их синхронную работу и безопасность обслуживания.
Ведущая роль в комплексе совместно работающих машин всегда отводится роботу. С этой целью в его системе управления
254
предусматривается возможность выдачи на внешнее оборудование серии команд, с помощью которых и обеспечивается синхронность работы всего комплекса машин. Эти команды можно разделить на две группы:
команды на включение ранее отключенных управляющих устройств внешнего технологического оборудования, с подачей которых автоматически прерывается воспроизведение роботом заданной программы до прихода в его систему управления сигналов, подтверждающих, что поданные команды исполнены технологическим оборудованием;
—команды на включение ранее отключенных управляющих устройств внешнего оборудования, подача которых не прерывает воспроизведения роботом заданной программы.
Количество команд, необходимых для связи робота с другим оборудованием, определяется требованиями технологического процесса и составляет обычно не менее двух (в самых простейших случаях), но может достигать 15——20 (например, при обслуживании одним роботом группы много координатных фрезерных станков с ЧПУ).
Выбор вида команды (требующей подтверждения исполнения для продолжения роботом заданной программы или не требующей подтверждения исполнения со стороны внешнего оборудования) целиком определяется конкретными условиями и требованиями безопасности эксплуатации всего комплекса оборудования.
Технологическое оборудование (особенно универсальное^ давно находящееся в эксплуатации), как правило, не приспособлено для стыковки с роботом без соответствующей модернизации. Необходимая модернизация включает в себя вывод на внешнее распределительное устройство цепей включения и отключения оборудования, установку дополнительных датчиков для контроля положения его подвижных рабочих органов, механизацию и автоматизацию операций, которые до стыковки с роботом осуществлялись оператором вручную (например, зажим и разжим патрона на токарном станке) и ряд других работ.
При стыковке робота с конкретным станком, прессом или с другим оборудованием одна из команд, требующих подтверждения исполнения, используется для контроля готовности оборудования к взаимодействию с роботом. С ее помощью проверяется нахождение всех рабочих органов оборудования (например, зажимной бабки, станка или ползуна пресса) в исходном положении, гарантирующем безопасность обслуживания при перемещении руки робота в рабочую зону.
В качестве примера укажем использование команд на технологическое оборудование робота УМ-1 при обслуживании роботом одного токарного полуавтомата с программным
управлением:
— команда № 1 — проверка готовности станка к взаимодействию с роботом (шпиндель станка не вращается, суппорты разведены, кулачки патрона зажаты, переключатель на пульте управления станка стоит в положении «автоматическое управление», насосная станция включена)；
команда № 2 — разжим патрона;
команда № 3 — зажим патрона;
команда № 4 — пуск станка.
Для возможности стыковки с роботом станок был модернизирован, что потребовало установки в его системе управления дополнительного блока логических элементов. Связь станка с пультом управления робота осуществлена специальным кабелем.
В случае стыковки робота УМ-1 одновременно с двумя токарными полуавтоматами устанавливается специальное распределительное устройство, осуществляющее подачу указанных выше команд к тому или другому станку. Для того чтобы такое распределение команд оказалось возможным, в дополнение к перечисленным командам с пульта управления робота подаются команды «станок № 1》или «станок № 2》.
Построение цепей логических элементов, обеспечивающих подачу команд на технологическое оборудование и прием сигналов об их исполнении, определяется структурой и элементной базой системы управления робота.
На рис. 154 для примера показана схема подачи одной команды на технологическое оборудование и приема сигнала об ее исполнении, использованная в системе управления робота УМ-1.
Схема собрана на логических элементах «ИЛИ — НЕ» (Л1—Л4).
Сигнал «1» о подаче команды на технологическое оборудование поступает со считывателя перфоленты на 《Вход 1》схемы. Через логические элементы Л1 и Л2 и усилитель У сигнал «1» подается на катушку реле Р, которое, сработав, замыкает свой нормально открытый контакт, соединенный кабелем с системой управления технологического оборудования. Одновременно через логические элементы Л1, ЛЗ и Л4 сигнал с перфоленты передается в цепь пуска программы системы управления робота,
<j '>-Q1一力6<j '>-Q1一力6
<j '>-Q1一力6
<j '>-Q1一力6
Рис. 154. Схема подачи команды из системы управления роботом на внешнее -технологическое оборудование и приема ответного сигнала об исполнении команды
причем на выходе элемента Л4 сигнал меняется с 《1》на «О», тем самым «запрещая» ввод следующего кадра перфоленты.
Сигнал об исполнении технологическим оборудованием поданной команды подается в виде《1》на «вход 2》схемы. Сигнал на выходе элемента Л4 вновь изменяется с《0》на《1》，разрешая ввод следующего кадра перфоленты.
Система управления робота построена таким образом, что при одновременной подаче нескольких команд на технологическое оборудование ввод следующего кадра перфоленты возможен лишь после прихода сигналов об исполнении всех одновременно поданных команд.
Конструкции систем управления промышленными роботами очень быстро развиваются и постоянно совершенствуются, так как без этого невозможно дальнейшее расширение областей рационального применения и повышение эффективности роботов.
17 Заказ 3483
Глава IX
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
В нашей стране ведутся работы но широкому внедрению в производство промышленных роботов первого поколения.
На машиностроительных заводах роботы находят применение почти во всех видах производства и в первую очередь:
—в литейном ——для нанесения керамического покрытия на выплавляемые модели, удаления модельной массы и керамических стержней из отливок, обслуживания машин для литья под давлением, нагревательных печей и другого оборудования;
в кузнечном — для обслуживания нагревательных печей, штамповочных и обрезных прессов и горизонтально-ковочных машин;
в заготовительно-штамповочном — для обслуживания обрезных прессов, прессов глубокой вытяжки, гильотинных ножниц и другого оборудования;
— в сварочном — для обслуживания сварочных машин при точечной и шовной сварке деталей, а также при сварке трением;
при нанесении теплозащитных и лакокрасочных покрытий методом распыления, а также при окраске деталей методом окунания;
— при термообработке и гальванопокрытии — для обслуживания закалочных и гальванических ванн и термопечей;
при механообработке для обслуживании станков с ЧПУ и полуавтоматов, а также для обслуживания зачистных и пескоструйных установок, промывочных ванн и во многих других случаях.
Роботы можно достаточно эффективно применять для выполнения погрузочно-разгрузочных операций, транспортировки деталей и узлов на механообработку, при сборке, консервации и т. д.
Опыт показывает, что в ближайшее время найдут применение как универсальные, так и специальные и специализированные роботы.
За рубежом в настоящее время, в основном, применяются универсальные роботы, т. е. роботы общего назначения, пред-
назначенные для выполнения разнообразных вспомогательных и транспортных операций с различными деталями в разнообразных условиях.
Роботы универсального назначения наилучшим образом удовлетворяют требованиям и условиям массового и крупносерийного производства.
Следует отметить, что по достигаемому уровню производительности труда наивысшей формой современного промышленного производства является массовое специализированное производство с быстрой сменой объекта производства. Подготовка такого производства должна осуществляться в очень короткий срок (за несколько месяцев), так как выпускаемая продукция (независимо от ее сложности) изготовляется в течение нескольких месяцев (как правило, не более года) и заменяется новой.
В этих условиях снижение стоимости подготовки производства и себестоимости продукции возможно только в том случае, если средства производства при смене объекта производства не заменяются, а только переналаживаются. Это вполне достижимо, когда переналаживаемое оборудование имеет систему ЧПУ, а сама переналадка сводится к замене управляющих программ.
Универсальные промышленные роботы с ЧПУ, а также роботы, управляемые от ЭВМ, полностью удовлетворяют указанным требованиям и будут широко применяться в массовом и крупносерийном специализированном производстве.
Известно, что во всех странах массовое производство (автомобилестроение, тракторостроение, сельхозмашиностроение, производство часов и т. п.) имеет небольшой удельный вес. Подавляющее количество промышленной продукции (более 75%) выпускается мелкосерийным и единичным производством.
Мелкосерийное производство характерно для станкостроения, авиапромышленности и многих других отраслей машиностроения, выпускающих сложную технику. Универсальные роботы недостаточно эффективны в мелкосерийном производстве, так как при малых размерах партии и большой номенклатуре деталей их надо переучивать и переоснащать различными схватами по нескольку раз в смену, а это сильно усложняет их конструкцию и эксплуатацию. В мелкосерийном и единичном производствах универсальные роботы можно эффективно применять на отдельных массовых технологических операциях и для изготовления массовых деталей. В качестве примера массовой детали в мелкосерийном производстве можно назвать лопатку газотурбинного двигателя. Известно, что на один ГТД идет до 2000 и более лопаток компрессора и турбины. Даже при небольшом выпуске (порядка 50——100 двигателей в год) приходится делать сотни тысяч заготовок и лопаток. В этом случае целесообразно применять универсальные роботы на всех операциях, связанных с производством лопаток, .начиная от
изготовления керамических форм, стержней и выплавляемых моделей для литья заготовок лопаток и кончая их финишной обработкой и контролем.
В качестве примера массового процесса в мелкосерийном производстве можно назвать гальванопокрытие большой номенклатуры деталей крепежа и других деталей. Для автоматизации загрузки деталей в ванны гальванопокрытий с успехом могут использоваться универсальные роботы.
Однако еще рациональнее в описанных случаях использовать специальный робот, предназначенный только для работ с определенной деталью, например с лопаткой, или для выполнения одной технологической операции. Специальные роботы, как правило, имеют более простую по сравнению с универсальными кинематическую схему и превосходят их по производительности.
В некоторых случаях целесообразно применять специализированные роботы для работы с деталями определенного типа или класса (например, с плоскими заготовками, вырубаемыми из листа) или для выполнения техпроцесса одного вида технологии (например, сварочный, пескоструйный робот и т. д.).
Специализированные роботы обладают одновременно преимуществами универсальных и специальных роботов: имеют производительность специальных роботов и переналаживаются также быстро и легко, как универсальные роботы. Специализированные роботы легче создавать на базе универсальных.
Специальные и специализированные роботы будут создаваться, в основном, для мелкосерийного и единичного производств и, видимо, найдут в них достаточно широкое применение, тем более, что далеко не все производства могут быть массовыми.
Перспективы широкого внедрения роботов сейчас связаны с созданием роботов, предназначенных для мелкосерийного и единичного производства. Задача поиска конструкции таких роботов и систем управления для них является в настоящее время чрезвычайно важной и срочной, так как область применения универсальных роботов первого поколения, лучше приспособленных к условиям массового производства, ограничена.
Тем не менее роботы первого поколения найдут достаточно широкое применение, поэтому опыт использования их в настоящее время ценен и имеет большое значение для дальнейшего развития конструкции роботов.
При определении типа робота для той или иной работы учитывают ряд факторов, таких как объем и гибкость памяти, количество степеней свободы, точность позиционирования, грузоподъемность и скорость движения рабочих органов.
При использовании робота на одной и той же работе длительное время простота программирования его работы не является важной, но при изменении размеров деталей от партии
к партии и большой номенклатуре их, когда требуется часто менять программу, важно, чтобы, робот был легко программируемым.
В зависимости от вида работы требуется разный объем памяти. Например, для точечной сварки, покраски, некоторых погрузочных работ необходим большой объем памяти ——в сто и более шагов.
Для выполнения общего пространственного действия робот должен быть с шестью степенями свободы. Менее шести степеней свободы достаточно при манипулировании с симметричными предметами (например, для работы с цилиндрической деталью достаточно пяти степеней свободы). Более шести степеней свободы может потребоваться, если робот должен обойти препятствия или выровнить детали перед установкой.
Одной из главных характеристик роботов является точность позиционирования. При установке детали в печь или опускании в закалочную ванну не требуется большой точности, в то же время при установке детали в патрон станка точность должна быть не менее 0,1 мм.
Роботы с большей точностью позиционирования более дорогие. Поскольку увеличение точности всегда будет увеличивать время цикла, следует выбирать минимально допустимую точность, используя увеличение программируемых шагов.
Скорость перемещения руки робота в ряде случаев особенно важна. Например, при работе робота у печи с высокой температурой схват руки не должен долго оставаться в печи. Скорость перемещений руки должна быть, как правило, не менее—1,5 м/с, а скорость поворота — 100—200 град/с.
Анализ результатов внедрения отечественных роботов на нескольких различных операциях, в том числе на операциях вредных (горячая мойка деталей) и монотонных (установка и снятие деталей на станках с ЧПУ), позволил установить следующие основные особенности построения техпроцессов при автоматизации отдельных операций с помощью универсальных роботов первого поколения.
В большинстве случаев необходимо дорабатывать технологическое оборудование, обслуживаемое роботом. В общем контуре управления с роботами первого поколения (типа УМ-1) может работать только универсальное оборудование с ЧПУ, а также оборудование, оснащенное цикловой автоматикой управления (металлорежущие станки-автоматы и полуавтоматы, прессы, штамповочные молоты, гильотинные ножницы, литейные и плавильно-заливочные полуавтоматы и т. п.). Для объединения оборудования и обслуживающего робота в общем автоматическом цикле почти всегда необходимо дорабатывать универсальное оборудование. Иногда это сводится к незначительной переделке цикловой автоматики и зажимных устройств техно-
логического оборудования: чаще же возникает необходимость в создании специальных электронных блоков связи между роботом и оборудованием, предназначенных для преобразования и передачи технологических команд (например, «зажим патрона», «разжим патрона», «включение станка》и т. д.), а также для передачи в систему ЧПУ робота сигналов обратной связи и сигналов автоблокировки.
В некоторых случаях для обеспечения совместной работы универсального оборудования и роботов приходится переделы- вать руку универсального робота или перекомпоновывать рабо- чее пространство оборудования; в противном случае доступ руки с заготовкой или деталью в рабочую зону оказывается затрудненным (что усложняет работу и увеличивает число исполнительных команд робота) и даже невозможным. При обработке несимметричных деталей станок приходится оснащать устройством, останавливающим патрон всегда в одном положении. Следовательно, проектирование нового универсального автоматизированного технологического оборудования должно вестись с учетом всех требований его совместной работы с промышленными роботами первого поколения (должны быть согласо- ваны с роботом автоматика управления, вид и форма команд- ннх и выходных сигналов, конструкция устройств зажима, конфигурация и размеры рабочей зоны, конструкция устройства блокировки и связи оборудования и т. д.).
Конструкция детали (заготовки) должна обеспечить возможность захвата и переноса ее рукой робота.
Для этого необходимо поверхности детали или заготовки делать точнее, например, у отливок и штамповок надо тщательнее удалять облой, прибыли и литниковые системы — иначе заготовку нельзя надежно захватить, и она будет плохо позиционироваться в загрузочном устройстве.
Детали для захвата надо ориентировать. Роботы первого поколения не оснащены органами для определения формы и размеров детали (заготовки), поэтому для осуществления правильной установки детали на обработку детали должны находиться всегда в одинаковом, строго определенном положении.
Ориентация заготовки или детали может быть выполнена без участия человека — с помощью специальных ориентаторов, в которых при подаче на позицию захвата детали или заготовки поворачиваются в определенное положение силой тяжести детали (заготовки) или толкателями; при этом обычно используются особенности формы детали (заготовки).
Пока еще довольно часто ориентировать заготовки и детали приходится человеку. Указанного недостатка не будет у роботов, оснащенных органами «зрения».
Во многих случаях возникает необходимость в накопителях деталей или заготовок. В накопителях целесообразно 262
монтировать устройства для ориентации заготовок (деталей) при выходе их на позицию захвата рукой робота. В том случае, когда роботы обслуживают поточную линию и стоят на большом расстоянии друг от друга (рабочие зоны роботов не перекрываются), накопители соединяют транспортными средствами (рольгангами, склизами и т. п.).
Роль накопителей чаще всего выполняют загрузочно-разгрузочные устройства.
В поточных линиях, обслуживаемых роботами, разгрузочное устройство предыдущего робота является обычно загрузочным устройством последующего и одновременно накопителем. Применение накопителей уменьшает время, затрачиваемое человеком на подготовку работы роботов, и позволяет объединить в единый цикл технологическое оборудование разной производительности.
Часто требуется изготавливать новую оснастку, специальную или специализированную: схваты рук роботов (или магазины из нескольких схватов), зажимные, разжимные и фиксирующие устройства технологического оборудования (патроны металлорежущих станков, пружинные упоры, всевозможные ловители, направляющие устройства, выталкиватели и пр.), загрузочно-разгрузочные устройства, кантователи и т. д.
Проектирование и изготовление перечисленной оснастки, так же как и доработка самого технологического оборудования, требует обычно сравнительно небольших затрат времени ——от нескольких смен до нескольких недель.
Необходимо проводить специальные мероприятия по обеспечению техники безопасности при работе роботов, особенно в тех случаях, когда на том же производственном участке работают люди.
Для предотвращения травм рабочих-комплектовщиков рабочая зона робота должна быть ограждена.
Для исключения поломок оснастки, оборудования, узлов самого робота и возможных сбоев в системе управления необходимо применять блокировочные устройства, выключающие питание робота и оборудования при возникновении аварийных ситуаций (поломка инструмента, защемление детали, отказ систем управлений и т. д.).
Для нормальной работы робота нужны хорошая подготовка и контроль управляющих программ. Этому должна предшествовать разработка техпроцессов и выполнение всех технологических расчетов (определение режимов и времени обработки, потребного вспомогательного и заключительного времени, циклов и циклограмм, объемов накопителей и т. д.).
Нужна тщательно продуманная планировка взаимного расположения (размещения) технологического оборудования.
роботов, пультов управления, загрузочных устройств, накопителей, тары и транспортных средств.
Реализация планировки часто требует точной установки всех перечисленных средств механизации и автоматизации по заранее подсчитанным координатам, причем точность установки должна быть выше точности позиционирования схвата робота, равной в настоящее время 0,5—1,5 мм. В противном случае автоматический комплекс работать не будет. Для совместной работы роботов первого поколения и технологического оборудования сами роботы должны быть точно установлены относительно друг друга.
Необходимость точной установки роботов второго и третьего поколений отпадает, так как они будут способны адаптироваться к условиям работы.
На основании техпроцессов, технологических планировок и расчетов определяются оптимальные траектории движения рабочего органа робота (схвата) и рассчитывается управляющая программа.
После нанесения на программоноситель программа проверяется, отрабатывается и корректируется оператором. В тех случаях, когда нет необходимости оптимизировать траектории движения схвата робота, управляющую программу можно сформировать с помощью пульта ручного управления робота, что существенно сокращает сроки подготовки программ.
Упрощение программ и сокращение продолжительности программирования (обучения) роботов первого поколения является важной задачей дальнейшего совершенствования их конструкции. Для разных конструкций роботов эта задача решается по-разному. Например, программирование работы робота УМ-1 осуществляется очень просто и быстро: для этого используются координатные линейки, закрепленные на неподвижных элементах конструкции. В этом случае при подготовке управляющей программы с пульта ручного управления перемещают руку робота со схватом в нужном направлении на заданное расстояние; при этом делаются отсчеты координат х, у и ф от нулевых отметок по координатным линейкам. Затем данные о координатах пробиваются в коде БЦК-5 на перфоленту, которая и является программоносителем.
Более сложная, чем у робота УМ-1, система управления и программирования робота «Юнимейт» также достаточно надежна и эффективна, так как исключает появление ошибок при записи программы. Возможны и другие, еще более эффективные системы обучения роботов выполняемым операциям.
Технологический процесс с применением роботов строится на других принципах, чем процесс, выполняемый человеком, при этом исходя из того, что производительность робота всегда выше производительности человека-оператора. Робот работает без перерывов и способен в течение длительного времени, только
с перерывом на техобслуживание и смену управляющих программ, стабильно выполнять заданную операцию.
Технологические процессы с использованием роботов первого поколения строятся по элементам движения их рабочих органов (одного, двух или нескольких) с соответствующей координацией этих движений. Эффективное применение роботов возможно только в условиях ритмично работающего производства.
До внедрения роботов на производстве необходимо организовывать обучение и специальную подготовку как инженеров, так и рабочих, внедряющих роботы.
В отличие от обычных средств автоматизации роботы могут работать с множеством совершенно различных деталей. Эффективность и скорость их работы не ниже, чем у специальных автоматов. По окончании одной работы робот можно без труда передвинуть на другое место для выполнения новой работы.
Роботология ——одна из развивающихся областей технологии.
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Автоматизация некоторых процессов литья под давлением, например, путем использования автоматических ковшей, ленточных конвейеров, дополнительных блокировок, привела к некоторому снижению стоимости продукции, повышению производительности труда, снижению брака и облегчила работу литейщиков. Кроме того, снизилась продолжительность простоя и ремонта, а срок службы оборудования увеличился.
На качество литья оказывают влияние часто не поддающиеся контролю отклонения от нормы температуры, давления и химического состава литейных материалов, но особенно сильно зависит течение процесса литья от ошибок операторов.
Ни одна из существующих машин для литья пока не достигла такой степени совершенства, чтобы неправильное срабатывание того или другого узла влекло за собой корректирующие действия (как в полностью автоматизированном процессе). В лучшем случае в литейных автоматах при ошибках срабатывания процесс прекращается, при этом исключается возможность повреждения автомата.
Автоматизация литейного производства привела к созданию автоматических линий. При массовом производстве отливок, когда возможна быстрая окупаемость капитальных вложений, создание автоматических линий вполне оправдывается. При серийном же производстве отливок и большой их номенклатуре трудно окупить затраты, требуется частая переналадка линий, усложняется управление (составление графиков работ, учет готовой продукции и др.). Таким образом, по экономическим соображениям производство литья целесообразно автоматизировать полностью или частично: при небольшой номенклатуре
деталей и крупных сериях уровень автоматизации должен быть гораздо выше, чем при малых сериях и большом количестве наименований деталей. Экономика и степень автоматизации производства взаимосвязаны, так как должно быть достигнуто равновесие между качеством, количеством продукции и ее стоимостью.
В настоящее время в литейном производстве остается еще много неавтоматизированных операций (очистка и смазка пресс- форм, удаление литниковых систем, контроль качества литья и t.又).
В США, Японии, Швеции и других странах процессы литья автоматизируют, применяя автоматические погрузчики, съемники, станки, а в последние годы — и роботы.
На литейном заводе 《Маркони》в Милане применяется автоматический погрузчик «Универсал М3》，который полностью автоматизирует разливку жидкого металла в печи любого типа (тигельные, электрические и др.).
Погрузчик с электронным программным устройством может работать по трем программам, он имеет также ручное управление. Наиболее скоростная из программ позволяет осуществлять 180 отливок в час.
Машина снабжена гидравлическим приводом, автоматической системой смазки и системой охлаждения с терморегулятором. Ковш позволяет брать чистый металл без шлака, дозировка металла достигается сменой ковшей, которые рассчитаны на дозы от 100 до 20 кг.
На международной выставке «Интерлитмаш-73» в Москве фирмы ФРГ («Фреч»,《Уотзн») и Италии («Индра»,《Трилзн») представили автоматы для удаления отливок из машин для литья под давлением.
Специальные автоматы указанных фирм участвуют в автоматическом цикле работы машины и выполняют одну операцию ——удаление отливки из формы (заливка металла осуществляется автоматически с помощью специальных ковшевых дозаторов), автоматизированы также операции смазки и очистки форм.
Универсальный робот фирмы 《Трилзи» с программным управлением (рис. 155) выполняет две операции: заливку металла в камеру прессования и удаление отливки из формы.
Привод робота гидравлический, вытягивание и втягивание руки осуществляется в пределах 1 м, вертикальное перемещение руки — 0,7 м, поворот руки до 240° (точность позиционирования до 1 мм).
На одном из заводов фирмы «Нейшнл Лид К。》автоматическая разливка применялась продолжительное время. Однако на существующем оборудовании невозможно было осуществить автоматическую передачу деталей из литейных пресс-форм в закалочные ванны с последующей их транспортировкой конвейе-
Рис. 155. Универсальный литейный робот фирмы «Трилзи»Рис. 155. Универсальный литейный робот фирмы «Трилзи»
Рис. 155. Универсальный литейный робот фирмы «Трилзи»
Рис. 155. Универсальный литейный робот фирмы «Трилзи»
ром. Для удаления деталей из пресс-форм был применен робот. Удаление отливки фиксируется инфракрасными или сканирующими датчиками. Робот легко программируется на операцию проверки, гарантирующей, что вся отливка отделилась от пресс-формы. Качество отливки можно также определять с помощью робота.
определенное количество ние конвейера. Деталь в ленном положении и этоопределенное количество ние конвейера. Деталь в ленном положении и этоВначале робот после удаления отливки из пресс-формы просто помещал деталь на конвейер, а когда накапливалось
определенное количество ние конвейера. Деталь в ленном положении и это
определенное количество ние конвейера. Деталь в ленном положении и это
деталей подавал команду на в ключе- руке робота удерживалась в опреде- позволило отказаться от конвейера и
перемещать отливку непосредственно в обрезной штамп для удаления литников и облоя.
При наличии квалифицированного обслуживающего персонала работа робота на литейной установке может быть запрограммирована менее, чем за 30 мин.
За рубежом лучшими роботами, используемыми при литье под давлением, считаются《Юнимейт» и《Версатран» (рис. 156). На одном из литейных заводов США уже работает десять роботов типа《Юнимейт》.
Робот «Юнимейт» при литье под давлением выполняет
следующие операции: извлекает отливки из штампа, опускает их в закалочную ванну (рис. 157), передает на пресс обрубки облоя, и помещает отливки на конвейер. К другим работам, выполняемым роботом, относится очистка и смазка штампов. Робот《Юнммейт» может обслуживать две литейные машины одновременно (рис. 158), как это сделано на заводе《Металл- веркен» (Швеция). Если роботу ставится задача только снимать отливки и переносить их в закалочную ванну, один робот может обслужить одновременно четыре машины.
Рис. 156. Робот «Версатран», используемый для выемки отливок из пресс- формы, контроля и установки их в обрезной штамп
Рис. 157. Робот «Юнимейт» на операции загрузки отливок в закалочную ванну (до подачи их в обрезной пресс)
Рис. 158. Литейный участок с роботом «Юнимейт», обслуживающим две машины для литья под давлением
Количество последовательно выполняемых команд у робота типа «Юнимейт» меньше 200, но этого вполне достаточно для самого сложного цикла литья под давлением.
В соответствии с заданной программой робот может извлечь отливку в горячем состоянии и поместить ее на транспортер, который ^доставляет отливку к контрольному пункту для выявления инфракрасными лучами трещин. Робот может поместить отливку на транспортер таким образом, что она будет подготовлена для проведения последующих работ (например, снятия облоя или заусенцев). Однако эта возможность при изготовлении алюминиевых отливок не используется, так как за время, необходимое для выполнения последующей операции, механическая рука робота не успевает вернуться к установке для литья. В таких случаях желательно, чтобы робот имел две руки.
Роботы также используются для продувки пресс-форм с различной скоростью. Продувка может производиться после пяти-шести запрессовок металла или после каждой запрессовки по желанию. Ручной уход за пресс-формами занимает 15——20% рабочего времени, при использовании роботов можно достигнуть большой экономии времени.
Опыт фирмы «Аллен-Стивенс» (США) показал необходимость установки выключателей, соединенных с роботом, но абсолютно независимых от системы управления литейной машины. До осуществления этого мероприятия происходили аварии, в результате которых роботы выходили из строя. Вскоре
было обнаружено, что помехи (в виде ложных импульсов) генерировались электрооборудованием смежных машин. Последние модели роботов не имеют этих недостатков. Они работают вблизи литейных машин и индукционных печей без всяких помех благодаря хорошему заземлению и экранированию.
При всем многообразии приспособлений для смазки и очистки поверхностей пресс-форм, имеющихся на международном рынке, предпочтение в настоящее время отдается роботам.
Многолетний опыт эксплуатации роботов фирмой 《Аллен- Стивенс» показал, что они хорошо работают на участках литья под давлением. На этой фирме эксплуатируются три робота 《Юннме宜т» и один《Версатран》.
Стоимость аренды робота《Юннмейт» (7 тыс. долл, в год) приблизительно равна сумме затрачиваемой на оплату труда одного литейщика. При работе в две смены робот быстро себя окупает.
Робот《Юнимейт》на чикагском заводе литья под давлением заменяет четырех человек. В настоящее время он используется для обслуживания двух машин литья под давлением и для установки отливок на транспортеры. Робот функционирует 20 ч в сутки.
В результате анализа 3 тыс. рабочих часов роботов было установлено, что время простоя вследствие неполадок в роботе составило 3,4%- Из всего времени простоя на долю робота приходится 11,4%, 5% приходится на простои автоматической системы подачи металла, 8,6% ——на простой распылительных и
Рис. 159. Робот «Версатран-500 Р», используемый при работе машины «Индра ОЛ 600С» для литья под давлением в холодной камере
Рис. 160. Захватывающее приспособление робота «Верса- тран》для зажима вертикального литника
смазочных устройств, 14% — на обслуживание установки.
Основной причиной простоя является недостаточно хорошее обслуживание пресс-форм.
Использование робота «Юнимейт» позволяет получать 500 деталей в час при обслуживании двух литейных машин 一 значительно больше, чем при ручном труде.
На выставке, состоявшейся в 1970 г. в Лондоне, демонстрировались роботы «Юнимейт», обслу
живающие различные машины для изготовления пресс-форм, с целью показа возможности полной автоматизации производственного процесса. Демонстрировался также робот «Версатран- 500Р» для обслуживания машины типа《Индра ОЛ 600С» — мощностью 600 тс (рис. 159). Рабочая программа робота рассчитана на. снятие пресс-формы с неподвижной матрицы машины с последующим отводом ее от рабочего места. Кроме этого, робот вынимал отливку из пресс-формы и помещал ее (рис. 160) на поворотный стол автоматического пресса для обрезки облоя, затем отливка снималась со стола и помещалась на конвейер. Имелась возможность погружать отливку на заданный период времени в закалочную ванну перед переносом ее на пресс для обрезки об- лоя, а также осуществлять контроль качества отливки фотоэлектрическим или инфракрасным методом (или методом взвешивания). К роботу могут быть подключены устройства для автоматической разливки металла и для смазки штампа. Производительность робота до 33 отливок в час.
Важным преимуществом использования робота «Версатран» является возможность регулировать цикл во время работы робота и машины для литья под давлением, чего нельзя сделать на роботе «Юнимейт», который необходимо для этого остановить.
Одна из американских фирм использует для обслуживания одной литейной машины для отливки штампов два робота типа «Симплтрэн». Один робот вынимает отливки и помещает на
конвейер, доставляющий их в закалочную ванну, расположенную в помещении для зачистки отливок. После закалки второй робот переносит детали из закалочной ванны на автоматический пресс для обрезки облоя.
Для обслуживания более мощных литейных машин фирма использует два робота типа «Версатран-500Р», один из которых установлен на рельсы. На одном конце рельсового пути отливка помещается в закалочную ванну, а в противоположном конце —— в пресс для обрезки облоя.
На выставке, организованной в Кливленде (Огайо, США) фирмой《АМ① Термотул» был показан робот типа «Версатран» с усовершестованной системой управления типа 302. Эта система имеет способность к более широкому диапазону действий: когда на контроль поступала бракованная деталь, робот переносил ее в контейнер для отходов, а годная деталь передавалась роботом на платформу и устанавливалась в заданное положение. Таким образом детали накапливались на платформе. Когда стопа достигала определенных размеров, автоматически включалась новая программа работы робота, который укладывал детали в другую стопу.
Кроме роботов типа《Юннмейт»,《Версатран» и《Снмпл- трэн-500», разработано еще несколько типов роботов для литейных процессов.-
В настоящее время разработано пять таких машин. Машина фирмы «Арнольд энд Прайс» почти аналогична роботу «Верса- тран» — она имеет то же управление и сервоклапаны, но другое устройство — для определения чередований движений. Роботы, / изготовленные фирмами 《Стерлинг Детройт», 《Респонд», 《□раб》и «Граметикс», специально сконструированы для разгрузки машин литья под давлением. Они имеют относительно узкую программу, а некоторые — постоянную программу с изменением конечных точек движения. Их преимущества: простота конструкции и ухода, а также низкая стоимость. Недостатки: отлитые детали не всегда могут быть обработаны по полному циклу, применение упрощенных клапанов не позволяет производить плавное ускорение и замедление движений.
Техника безопасности при использовании литейных роботов имеет первостепенное значение. За рубежом были случаи, когда неполадки приводили к хаотическим движениям руки робота, в результате чего были значительные разрушения.
Аппаратура управления робота должна надежно защищаться щитами от брызг расплавленного металла, распыленной смазки, нагрева и т. п.
Пульт программного управления должен находиться в стороне от рабочей зоны.*
На рис. 161 показан робот японской фирмы «Дайдо Сэйко» для разливки стали из плавильно-разливочной электрической ； печи.
Рис. 161. Робот фирмы «Дайдо Сэйко», используемый для разливки стали
Робот《Юннмейт» более приспособлен для работы на больших предприятиях, имеющих соответствующую эксплуатационную базу с высококвалифицированным штатом, включая инженеров- электриков. На фирме《Аллен-Стнвенс》，не имеющей такого штата, время наработки до отказа составляло для робота《Юнн- мейт» 100—200 ч, а для робота «Версатран» — 500—600 ч. Неисправности 《Версатрана» сравнительно легко определить и устранить, так что простой составлял менее 5%, в то время как у《Юннмейта》一15—20%. На некоторых предприятиях простой 《Юннмейта» составлял 5% (эти цифры взяты с учетом 120-часовой недели, а в некоторых случаях — 144-часовой).
Робот типа «Симплтрэн» аналогичен по конструкции роботу «Версатран-500Р», но имеет уменьшенное число степеней свободы (в нем отсутствует поворот колонны). Этот робот может применяться для выема отливок из машины и помещения их на конвейер.
С применением роботов резко повысился коэффициент использования литейных машин, а брак снизился с 5 до 2%, в связи с тем что при использовании роботов для обдувки и нанесения смазки на пресс-формы достигается более качественное выполнение этих операций.
В нашей стране в ряде отраслей промышленности также намечено применение роботов для автоматизации литейных процессов. На рис. 162 приведены типовые компоновки рабочих мест с применением робота в литейном производстве.
Рис. 162. Типовые компоновки рабочих мест с применением роботов в литейном производстве:
а — обслуживание машин для литья под давлением (/ — робот; 2 — тара для отливок； 3 — пресс для удаления облоя； 4 — машина для литья под давлением) ； 6 — обслуживание стайка для удаления керамической формы с отлнвок (/ — тара для отливок； 2 — робот; 3 — вибростанок; 4 — решетка; 5 — транспортер для керамики)* 8 — обслуживание печей для прокалки форм (/ — прокалочная печь; 2 — загрузочно- разгрузочный стол； 3 ——робот подвесной；； г ——обслуживание ваины для удаления модельной массы из керамических блоков (/ — робот； 2 — разгрузочный стол; 3 — ваииа для выплавления модельной массы； 4 ——загрузочный стол)
КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Тяжелые условия работы в кузнечных цехах требуют применения средств механизации и автоматизации, которые освободили бы рабочего от манипулирования тяжелыми горячими заготовками.
Наиболее целесообразным оказывается применение ковочных телеоператоров и промышленных роботов, которые могут выполнять загрузку заготовки в нагревательную печь, извлечение нагретой заготовки из печи, транспортировку ее к ковочному агрегату, манипулирование заготовкой при ковке и доставку поковки на склад готовой продукции.
Использование даже простейших телеоператоров (манипуляторов) в 1,5——2 раза повышает производительность и значительно облегчает труд кузнеца-штамповщика.
Основные преимущества ковочного телеоператора перед ковочными кранами и другими средствами механизации заклю- 274
чаются в быстроте 心 точности захвата заготовки, поворота и установки ее, а также в лучшей маневренности.
Важной характеристикой телеоператора является тип привода. Механизмы манипуляторов старых конструкций имели механический привод. Гидравлические и пневматические устройства применялись только для зажима заготовки. В настоящее время разработан ряд оригинальных конструкций манипуляторов с гидравлическим приводом для всех механизмов, а также пневматические манипуляторы для ковки колец.
Большая экономическая целесообразность применения ковочных манипуляторов убедительно доказана опытом их применения в нашей стране и за рубежом.
Для механизации процессов ковки кузнечные цехи СССР, США, Англии, ФРГ и других стран оборудованы ковочными телеоператорами, манипуляторами и роботами.
В США ковочные телеоператоры изготовляют фирмы «Аллене», «Врозннс》, «Места», «Кендол Контракшин Инжиниринг» и др., в ФРГ ——фирмы «Демаг», «Гидраулик», «Данго унд Ди- нентал-2», «Дойчер Иннен унд Аусзенхандлунг» и др.; в Англии —«Адамсон Аллене», «Уэлман Смит Оуан» и др.
Развитие прессостроения в последнее время характеризуется внедрением дистанционного и программного управления прессами и роботами.
Автоматизация гидравлических ковочных прессов и приводов вращения клещей и продольного перемещения моста манипулятора, а также системы многоканальной связи для управления ковочным манипулятором позволяют осуществить синхронную работу ковочного пресса и манипулятора и создают предпосылки для автоматической свободной ковки.
Дистанционное управление ковочным прессом и роботом позволяет существенно улучшить условия работы оператора, а также дает возможность прессовщику работать в наиболее удобном месте, удаленном от зоны повышенных температур, с наилучшим обзором рабочего пространства пресса.
В большинстве случаев применение современных роботов с дистанционным управлением дает возможность передать включение робота прессовщику и таким образом освободить оператора для выполнения других работ.
В кузнечном цехе фирмы «Эдельштальворке», где производится ковка крупных поковок на прессах усилием до 2000 тс, применяется робот 《Сак». Робот зажимает заготовки и выполняет последующие манипуляции при ковке: подъем, поворот, опускание и перемещение поковок массой до 10 т. Скорость каждого перемещения можно регулировать. Широко распространенные опасения, что прессовщик будет чрезмерно загружен, если он будет управлять и манипулятором, и прессом, оказались несостоятельными. С пульта управления прессом гораздо лучше обзор, кроме того, предотвращаются многие неполадки, вознн-
кающие из-за недостаточной слаженности в работе прессовщика и машиниста телеоператоров или робота.
Фирма «Лэтроуб стил К。》(США) при обслуживании 2000-тонного ковочного пресса применяет одновременно два робота 《Сак》. Манипуляторы роботов, работая синхронно и удерживая обрабатываемую поковку с двух сторон, обеспечивают параллельное перемещение клещей схватов. Держатели схватов имеют гидравлические амортизаторы двойного действия. Управление роботами дистанционное и осуществляется одним оператором, при этом пресс работает автоматически. При выполнении окончательных, чистовых операций ковки используется автоматическая доводка толщины поковки.
В конце каждого прохода один манипулятор освобождает конец поковки, чтобы его можно было проковать. Синхронизация положения схватов во всех направлениях, включая горизонтальное смещение, наклон и поворот, осуществляется по специальным индикаторам.
В последнее время появились сообщения, что на заводах Англии, США и Японии для обслуживания процессов горячей штамповки на молотах и прессах начинают использоваться универсальные переналаживаемые роботы.
На базе робота《Юннмейт》создана полностью автоматизированная линия для штамповки шестерен и зубчатых колес.
Предварительно отрезанные стальные заготовки подаются из бункера и пропускаются через печь с газовым нагревом, затем нагретые заготовки робот пропускает последовательно через все ручьи штампа.
После горячей штамповки робот《Юннмейт》автоматически переносит заготовки в пресс для обрезки облоя. Все движения автоматизированы и электрически взаимосвязаны.
Облой, обрезанный на прессе, захватывается роботом и переносится на скребковый конвейер, а готовые штамповки проталкиваются на конвейер, который перемещает их в контейнеры для готовой продукции. Средняя продолжительность цикла 15 с.
Если имеется какое-либо рассогласование, то устройства блокировки выключают оборудование.
На заводе《Шевроле Плант» для автоматизации штамповки зубчатого колеса используется робот «Версатран》. Робот перемещает нагретые заготовки массой 1,8 кг с конвейера в первый и второй ручьи штампа. Когда рука робота отходит, пресс срабатывает, образуя круглый диск; диаметром 152,4 мм и толщиной 25,4 мм. Затем штамп раскрывается и робот переносит диск на второй пресс, на котором образуется заготовка зубчатого колеса диаметром 127 мм и толщиной 38 мм, которая выталкивается роботом в контейнер. Когда специальный щуп показывает, что заготовка из штампа удалена, цикл повторяется. Производи-
тельность штамповки — 550 штук в час. В результате повышения производительности робот окупается в течение года.
В некоторых случаях робот устанавливается между прессом и печью так, что его рука может достичь как рабочей зоны пресса, так и конвейера, несущего нагретые металлические заготовки из печи.
Стальная заготовка нагревается до 1200° С в печи с газовым обогревом подается на конвейере к ковочному прессу усилием 1300 тс. Когда заготовка поступает на исходную позицию, приводится в действие переключатель, который сигнализирует роботу, что нагретая заготовка подана. Робот поворачивается к этой заготовке, подхватывает ее и переносит к штампу пресса самым коротким путем. После того как специальный шуп определит, что штамп свободен и пуансон поднят, робот помещает заготовку в штамп. Сигнал об этом подается в систему управления робота. Затем робот подает сигнал прессу на включение рабочего хода и заготовка штампуется вначале в первом, а затем во втором ручьях штампа. Готовая заготовка шестерни механически выбрасывается из штампа. Робот проверяет, свободна ли полость штампа, затем повторяет двухпереходную операцию на следующей нагретой заготовке. Во время работы на стальной схват робота распыляется воздух с водой, чтобы он мог выдерживать высокую температуру рабочей зоны. Корпус робота теплозащищен и охлаждается водой.
На рис. 163 показано обслуживание роботом «Версатран» пресса горячей штамповки 《Аякс» (1300 тс), на котором делаются заготовки шестерен.
Рис. 163. Робот «Версатран» обслуживает пресс горячей штамповки
При штамповке шестерен экономия от внедрения робота составляет 28000 долл, в год сверх стоимости робота.
Фирма «Коннрекс Плантсвил» (США) использует робот 《Версатран》для штамповки автомобильных деталей на молотах. Применение робота позволяет повысить производительность и лучше использовать оборудование кузницы.
Детали штампуются на молоте с весом падающих частей 500 кгс, в штампе с тремя ручьями (закрытого типа). В течение одного цикла изготовляются сразу три заготовки массой около 0,5 кг. Робот укладывает нагретый пруток в первый ручей и удерживает его, пока молот не ударит три раза; затем робот перекладывает заготовку во второй ручей штампа для двух ударов и в третий (окончательный) ручей для одного удара, после чего заготовка помещается в отрезной ручей молота, где деталь отрубается от прутка и падает на конвейер. Если деталь прилипает к пуансону, схват робота автоматически освобождает деталь. Несмотря на сильные ударные нагрузки механические и электронные системы робота не повреждались.
Фирма «Американ Машин энд Фаундри К。》 (США) сообщает некоторые данные об использовании робота《Версатран» в кузнечно-штамповочных цехах. Как пример дается описание автоматизированной технологической позиции, состоящей из пресса, робота и конвейера, подающего заготовку поперечной балки шасси массой около 6 кг. Циклограмма работы робота построена следующим образом. По сигналу датчика, расположенного на конвейере, рука робота движется в позицию захвата заготовки, зажимает ее и переносит с поворотом кисти на 180° в рабочую зону пресса' Другой датчик, расположенный на прессе, сигнализирует о том, что полость штампа открыта. Рука вносит заготовку в полость штампа и укладывает ее в матрицу, соответствующий датчик сигнализирует о конечном положении руки, и затем дается команда на пробивку отверстия в заготовке. После пробивки отверстия деталь автоматически выталкивается из матрицы и сбрасывается в тару.
Применение робота на этой позиции обеспечило увеличение производительности до 720 изделий в час по сравнению с 550 изделиями при ручной работе.
С использованием робота《Версатран》механизирован технологический участок, состоящий из круговой газовой печи, горячештамповочного пресса усилием 1300 тс и конвейера. Нагретая заготовка шестерни массой около 2 кг вручную вынимается из печи и подается на конвейер. Циклограмма работы робота начинается с захвата нагретой заготовки по сигналу датчика, расположенного на конвейере. Заготовка переносится в первый ручей штампа, пальцы схвата разжимаются, и по команде от системы управления пресс предварительно штампует заготовку. После сигнала датчика об окончании первого перехода схват зажимает заготовку и переносит ее во второй ручей. Рука
робота выводится из рабочей зоны пресса, после чего дается команда на включение следующего рабочего хода пресса: отштампованная заготовка автоматически выталкивается из полости штампа и сбрасывается в тару. Система блокировок предусматривает автоматическое выключение процесса штамповки, если рука робота попадает в рабочую зону пресса в течение рабочего хода.
Два пресса для изготовления пружин (массой 15 кг) задних подвесок автомобилей «Форд» на заводе фирмы «Форд Моторе» обслуживаются двумя промышленными роботами (вместо четырех операторов). Прессы соединены конвейером, на каждом прессе выполняется двухпереходная штамповка.
Детали загружаются в первые позиции в обоих прессах вручную, после штамповки они автоматически извлекаются. Затем робот поднимает их, поворачивает и устанавливает во втором положении.
Движения двух роботов синхронизированы с рабочими ходами прессов. Концевые выключатели регистрируют положение штампа и следят, чтобы рука робота не оказалась в зоне штампа, пока штамп полностью не раскроется. Они также регистрируют присутствие деталей во второй позиции штампа и исключают загрузку штамповок до момента освобождения этой позиции (укладка двух деталей одновременно в один штамп также исключена).
Применение робота позволяет уменьшить штат рабочих, повысить безопасность и производительность труда.
На рис. 164 показано применение робота 《Юннмейт》 для обслуживания ковочного пресса.
При заклинивании поковки в штампе срабатывает блокировка.
В нашей стране уже проведена работа по анализу заготовительно-штамповочного производства и намечено на ряде заводов внедрение роботов. Расчеты показывают, что при этом может быть достигнута высокая технико-экономическая эффективность (например, при организации участка штамповки лопаток двигателя с использованием робота УМ-1).
Организация автоматизированного участка штамповки потребует проведения ряда мероприятий: необходимо спроектировать и изготовить специальную нагревательную печь проходного типа с кассетной загрузкой заготовок и ориентированной выдачей на позицию выгрузки (управление печью предусмотрено от программного устройства манипулятора).
Для обеспечения надежной работы установки изотермического деформирования (например, при штамповке турбинных лопаток) с укладкой и выемкой штампуемой заготовки клещевыми схватами робота потребовалось модернизировать установку, изменить конструкцию штампов, ввести фиксаторы и выталкиватели. В электрической схеме управления оборудова-
Рис. 164. Робот 《Юннмейт» устанавливает заготовку в ковочный пресс
Рис. 165. Схема участка кузиечиого цеха с применением робота:
/ — пульт программного управления; 2 — ориентатор заготовок; 3 — нагревательная установка; 4 — бункер; 5 — штамповочный пресс; 6 — тара для штамповок; 7 — обрезной пресс； 8 — тара для облоя; 9 — робот
ннем участка предусматривается связь с пультом управления программного устройства робота.
При организации участков обычной штамповки на горячековочных прессах схема расположения оборудования аналогична показанной на рис. 165. Если заготовка имеет простую форму (например, цилиндрическую), можно осуществить бункерную загрузку печи, что позволит автоматизировать участок штамповки полностью.
Производительность такого участка ориентировочно составит 300—500 заготовок в час, что в 1,5—2 раза выше существующей. При двухсменной работе высвобождается шесть рабочих на каждом участке (нагревальщики, штамповщики, прессовщики), повысится культура производства, а также улучшатся условия труда. “
ТЕРМООБРАБОТКА
За рубежом в процессах термической обработки роботы применяют в основном на операциях загрузки и разгрузки печей, соляных ванн, а также для передачи деталей из одной ванны в другую, контроля твердости, клеймения и складирования деталей.
Робот《Юннмейт», установленный на заводе фирмы «Катерпиллер трактор К。》，обслуживает индукционную печь с вращающимся подом и закалочный бак, в которых проводится термическая обработка пальцев гусеницы трактора (рис. 166). Робот извлекает деталь из магазина подачи и помещает ее в паз во вращающемся поде печи. Затем подает сигнал на поворот пода, зажимает термообработанную деталь, вынимает ее из печи и дает команду закрыть заслонку печи (при этом робот устанавливает горячую деталь в зажимное приспособление, обеспечивающее минимальное коробление при закалке, подавая сигнал на включение охлаждения). Полный цикл занимает 1 мин. Электрическая блокировка предотвращает возможную загрузку печи до получения сигнала о том, что под печи повернут для принятия детали, а дверцы открыты. Обучение робота занимает
Рис. 166. Термическая установка, обслуживаемая роботом, который помещает детали и выгружает их после термообработки
Рис. 167. Робот «Юннмейт» загружает печь для отпуска деталей .
Рис. 168. Роботы на участке термообработки моноблоков и корпусов:
/ — печь для закалкн; 2 — печь для отпуска； 3 — тара; 4 — робот; 5 — обрабатываемая деталь (моноблок из стали ЗОХГСА массой до 25 кг)
30 мин. Производительность труда при обслуживании печи роботом увеличилась на 10% по сравнению с прежней организацией работ (без робота).
На рис. 167 показана схема расположения робота《Юнн- ме頁т》，снабженного защищенной асбестом вакуумной присоской, загружающего печь для отжига стеклянных отливок [40]. Рабочий цикл робота связан с работой конвейера, подающего отливки с предыдущей технологической позиции. Робот захватывает отливку с конвейера и устанавливает ее на выдвижном поде печи.
Робот, используемый на операциях термообработки, должен быть специально оборудован, так как температура нагретых деталей доходит до 900—1200° С. Рука робота должна быть оснащена схватом и инструментом, способными работать при высокой температуре. Корпус робота должен быть закрыт теплоизоляцией для обеспечения надежной работы электронного оборудования. В ряде случаев робот должен быть передвижным, например пр'И обслуживании камерных печей.
На рис. 168 представлена схема участка термообработки корпусных деталей с использованием промышленного робота.
Специалисты фирмы «Юнимейт» считают, что эффективность использования роботов при термообработке значительно повысится, если их оборудовать чувствительными элементами, которые позволят роботу брать неориентированные детали.
ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОГО ФОРМООБРАЗОВАН НЯ
Заготовительно-штамповочные работы, так же как и кузнечные, термические и литейные, с успехом обслуживаются роботами.
На автомобильном заводе робот «Версатран》берет с конвейера после точечной сварки поперечную балку автомобильной рамы и подает ее на пресс для пробивки отверстий, поворачивая одновременно на 180°. Робот взаимосвязан с другим оборудованием, сигналы датчиков обеспечивают синхронность работы. Два датчика сообщают роботу о готовности заготовки для взятия и передачи ее на пробивку. После того как заготовка установлена на пресс и рука робота убрана, робот дает сигнал прессу начать штамповку. Третий датчик сообщает роботу о выходе заготовки из штампа. Если какой-либо запрограммированный переход не будет выполнен, то робот остановится. Производительность этого участка — 720 изделий в час.
Робот «Юнимейт» используется в комплексе с 40-тонным листоштамповочным прессом (этот комплекс работает в условиях частых переналадок, в памяти робота хранятся программы Для всей номенклатуры деталей, обрабатываемых на прессе, очередная программа переписывается в память робота 《Юнн- мейт》в течение 3 мин.).
Робот《Юнимейт》с двумя руками может обслуживать три пресса (рис. 169). На рис. 170 показаны роботы «Юнимейт», работающие у дыропробивных прессов.
Рис. 169. Робот «Юннмейт» с двумя руками обслуживает три штамповочных пресса
Рис. 170. Роботы «Юнимейт» обслуживают дыропробивные прессы
Рис. 171. Робот SR-10 и станок для снятияРис. 171. Робот SR-10 и станок для снятияфирмы «Синко Дэнки» обслуживает вырубной пресс заусенцевфирмы «Синко Дэнки» обслуживает вырубной пресс заусенцев
Рис. 171. Робот SR-10 и станок для снятия
Рис. 171. Робот SR-10 и станок для снятия
фирмы «Синко Дэнки» обслуживает вырубной пресс заусенцев
фирмы «Синко Дэнки» обслуживает вырубной пресс заусенцев
Японский робот сАутохенд» (с одной, двумя и тремя руками) используется на участках листоштамповочных прессов [74].
Листовые детали на заводе《Хонда》штампуются с помощью робота фирмы《Дайдо Сэйко».
Робот SR-5 фирмы «Синко Данкн》используется при штамповке кольцевых деталей. На рис. 171 показано, как робот SR-10 той же фирмы обслуживает вырубной пресс и станок для снятия заусенцев.
ПРЕССЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕМЕТАЛЛОВ
В процессах прессования пластмасс промышленные роботы нашли широкое применение.
Японские специалисты предпочитают применять на этих работах упрощенные роботы и манипуляторы, так как для выполнения несложных операций применять роботы типа «Верса- тран》и 《Юнимейт》не всегда целесообразно. В Японии создан целый ряд упрощенных роботов, которые, несмотря на некоторые недостатки (малая величина перемещения руки, количество степеней свободы менее шести), обладают высокой скоростью и точностью действия.
Японской фирмой 《Синко Дзнки》 изготовлено несколько типов механических рук для работы в автоматических линиях для прессования пластмассовых изделий.
Одна из автоматических линий состоит из прессовой машины, устройств для подачи заготовок, снятия облоя и заусенцев, конвейера и механической руки с двумя схватами (см. рис. 172, а). Один схват работает с правой стороны машины. Он берет в устройстве подачи нагретую заготовку, помещает ее в машину для прессования и возвращается в исходное положение. После прессования другой схват, производящий операции с левой стороны машины, захватив отформованное изделие, возвращается в центральное положение и переносит изделие в устройство для снятия облоя и заусенцев. После снятия заусенцев готовое изделие сбрасывается на конвейер.
Вторая автоматическая линия состоит из устройства подачи порошка, формовочного пресса, конвейера и устройства подачи чашек (см. рис. 172, 6).
Отпрессованные изделия собираются вдоль реечной направляющей. Когда набирается определенное количество изделий, первый схват механической руки присасывает изделия, переносит их в нужную позицию и укладывает в чашки. В то же время второй схват механической руки берет чашку с уложенными в ней изделиями, переносит и устанавливает на другие чашки стопкой. Цикл повторяется автоматически.
Третья автоматическая линия состоит из двух машин для прессования, обрезного устройства и механической руки (рис. 172, 6).
Механическая рука снимает отпрессованное изделие, переносит в машину для обрезки облоя, после чего опускает в ящик.
Качество изделий, изготовленных на автоматических линиях, высокое, а трудоемкость снижена.
Несмотря на то что использование автоматической линии с механической рукой целесообразнее, чем применение дорогих роботов, в пресслитейной промышленности США все же лри-
Рис. 172. Автоматические линии прессования пластмассовых деталей с использованием механических рук:а — (/ — устройство для подачи заготовок; 2 — механическая рука; 3 ——устройство для снятия облоя и заусенцев； 4 — конвейер； 5 — машина для прессования пластмассовых изделий)； 6 ——(/ ——устройство подачи порошка; 2 ― формовочный пресс; 3 — первый схват; 4 — второй схват; 5 — устройство для подачи чашек; 6 — механическая рука； 7 — чашка); в — (/ — машина для прессования； 2 — механическая рука; 3 — тара для готовых изделий； 4 — устройство для снятия облоя и заусенцев)Рис. 172. Автоматические линии прессования пластмассовых деталей с использованием механических рук:а — (/ — устройство для подачи заготовок; 2 — механическая рука; 3 ——устройство для снятия облоя и заусенцев； 4 — конвейер； 5 — машина для прессования пластмассовых изделий)； 6 ——(/ ——устройство подачи порошка; 2 ― формовочный пресс; 3 — первый схват; 4 — второй схват; 5 — устройство для подачи чашек; 6 — механическая рука； 7 — чашка); в — (/ — машина для прессования； 2 — механическая рука; 3 — тара для готовых изделий； 4 — устройство для снятия облоя и заусенцев)
Рис. 172. Автоматические линии прессования пластмассовых деталей с использованием механических рук:
а — (/ — устройство для подачи заготовок; 2 — механическая рука; 3 ——устройство для снятия облоя и заусенцев； 4 — конвейер； 5 — машина для прессования пластмассовых изделий)； 6 ——(/ ——устройство подачи порошка; 2 ― формовочный пресс; 3 — первый схват; 4 — второй схват; 5 — устройство для подачи чашек; 6 — механическая рука； 7 — чашка); в — (/ — машина для прессования； 2 — механическая рука; 3 — тара для готовых изделий； 4 — устройство для снятия облоя и заусенцев)
Рис. 172. Автоматические линии прессования пластмассовых деталей с использованием механических рук:
а — (/ — устройство для подачи заготовок; 2 — механическая рука; 3 ——устройство для снятия облоя и заусенцев； 4 — конвейер； 5 — машина для прессования пластмассовых изделий)； 6 ——(/ ——устройство подачи порошка; 2 ― формовочный пресс; 3 — первый схват; 4 — второй схват; 5 — устройство для подачи чашек; 6 — механическая рука； 7 — чашка); в — (/ — машина для прессования； 2 — механическая рука; 3 — тара для готовых изделий； 4 — устройство для снятия облоя и заусенцев)
меняются роботы《Юнимейт》，«Версатран» и другие.
Фирма《Синко Дэнки» при обслуживании пресслитейных машин для изготовления пластмассовых деталей использует роботы SR-10 и SR-5 (рис. 173).
В шведской промышленности, выпускающей изделия из пластмасс, роботы начали применяться с 1968 г.
Поскольку процесс прессования, как правило, занимает примерно 15——40 с, то наряду с выемом готовых деталей из пресс-форм роботы использовали и для других рабочих операций. К их числу относятся обрезка литников, упаковочные работы и т. п. Чаще всего употребляются напольные роботы, поскольку их легко приспосабливать к имеющимся прессам.
Новой областью применения промышленных роботов в пластмассовой промышленности является развивающаяся отрасль производства вспенивающихся пластмасс. На прессах для пластмасс делаются детали массой по 20——30 кг, объем их может достигать 1 м3. 。
В Швеции при изготовлении таких деталей сложной формы используют роботы типа《АЗО》.
Применение роботов в пресслитейном производстве дает большую экономию за счет уменьшения времени простоев, а так- 286
Рис. 173. Робот SR-5 обслуживает участок пресслитейных машин для изготов* ления деталей из пластмасс
же обеспечивает более высокое качество и создает безопасные условия для работы, что особенно важно.
В отечественной промышленности при прессовании деталей из пресс-порошка могут быть использованы роботы УМ-1, ПР-10, М-901 и другие -на операциях загрузки и выгрузки деталей из пресса.
СВАРКА И ПАЙКА
Наиболее широкое применение за рубежом роботы нашли для автоматизации контактной и дуговой сварки, в частности в автомобильной промышленности.
Американские фирмы «Дженерал моторе», «Форд», «Крайслер» и другие устанавливают роботы в поточные линии для сварки кузовов автомобилей и на рабочих местах для выполнения отдельных операций сварки и транспортировки различных узлов и деталей [58, 68].
На заводах фирмы «Дженерал моторе» роботы «Юнимейт» выполняли 80% точечной сварки при сборке малолитражного автомобиля «Вега». Фирма установила 26 роботов на линии сборки автомобилей (рис. 174). Перед сваркой кузов фиксируется в строго определенном положении. Роботы выполняют более чем двухсменную работу за день, заменяя 52 человека и окупая себя в течение 18 месяцев. Роботы обеспечивают правильное расположение сварных точек с точностью ± 1,5 мм； производительность такой сварки — около 60 точек в минуту.
Автоматическое контрольное устройство, встроенное в систему, следит за выполнением операций. Если какое-либо сварочное соединение не выполнено, то на пульте управления зажигается лампочка, показывающая номер робота, не выполнившего
Рис. 174. Робот «Юннмейт» сваривает кузов автомобиля
операцию. Кроме того, звуковой сигнал предупреждает сварщиков о неполадках. Дефекты сварки исправляются вручную.
На заводе «Фишер Боди» с помощью робота «Юнимейт» выполняется операция приварки шпилек к нижним панелям кузова автомобиля «Кадиллак».
Над сварочной линией подвешен вибробункер, вмещающий 10000 шпилек (количество, достаточное для 8-часовой работы), которые сжатым воздухом по трубопроводу подаются в магазин сварочного пистолета.
После получения роботом сигнала о начале сварки он приводит в действие механизм самопередвижения и освобождает уже приваренную шпильку.
Затем робот фиксирует положение сварочного пистолета, прикрепленного к руке над точкой, куда должна быть приварена шпилька. Далее пистолет с помощью пневмоцилиндра продвигается до соприкосновения с панелью кузова, шпилька, поступившая из бункера и зажатая в цанге, прижимается к панели, в результате чего образуется замкнутая электрическая цепь низкого сопротивления. После этого начинается цикл нагрева, к концу которого пружина пистолета прижимает шпильку к расплавленному металлу, образуя сварное соединение. Далее контрольное устройство посылает сигнал роботу об окончании процесса, пистолет отводится назад, а робот устанавливается в исходное положение для приварки следующей шпильки.
После окончания сварки на одной стороне панели робот с помощью пневмомеханизма переходит к сварке на другой стороне.
После выполнения полного цикла сварки робот отодвигает сварочный пистолет и подает сигнал на конвейер, перемещающий готовую панель кузова на основную линию сборки, в то же время следующая панель продвигается в нужное для сварки положение.
Автоматическое контрольное устройство выявляет все нару шения технологии сварки и при необходимости прерывает работу. Например, если не поступила шпилька, отсутствует сигнал нужного уровня электропроводности электрической цели «пистолет ——панель》и цикл прерывается.
Робот может устанавливать сварочный пистолет в различных положениях, и это позволяет производить сварку на криволинейной поверхности под любым углом к ней (даже снизу).
На одном из заводов «Фишер Боди» на операциях автоматической сварки применен робот 《SAM». Робот выполняет операции сварки с требуемой точностью и манипулирует сварочным пистолетом по шести координатам, выполняя до 510 команд, распределенных по 10 отдельным программам.
Робот «Минитрэн» применяется для выполнения операций соединения деталей методами сварки или пайки (рис. 175).
Установка имеет два питателя /, 3, с приемных лотков которых детали для сварки транспортируются двумя манипуляторами 4 и 7 на позицию сварки (на оправку 6), затем детали свариваются с помощью двух электродов в двух диаметрально расположенных точках, а после поворота оправки ——еще в двух. После этого готовое изделие транспортируется одним манипулятором (механическим модулем) в тару 5. Средняя производительность описанного автомата с двумя манипуляторами составляет 750 сборок в час. Производительность другой си-
Рис. 175. Схема соединения двух деталей роботом «Минитрэн»:
j, 3 — питатели; 2 — сварочное устройство; 4, 7 — манипуляторы; 5 — тара для готовых изделий; 6 — оправка
стемы, включающей две сварочные установки и три модуля «Минитрэн», составляет 1200 сборок в час.
Для сборки и пайки корпуса автомобильной свечи также применяется система из модулей «Минитрэн» с производительностью 1500 сборок в час.
На заводе «Тоёта» (Япония) с помощью робота《Кавасаки Юнимейт» ведется точечная сварка кузовов автомобилей.
Применение роботов на операциях сварки (особенно дуговой) связано с рядом трудностей, так как выполнение пространственного шва требует постоянного изменения положения оси электрода (перпендикулярно плоскости шва), поэтому возникает необходимость в программировании траектории и скорости движения по стыку. Ориентация электрода и коррекция при отклонении шва от расчетной траектории должна производиться следящими системами [17].
Опыт показывает, что целесообразно совмещать управление движением электрода и режимом сварки в едином программирующем устройстве. Хороших результатов можно достигнуть, если робот оснастить специальными датчиками и системами, позволяющими корректировать программу путем слежения по стыку, контролировать качество шва и автоматически регулировать режим сварки. Параллельно с созданием специализированного сварочного робота для обычных условий в настоящее время решаются задачи создания роботов, действующих в сложных условиях и, в первую очередь, в условиях сварки в обитаемых камерах, применение которых в настоящее время в нашей стране принимает широкий размах.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Универсальность роботов делает возможным их применение для автоматизации работ на разных металлорежущих станках, причем один робот может обслуживать два и более станков [57]. На отечественных предприятиях роботы уже применяются на ряде работ, связанных с механообработкой.
В США для этих целей широко используют роботы «Юни- мейт》，《Аутобот》и《Версатран》. Робот《Аутобот》осуществляет загрузку и разгрузку патронных полуавтоматов, токарных станков, а также загрузку, управление и разгрузку вертикально-сверлильных станков. Фирма «Рокуэл», являющаяся поставщиком широкого ассортимента узлов для автомобильной промышленности США, в цехах механической обработки применяет роботы 《Юннмейт》.
На участке обработки зубчатых колес для автоматизации подачи заготовок к станкам применен непрерывно действующий роликовый конвейер, управляемый роботом, для поворота заготовок установлен поворотный стол; сигнальная система связывает робот со станками, поворотным столом и конвейером. На этом 290
участке автоматизирована работа систем охлаждения и очистки станков от стружки с подачей команд от робота. Технология обработки включает 39 операций, время цикла 1,4 мин.
Сделана попытка полностью автоматизировать процесс изготовления (в том числе механообработки) автомобильных колес с помощью 23 роботов «Юнимейт». На основе этих роботов построена система, в которой автоматизированы операции ковки, штамповки, прессования, расточки, клепки и т. п. Роботы, ис-
Рис. 177. Робот УМ-1, обслуживающий два станка АТ-250П:Рис. 177. Робот УМ-1, обслуживающий два станка АТ-250П:]—робот; 2 — загрузочно-разгрузочное устройство; 3 — обрабатываемая деталь; 4、 6 — токарный полуавтомат АТ-250П; 5 — пульт управления робота]—робот; 2 — загрузочно-разгрузочное устройство; 3 — обрабатываемая деталь; 4、 6 — токарный полуавтомат АТ-250П; 5 — пульт управления робота19*19*291291Рис. 176. Робот WHS (слева) фирмы «Хурт» (ФРГ) обслуживает станок для шевингования зубчатых колес
Рис. 177. Робот УМ-1, обслуживающий два станка АТ-250П:
Рис. 177. Робот УМ-1, обслуживающий два станка АТ-250П:
]—робот; 2 — загрузочно-разгрузочное устройство; 3 — обрабатываемая деталь; 4、 6 — токарный полуавтомат АТ-250П; 5 — пульт управления робота
]—робот; 2 — загрузочно-разгрузочное устройство; 3 — обрабатываемая деталь; 4、 6 — токарный полуавтомат АТ-250П; 5 — пульт управления робота
19*
19*
291
291
Рис. 178. Типовая компоновка рабочего места с роботами для обслуживания агрегатных станков:
J — накопитель заготовок; 2 — станок; 3 — тара для обработанных деталей; 4 — робот
пользуемые в системе, имеют автономное управление, работа отдельных технологических участков синхронизируется. Для увеличения надежности функционирования в системе предусмотрены два резервных робота.
В ФРГ в цехах механообработки для автоматизации процессов тоже применяют роботы. На рис. 176 тю-
казан двурукий робот фирмы《Хурт》, который обслуживает шевинговальный станок, установленный в конвейерной линии.
Анализ технологии производства на отечественных заводах показал возможность применения роботов на различных работах, связанных с механической обработкой деталей и узлов изделий. Ниже приведен пример использования отечественного робота УМ-1 для обслуживания двух станков с программным управлением АТ-250П при окончательной механической обработке втулки колеса (рис. 177).
Предварительно обработанные отливки (заготовки втулок) вручную укладываются в загрузочно-разгрузочное устройство 2, расположенное рядом с двумя станками 4 и 6. Установленный между станками манипулятор робота / специальным схватом (типа разжимной цанги) берет заготовку 3 по центральному отверстию с фиксированной позиции устройства 2 и устанавливает ее в патрон станка 4, дает команду на зажим детали и запускает первый станок. После обработки на первой операции робот берет ее, поворачивает (кантует) и устанавливает в ложемент, укрепленный на загрузочно-разгрузочном устройстве 2. Затем рука робота берет заготовку втулки с другого торца, поворачивает и вставляет в патрон станка 6. После окончательной обработки робот берет втулку, поворачивает и устанавливает в ложемент разгрузочного устройства 2.
Размещение робота, двух станков АТ-250П, загрузочно-разгрузочного устройства выполняется по расчетным координатам. Чтобы уменьшить погрешности позиционирования, расчет конечных координат производится отсреднего положения руки робота.
Применение робота на описанной операции кроме повышения производительности труда существенно уменьшило потери от брака.
Опыт применения робота УМ-1 для обслуживания двух станков АТ-250П открывает широкие перспективы замены производ-
ственных рабочих роботами на операциях обслуживания оборудования с программным управлением, полуавтоматов, агрегатных станков, как на отдельных операциях технологического процесса, так и в технологических линиях.
Экономическая эффективность от внедрения одного промышленного робота при механообработке составляет 5——8 тыс. р. в год, при этом не учитывается социальный эффект, связанный с улучшением условий труда, снижением травматизма и др.
На рис. 178 приведен пример типовой компоновки рабочего места с роботом УМ-1 при механообработке на агрегатных станках.
ПРОЦЕССЫ ПОКРЫТИЯ, ПОКРАСКИ И ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
В процессах покрытия, покраски и поверхностного упрочнения робот должен заменить человека на операциях, связанных с тяжелыми физическими нагрузками или с вредными условиями труда.
Автоматизация процессов гальванических покрытий необходима, так как, во-первых, детали (или корзины с деталями), передаваемые из одной ванны в другую, часто бывают тяжелыми и, во-вторых, человеку опасно оставаться вблизи ванн из-за вредных испарений, например при цинковании в цианистых электролитах. Исключить почти полностью участие человека из процессов гальванопокрытий можно, применив робот.
Для обслуживания ванн робот чаще всего должен передвигаться по рельсовому пути.
На рис. 179 показана схема участка гальванопокрытия корпусных деталей с применением робота УМ-1.
Автоматизация участка гальванопокрытия предусматривает нужную по следов ат ельность операций технологического цикла с соответствующей расстановкой ванн, обеспечивающей рациональные движения робота.
Робот захватывает подвеску с деталью на загрузочной позиции 6 и помещает ее в ванну для обезжиривания 7. После загрузки партии деталей и требуемой выдержки в ванне 7 робот 2 вынимает детали и опускает их в ванну 8 с горячей, а затем в ванну 5 с холодной водой, в ванну 10 для декапирования, в ванну // с холодной водой и в ванну 3 цианистого цинкования. Процесс цинкования длится 50 мин, робот на это время отключается. За время выдержки производится контроль толщины покрытия, который выполняется автоматически или вручную. После окончания цинкования робот включается в процесс, вынимает детали из ванны 3 и производит их осветление. Цикл повторяется необходимое число раз.
Пример использования робота на операциях с вредными условиями труда показан на рис. 180. Робот «Версатран», оснащен-
участке гальванопокрытия корпусных деталей:участке гальванопокрытия корпусных деталей:Рис. 179. Робот наРис. 179. Робот на1 二 ПОЗИ1^Я °брезииивания деталей; 2 — робот: 3 — ванна для цинкования; 4 ——ванна с холодной водой； 5 — позиция снятия резиновой изоляции： 6 — стол для загоузки- 7 — 貶нна обезжиривания； 8 — ванна с горячей водой; 9, ” ~ ванна с холодной водой- 心一ваина с декапирующим раствором1 二 ПОЗИ1^Я °брезииивания деталей; 2 — робот: 3 — ванна для цинкования; 4 ——ванна с холодной водой； 5 — позиция снятия резиновой изоляции： 6 — стол для загоузки- 7 — 貶нна обезжиривания； 8 — ванна с горячей водой; 9, ” ~ ванна с холодной водой- 心一ваина с декапирующим раствором
участке гальванопокрытия корпусных деталей:
участке гальванопокрытия корпусных деталей:
Рис. 179. Робот на
Рис. 179. Робот на
1 二 ПОЗИ1^Я °брезииивания деталей; 2 — робот: 3 — ванна для цинкования; 4 ——ванна с холодной водой； 5 — позиция снятия резиновой изоляции： 6 — стол для загоузки- 7 — 貶нна обезжиривания； 8 — ванна с горячей водой; 9, ” ~ ванна с холодной водой- 心一ваина с декапирующим раствором
1 二 ПОЗИ1^Я °брезииивания деталей; 2 — робот: 3 — ванна для цинкования; 4 ——ванна с холодной водой； 5 — позиция снятия резиновой изоляции： 6 — стол для загоузки- 7 — 貶нна обезжиривания； 8 — ванна с горячей водой; 9, ” ~ ванна с холодной водой- 心一ваина с декапирующим раствором
Рнс. 180. Окрашивание двигателя автомобиля с помощью робота «Версатран»
ный переносным пульверизатором, производит окраску двигателя автомобиля на движущемся конвейере. Окрашивание начинается по команде датчика на конвейере, сигнализирующего о поступлении неокрашенного двигателя в операционную зону робота. Робот оснащен контурной системой управления, что обеспечивает равномерную окраску двигателя. Робот может манипулиро-
вать различным портативным инструментом (кистью, пульверизатором) ,траектория движения и положение которых, а также угол наклона по отношению к окрашиваемой поверхности задаются автоматически. Рука робота в соответствии с программой поворачивает струю распыленной краски в требуемом направлении. Робот может также производить продувку инструмента и системы воздухом. Программа работы рассчитана на оптимальный режим распыления с минимальным расходом краски. Применение робота освободило оператора-распылителя от неприятной и вредной работы; качество окраски повысилось при одновременной экономии материалов.
В США для нанесения покрытий, кроме робота ^Версатран», широко применяют роботы «Юнимейт» и 《Тралфа》.В Японии на операциях окраски деталей распылением применяют роботы «MIR-A-H-З» фирмы «Мейкико Ко».
С помощью роботов можно наносить лакокрасочные и теплозащитные покрытия, клей, герметики, вспенивающиеся полиуретаны и различные порошки. Роботы, выполняющие эти операции, связанные с применением взрывоопасных и пожароопасных веществ, должны делаться во взрывобезопасном исполнении.
Фирма «Дженерал Дайнемикс» для дробеструйного упрочнения деталей применила робот, для которого запрограммированы скорость дроби, угол ее удара об упрочняемую поверхность и скорость перемещения дробеметного сопла.
Дробеструйная обработка, повышающая усталостную прочность и стойкость к коррозии напряженных деталей, широко используется в авиационной и автомобильной отраслях промышленности.
Для сверхзвукового самолета более 400 особо ответственных деталей и узлов подвергаются упрочнению стальной дробью (сложные несущие узлы крыла, детали каркаса крыла и центроплана, детали и узлы шасси, фитинги и пр.).
Использование автоматизированных устройств позволяет строго регламентировать режимы обработки деталей даже сложных форм. При ручной обработке качество упрочнения гораздо ниже, так как оператору трудно выдерживать необходимый угол и скорость дроби.
Фирмой «Боинг-Вертол» совместно с рядом других американских фирм разработана установка с роботом《Версатран» для автоматизированной упрочняющей дробеструйной обработки авиационных деталей. В установку входит специальный шкаф, размер и форма которого соответствуют габаритам робота (рис. 181, о). Внутри камеры установлен поворотный стол, на котором крепятся заготовки (рис. 181, 6). Кроме того, установка включает компрессор для дробеструйной обдувки деталей, устройства подачи и циркуляции дроби и пылеуловитель. Робот《Еерсатран》 перемещает дробеструйное сопло на заданном расстоянии от детали, выдерживая перпендикулярность сопла к обрабатываемой
Рис. 181. Робот《Версатран» обслуживает дробеструйную камеру: а — вид снаружи камеры; 6 — вид изнутри
поверхности, при этом регулируется режим обработки. Для автоматизации процесса выбран робот《Версатран» с контурной системой управления, которая в данном случае необходима. Для управления работой всего входящего в установку оборудования используется система управления робота, а также дополнительные устройства включения и выключения компрессора и вращения стола. Максимальное время обработки 12 мин.
Автоматизация процессов упрочнения стабилизирует качество деталей, освобождая людей от вредной работы.
СБОРОЧНЫЕ РАБОТЫ
В машино- и приборостроении за последнее десятилетие усилилась тенденция к возрастанию доли сборочных работ в общей трудоемкости изготовления продукции. Часто затраты на сборку составляют до 40% от общей стоимости изготовления изделия.
Поэтому разработка и внедрение сборочных роботов представляет значительный интерес.
Анализ процессов сборки показывает, что человек по сравнению с автоматом проигрывает в скорости выполнения операций закрепления, но лучше подает детали на сборочную позицию и ориентирует их для предварительной сборки. Поэтому время и точность позиционирования деталей играют решающее значение при создании сборочных роботов.
К роботам в серийном производстве предъявляются, кроме того. требования низкой стоимости, возможности быстрой перена-
ладки под сборку различных изделий, экономичности при сборке малыми сериями, надежности.
До настоящего времени при сборке успешно использовались лишь специальные или специализированные средства автоматизации, рассчитанные на массовый выпуск продукции в течение длительного времени.
Сборочные роботы могут работать как автономные устройства, но могут быть и встроены в линию (возможна параллельная и последовательная работа нескольких роботов).
На рис. 182 представлено несколько возможных схем использования сборочных роботов <в различных компоновках. Так,
Рис, 182. Варианты компоновки сборочных автоматических линий：
а — схема робота и движений его рабочих органов (/ — радиальное перемещение схвата; 2 — вертикальное перемещение руки； 3 — поворот руки вокруг вертикальной оси);
6, а — последовательная установка роботов в линию; е, д, ж, и — компоновка роботов у конвейера; е — параллельная работа роботов; з ——компоновка роботов с роторным столом
роботы могут использоваться в линии (рис. 182,6, г, е), состоящей из ряда последовательно и параллельно работающих единиц, передачу деталей и узлов с одной сборочной позиции на следующую производят при этом сами роботы. На конвейерной сборке сложных узлов (рис. 182,6, d, ж) каждый робот выполняет определенную операцию, системы управления роботов и конвейера связаны в единую систему.
Робот может сам двигаться рядом с движущимся конвейером (рис. 182,〃).
Сборочные роботы могут применяться в комплексе с другим сборочным оборудованием, например с роторным столом (рис. 182,з). Изучение и практическое исследование различных компоновок дает возможность находить лучшие варианты использования роботов.
При индивидуальной работе сборочного робота подача деталей должна производиться автоматически из бункеров или магазинов.
Роботы целесообразно применять при сборке узлов и деталей, не превышающих по габариту 200 мм, массой до 8 кг, когда необходимы усилия до 200 кгс.
Сборочные роботы незаменимы в технологических процессах, когда присутствие человека нежелательно или невозможно (при работе со взрывоопасными и токсичными веществами, в условиях повышенного шума, очень высоких и низких температур, в вакууме, при наличии радиации и т. п.).
Как показывает практика, достаточно большой объем работ приходится на сборку несложных узлов, состоящих из нескольких деталей.
Такую работу могут взять на себя простые по устройству и быстроокупающиеся роботы с жесткой программой (для массового производства) и легко переналаживаемые (для серийного), при этом в качестве инструмента могут быть использованы различные гайковерты, винтоверты и другой сборочный инструмент.
Для выполнения простых сборочных операций используются роботы «Минитрэн», «Флексимэн», 《Юнимейт》， «Версатран» и роботы серии SMT. Некоторые зарубежные фирмы проводят работу по созданию более совершенных роботов, предназначенных для выполнения сложных задач по сборке изделий.
На рис. 183,。показана автоматическая система, включающая роботы «Минитрэн», для сборки корпуса автомобильной свечи, состоящей из деталей /0, И и 12.
В системе используется шестнадцатипозиционный поворотный стол 3 с кольцевой зоной нагрева 4, где производится пайка. Манипулятор (механический модуль робота) 8 принимает деталь 12 из питателя 9 и переносит ее на одну из позиций поворотного стола 3. После поворота стола на один шаг специальный подаватель 7 направляет деталь И (кольцо из медно-цинкового сплава) к детали /2, находящейся на нужной позиции поворотного стола.
Рис. 183. Сборочные автоматы системы «Минитрэн».
а ——для сборки корпуса автомобильной свечи (/, 8 ——манипулятор «Минитрэн» (механический модуль)； 2 — ванна с флюсом; 3 ——поворотный стол; 4 — зона нагрева; 5 —— собранная свеча; 6 — сниматель; 7 — подаватель; 9, 13 — питатель； 10, 11, 12 — детали собираемой свечи)； б ——для многопознцнонной сборки узла, состоящего из пяти деталей (/ — питатели; 2 — манипулятор робота； 3 — выталкиватель; 4 — пресс; 5 — снима- тель; 6 ——шаговый конвейер; 7, 8, 9, 10, 11 — деталь; 12 — собранный узел)
Механический модуль робота / принимает деталь 10 из питателя 13 и окунает ее в ванну с флюсом 2. После этого робот переносит деталь на рабочую позицию поворотного стола, совмещая ее с находящимися на столе деталями И и 12. Затем по мере перемещения на поворотном столе детали 12 и 10 соединяются в зоне нагрева 4 посредством пайки медно-цинковым припоем. Готовая свеча 5 убирается с поворотного стола специальным снима- телем 6. Производительность установки 1500 готовых свечей в час.
На рис. 183,6 показана схема многопозиционной сборочной установки, производящей сборку узла /2, который состоит из пяти деталей 7——11.
Эта установка построена на базе линейного шагового конвейера 6, рабочие площадки которого фиксируются на время остановок с помощью специальных стопоров. Детали 7, 9, 10 и И подаются на позиции сборки из питателей / манипуляторами «Минитрэн» 2, а деталь 8-—с помощью специального выталкивателя 3. После того как все детали поступили на одну из рабочих позиций конвейера, происходит запрессовка деталей на прессе 4. Собранный узел 12 снимается с конвейера снимателем 5.
В результате изучения пятнадцати различных вариантов применения сборочной автоматической системы «Минитрэн» было установлено, что 2/3 общей стоимости оборудования (75 тыс. фун-
тов стерлингов) должно быть затрачено на универсальные элементы системы, а 1/3 ——на специальное оборудование. Средняя стоимость оборудования одного варианта применения системы составила около 1800 фунтов стерлингов, из них 600 фунтов стерлингов составляет стоимость специального оборудования.
Ряд японских фирм проводит работу по созданию малогабаритных и малоинерционных электроприводов для манипуляторов роботов, обслуживающих сборочные операции. Накопленный опыт конструирования, изготовления и эксплуатации последних позволяет отметить некоторые их преимущества по сравнению с гидро- и пневмоприводами:
меньшая стоимость и большая экономичность эксплуатации; отсутствие громоздких насосных станций;
значительно меньшее влияние температурных условий на точность и динамику робота.
В ряде стран ведутся работы по созданию роботов, которые могут производить сборку по чертежу неориентированных деталей.
Круг задач, решаемых экспериментальными образцами таких роботов, пока очень ограничен. Так, манипулирование с использованием 《зрения》осуществл яется главным образом с объектами, ограниченными плоскими поверхностями или поверхностями тел вращения.
Создание надежных роботов третьего поколения решит задачу освобождения человека от однообразного и утомительного труда на сборке.
ОПЕРАЦИИ КОНТРОЛЯ
Контроль деталей и готовых изделий в ряде случаев опасен для человека и тогда его проведение можно поручить роботу, например, контроль деталей с использованием радиоактивных изотопов.
Ниже приведено несколько примеров использования промышленных роботов в процессах контроля.
Качество литых и сварных деталей методом радиационной интроскопии с помощью флуороскопических экранов или рентгенотелевизионных установок можно проверить, использовав робот УМ-1 на следующих операциях: подачи деталей 3 из окна / загрузки в контролируемое положение, манипулирования деталью в процессе ее просвечивания и подачи детали к окну выгрузки 6 (рис. 184).
Замена ручного труда на этих операциях позволит сократить трудоемкость процесса контроля примерно в четыре раза за счет исключения операций открывания и закрывания двери защитной камеры, включения и выключения рентгеновского аппарата, переходов оператора из пультового помещения в камеру и обратно. Эффективность от применения роботов выражается не только в
Рис. 184. Использование роботов при контроле сварных и литых деталей методом радиационной интроскопии:
•/ — окно загрузки деталей; 2 — робот； 3 —— контролируемая деталь； 4 —— рентгеновская трубка； 5 ——передающий блок рентгенотелевизионной системы; 6 ——окно выгрузки де- тале負；7 ——видеоконтрольное устройство
■сокращении трудоемкости, но и в улучшении контроля, в повышении его достоверности, так как робот может манипулировать деталью во время ее просвечивания, что повышает вероятность выявления в ней дефектов, при этом обеспечивается полная радиационная безопасность контролеров.
Другим примером может служить контроль герметичности радиаторных трубок высокочувствительным радиоактивным методом. ‘
Трубки радиаторов помещаются в рабочую камеру, затем специальной иглой в трубки вводится радиоактивный препарат и создается избыточное давление.
При наличии микронеплотностей в стенке радиаторной трубки радиоактивный газ попадает в эманационную камеру, в которой регистрируется его концентрация.
Использование робота для выполнения вспомогательных операций обезопасит человека от возможного облучения.
Контроль герметичности трубопроводных коммуникаций или емкостей, находящихся под высоким давлением, также опасен для человека, так как многие методы, в том числе и объективный чувствительный масс-спектрометрический метод с применением ■специальных щупов, требуют присутствия оператора в непосредственной близости к объекту испытаний.
Робот может заменить человека при выполнении вспомогательных, а также основных операций. Рука робота проведет щуп по всем сварным швам или разъемным соединениям и все места негерметичности будут определены.
Компания «Лункенхеймер Ко》с 1972 г. использует робот 《Юннмейт》для замены рабочих на проверке клапанов. Робот берет клапаны с предыдущей операции (сборки), проводит контроль и передает их на упаковку. На контроль клапаны поступают почти полностью собранными и только некоторые операции (установка крышки сальника, герметизирующей гайки, маховичка, гайки маховичка и фирменной бирки) производятся после контроля.
Для работы с клапанами разных размеров используется набор распорных прокладок для пробок, укрепленных на схвате.
Переход к работе с клапанами других размеров требует 10 мин, так как нет необходимости в замене схвата. В роботе «Юнимейт» для этой работы применяется двойная асинхронно действующая рука, исключающая излишние движения и сокращающая цикл контроля. Ввиду того что средняя скорость операции сборки, выполняемой вручную, и скорость автоматической проверки почти одинаковы, но работа человека в сравнении с работой робота из-за перерывов очень нерегулярна, было применено буферное устройство между человеком и роботом. Это устройство состоит из наклонного лотка, в котором подвешиваются клапаны за концы трубок основанием вниз. Выпуск клапанов производится на нижнем конце этого лотка по одному клапану к позиции захвата.
За выпуском клапанов наблюдает фотоглаз, и, если позиция захвата не загружена, робот выключается. Лоток также регулируется для различных размеров клапанов (регулировка занимает 10 мин). Вся установка снабжена центральным пультом управления, на котором ведется выбор требуемой программы и пуск установки. Использование установки дало снижение стоимости испытаний и повышение производительности труда на операции контроля клапанов.
Роботы могут применяться для выполнения различных операций, связанных с контролем, включая и завершающие операции, например, клеймение деталей и узлов.
В настоящее время существует много типов роботов, которые можно применить для контроля качества, однако необходимы роботы и для контроля внешнего вида изделия; таких роботов пока нет.
ТРАНСПОРТИРОВКА, УПАКОВКА И СКЛАДИРОВАНИЕ
Вспомогательные работы по перегрузке, транспортированию, упаковке, складированию деталей и готовой продукции часто бывают тяжелыми и однообразными. За рубежом на этих работах стали использовать промышленные роботы. В США уже несколько лет используются системы автопогрузки с роботами в автомобильной, авиационной и химической отраслях промышлен-
Рис. 185. Укладка кирпичей двумя роботами《Версатран》
ности, а также в промышленности, выпускающей пластические массы, оборудование для пищевой промышленности, стеклянные изделия и т. д.
Американская компания «А. Роберт Бёрч, Присайд Бёрч Контролз Инк» для автоматизации транспортных работ применяет так называемое
перепрограммиру е м о е универсальное оборудование для перемещения. Эта система включает робот, имеющий модульную структуру, механизированный консольный кран и миниатюрный управляющий пневматически логический блок.
Стоимость робота со схватом для одиннадцати видов перемещений—13950 долл. Робот может манипулировать деталями с производительностью 480 шт. в час, причем брать и передавать детали на нескольких уровнях с различными их поворотами. Робот, в частности, использован для погрузки головок автомобильных двигателей на два транспортных трайлера.
В 1965 г. фирма «Дёрне 5рнк》ввела в строй первый полностью автоматизированный кирпичный завод. Все операции ——от подготовки глины до сушки кирпича ——автоматизированы (требуется всего только три оператора-контролера на каждую смену) .Единственным производственным процессом, не поддававшимся автоматизации, был процесс укладки кирпича в штабель и на специальные тележки для обжига.
В 1966 г. завод приобрел роботы 《Версатран》и этот производственный процесс был автоматизирован. Роботы применяли на двух участках. На первом участке два робота укладывали высушенные кирпичи штабелем в восемь рядов на автоматические тележки, подающие кирпичи в печь для обжига. Каждый ряд располагался под прямым углом к предыдущему. Между кирпичами имелся зазор для циркуляции газа (рис. 185). Груженые тележки автоматически подавались в печь обжига, а после этого поступали на второй участок разгрузки и укладки кирпича для отправки. На втором участке роботы разбирали обожженные кирпичи из штабеля. На участке загрузки роботы первоначально были установлены на платформе по обеим сторонам тележки. Каждый робот укладывал кирпичи на свою половину тележки. В качестве схвата использовалось приспособление типа лопаты, которое снимало с подающего конвейера одновременно пять
кирпичей. Каждый робот загружал на одну тележку 240 стандартных кирпичей, выполняя в течение одного цикла загрузки 48 операций по захвату, переносу и установке пяти блоков по пять кирпичей. Одна операция длилась 3 с. Масса перемещаемого груза составляла около 10 кг. Роботы были оснащены контурными системами программного управления. Переналадка робота на новый размер кирпича занимала около часа. Эта система работала до 1967 г.
В дальнейшем система претерпела ряд изменений. Была снижена скорость перемещения кирпичей, а нагрузка на один робот увеличена до 109 кгс. При этом производительность системы увеличилась почти в два раза и составила 10800 кирпичей в час (при массе одного кирпича 2,26 кг), изменилась установка роботов —теперь они установлены в перевернутом положении.
Вертикальный ход руки робота увеличен до 1066 мм, что позволило укладывать штабель высотой до 1066 мм, изменены приспособления для подачи кирпичей в зону захвата и сами захватные приспособления роботов. Операция загрузки робота при этом варианте занимает 12 с для одного блока кирпичей. Схват робота состоит из нескольких рядов металлических плит, установленных на раме. Сдвоенные плиты каждого ряда в позиции захвата вводятся между кирпичами. Зазор между кирпичами обеспечивается подающим устройством. Каждая плита схвата может расширяться посредством пневматического привода; в результате схват надежно сжимает кирпичи. Схват удерживает три ряда по семь кирпичей. Контурные системы управления роботами заменены позиционными с подпрограммами, обеспечивающими укладку кирпича штабелями. Общая программа загрузки тележки включает подпрограмму загрузки одного горизонтального ряда кирпичей и подпрограмму переноса этого ряда на первый, второй и следующие вертикальные уровни, чтобы обеспечить нужную высоту штабеля, состоящего из 4, 5 или 8 горизонтальных рядов. Подпрограммное обеспечение укладки кирпичей в штабели позволило сэкономить значительное количество потенциометров, используемых в «Версатране» для задания положений руки, а также упростило и ускорило процедуру обучения робота.
Робот и все вспомогательное оборудование объединены в единую систему, управляемую по программе робота. Экономия в этом случае составила 12 рабочих.
В США роботы применяют также для перемещения деталей из керамики и стекла.
Фирма «Корнинг Гласс Уоркс》на заводе «Чарлирой» применяет три робота «Версатран» для установки изделий из керамики на три линии конвейеров, транспортирующих изделия на обжиг.
На рис. 186 показан робот «Версатран», используемый для перемещения плоских автомобильных оконных стекол. Робот бе-
Рис. 186. Робот «Версатран» с вакуумными схватами перемещает автомобильное стекло
рет стекло из вертикального штабеля, поворачивает его и перемещает к гравировальной машине. После нанесения надписи робот укладывает стекло на конвейер. Стекло захватывается с помощью двух больших вакуумных присосов. Схват робота оборудован чувстительным элементом, позволяющим руке робота «подлаживаться» под местоположение каждой следующей детали. Производительность робота — 330 стекол в час.
При производстве стекла на операциях транспортировки и упаковки также применяются роботы. На рис. 187, а показан робот 《Юннмейт» со специальной рукой для упаковки стеклянных труб.
На рис. 187,6, в показаны схваты роботов для перемещения тяжелых изделий.
Американская компания «Клеринг А.У.С. Индастриз Компани» продает роботы моделей《S-900》，«М-1200» и «L-2400» (табл. 7) для выполнения операций разгрузки и загрузки станков. Все три модели имеют гидроприводы; давление жидкости 72,5 кгс/см2.
Гидравлический блок с воздушным охлаждением работает при температуре окружающей среды до 50° С. Электронные пульты управления роботов оснащены потенциометрами. У робота 《G-§00》имеется по три, а у роботов «М-1200» и 《L-2400》по шесть входных и выходных сигналов блокировки.
Рис. 187. Специальные схваты робота《Юннмейт»：
а — Для укладывания стеклянных труб； б — для переноса переднего щитка автомобиля;
8 — для перемещения деталей нз листового материала
Таблица 7
Техническая характеристика роботов фирмы《Кмерннг А. У. С. Индастриз Компани»
Характеристика робота
Робот 《S-900》
Робот «М-1200»
Робот «L-2400»
Перемещение руки, мм: горизонтальное
558,8
762,0
1066,8
вертикальное
304,8
762,0
762,0
Скорость перемещения руки, мм/с:
горизонтального
до 914,4
до 914,4
до 914,4
вертикального
до 914,4
до 914,4
до 914,4
Угол поворота колонны,
180
220
220
град
Скорость поворота колон-
до 100
до 90
до 90
ны, гр ад/с
Радиус работы (до точки закрепления схвата), мм： максимальный
762,0
1219,2
2133,6
минимальный
203,2
457,2
1066,8
Вращение кисти, град
до 180
до 180
до 180
Скорость вращения кисти,
90
90
90
гр а д/с
Количество программируе-
1800
1200
1000
мых позиций Грузоподъемность, кг
22,7
45,4
68
Площадь пола, занимае-
559x559
864X1270
864x1270
мая роботом, мм Электропитание
110 В, 3 фазы
440 В,
440 В,
20 А
3 фазы, 15 А
3 фазы, 15 А
В нашей стране также начаты работы по использованию роботов для транспортировки и укладки деталей. Проведены экспериментальные работы по применению робота УМ-1 для автоматизации процесса выгрузки поршней двигателя автомобиля «Москвич-412» из моечной машины и укладки их в тару. Производство поршней носит массовый характер. Заключительными операциями технологического процесса являются операции мойки поршней и укладки их в тару (рис. 188).
После механической обработки поршни подаются шаговым транспортером в две камеры моечной машины 7, где промываются водным раствором соды и затем просушиваются сухим сжатым воздухом. Из камер поршни выталкиваются на поддон 6 и замыкают контакты блокирующих микровыключателей, при этом сигнал о наличии на позиции захвата поршней поступает на пульт управления 8 робота. Установленный рядом с моечной машиной манипулятор / робота специальными схватами берет поршни с поддона 6 и раскладывает их в ячейки четырех ящиков 2. Ящики устанавливаются на тумбочках 3 по направляющим до
Рис. 188. Схема расположения оборудования на участке мойки поршней:
/ ——манипулятор робота УМ-1; 2 ——ящик с ячейками для поршней; 3 ——тумбочка;
4 ——тележка; 5 ——ограждение； 6 ——поддон моечной машины; 7 — моечная машина; 8 ——пульт управления робота
упора (конечного выключателя), подающего сигнал на пульт управления робота о наличии тары. Программа движения манипулятора составлена так, что при отсутствии поршня на поддоне 6 моечной машины 7 рука робота проходит в зону захвата и ожидает появления поршня. При отсутствии ящика на загрузочной позиции робот останавливается.
Загруженные ящики во время работы передвигаются с тумбочек на тележку и заменяются пустыми. Применение робота в данном случае освободило рабочих от монотонной работы в некомфортных условиях.
Достаточно высокую эффективность дает использование роботов для автоматизации различных работ на складах (перегрузка деталей, уборка пустой тары, пакетирование грузов и пр.).
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОВ
Экономический эффект применения роботов проявляется в повышении производительности оборудования и экономии заработной платы. Внедрение роботов гарантирует также непрерывность производства и высокое качество продукции, так как исключаются свойственные человеку ошибки, ведущие к браку. Помимо технико-экономических выгод применение промышленных роботов оказывает существенное социальное воздействие на производство, особенно в случае автоматизации вредных и опасных для здоровья операций в литейных, кузнечных, гальванических, малярных и других цехах.
Зарубежные фирмы — производители роботов в интересах получения высокой прибыли всячески рекламируют их и для каждой модели производят укрупненные расчеты экономической эффективности, чтобы показать будущим потребителям преимущества автоматизации производства на основе промышленных роботов.
В табл. 8 приведены виды работ и некоторые показатели эффективности их автоматизации вследствие применения роботов.
Как правило, основными показателями являются: окупаемость дополнительных капиталовложений, надежность в работе и ресурс, простота обслуживания, повышение производительности труда в сравнении с ручным трудом или специальными меха- низмами.
Ниже приводятся примеры укрупненных технико-экономических расчетов, выполненных фирмой «Юнимейшн» при оценке промышленного робота «Юнимейт».
Стоимость промышленных роботов — 25000 долл.; окупаемость——1 —1,5 года; гарантийный срок службы робота ——40000 ч. Фирмы — изготовители роботов не только продают их, но и сдают напрокат. Арендная плата за час в зависимости от типа робота——2,5 долл, при условии, если заказчик арендует робот на три месяца с использованием его в течение 500 ч. Тариф за каждый дополнительный час— 1,5—2 долл.
Эффективность использования робота зависит прежде всего от трех экономических факторов: времени окупаемости робота, сроков возмещения капиталовложений и ожидаемой экономической эффективности.
Время окупаемости робота определяется по формуле
где Р — время окупаемости, годы;
/ ——■ стоимость робота и оснастки, долл.;
L ——годовая экономия труда, долл.;
Е ——величина годовых эксплуатационных расходов, долл.
Таблица 8
Технико-экономическая эффективность применения роботов
Область применения роботов
Количество высвобождаемых рабочих
Текнико-экономическая эффективность
Обслуживание при штамповке детален двигателей внутреннего сгорания
1 (при трехсменной работе)
Уменьшается износ штампа; повышается производительность и безопасность труда
Разгрузка машины для литья циика под давлением с охлаждением отливок
То же
Выдерживается однородный цикл на всем протяжении работы
Обслуживание двух машин для литья под давлением иа заводах по производству упаковочной тары
2 (при двухсменной работе)
Человек освобождается от работы в опасной зоне; увеличивается срок службы штампа; повышается производительность
Обслуживание при изготовлении оболочковых форм для литья по выплавляемым моделям на авиационных заводах
1 (при двухсменной работе)
Повышается качество отливок, повышается производительность труда
Загрузка формовочных машин на заводах по производству пластмасс
То же
Человек освобождается от работы в опасной зоне; повышается производительность труда
Точечная сварка на автосборочных заводах
1 (при двухсменной работе)
Повышается качество сварного шва； повышается производительность труда
Погрузка крупных пласт- массовых деталей
2 (при трехсменной работе)
Повышается безопасность труда; снижается количество брака
Многослойная загрузка стеклянных трубок в контейнеры
1 (при трехсменной работе)
Снижается количество брака; повышается безопасность труда
Загрузка металлорежущих станков для изготовле- ннн автомобильных осей
2 (при двух* сменной работе)
Облегчается труд станочника
Обслуживание процесса гальванизации резервуаров погружением в цинковые ванны
1 (при двухсменной работе)
Достигается однородность покрытий; освобождается оператор от работы в ядовитой среде
Обслуживание процесса термообработки деталей тракторов в закалочной печи
То же
Выдерживается цикл обработки; человек освобождается от работы в зоне с повышенной температурой
Таким образом, при / = 25000 долл.,厶=11000 долл, (в автопромышленности) ,Е\ = 2000 долл, при односменной работе, 七2 = 3000 долл, при двухсменной работе время окупаемости робота Pi = 2,7 года (при односменной работе); Р? = 1,3 года (при двухсменной работе).
С учетом скорости работы робота (в сравнении со скоростью работы человека-оператора) и стоимости технологического оборудования, обслуживаемого роботом, формула (38) принимает вид:
尸=「厶一E + g(Z. + Z)，(39)
где Z — стоимость технологического оборудования, обслуживав' мого роботом, долл.;
g ——коэффициент, определяющий, на сколько робот работает быстрее или медленнее оператора, %
Рассмотрим пример двухсменной работы, когда робот стоимостью 25000 долл, обслуживает технологическое оборудование стоимостью 30000 долл, и работает либо быстрее оператора на 20%, либо медленнее на 20% при годовой экономии затрат труда 11000 долл, и величине годовых эксплуатационных расходов 3000 долл. Этот пример характерен для автомобильной промышленности.
В данных случаях
при g = +20% время окупаемости робота Р； = 0,85 года,
При g = —20% Р] = 2,9 года
Принимая во внимание, что средняя норма прибыли 20%, срок службы робота при двухсменной работе 5 лет, средняя стоимость работ, выполняемых роботом, 5,5 долл, в час и учитывая амортизационные расходы 0,75 долл, в час, было определено, что прибыль, получаемая при работе робота в одну смену, равна 29300 долл., а при двухсменной работе — 61800 долл, за весь срок службы.
На рис. 189 графически представлена окупаемость робота в зависимости от времени его работы в сутки. Принято, что амортизационные отчисления за год составляют 5000 долл, при сроке работы 5 лет, затраты на содержание робота в час составляют 0,75 долл., средняя стоимость выполняемой работы в час — 5,5 долл.
Для облегчения расчетов окупаемости промышленных роботов разработана таблица коэффициентов для определения прибыли в зависимости от срока службы робота и процента его амортизации (табл. 9)
Анализ технико-экономических показателей применения промышленных роботов показывает, что основная прибыль получается за счет зарплаты рабочих, заменяемых роботом.
На рис. 190 приведена диаграмма экономической эффективности робота《Версатран》при условии, что один робот выпол
Тыс. долл.
Рис. 190. Диаграмма экономической эффективности применения роботов:[—стоимость содержания оператора; 2 — окупаемость робота, используемого в течение пяти лет； 3 — окупаемость робота, используемого в течение десяти лет； 4 — окупаемость робота при односменной работе; 5 — окупаемость робота прн двухсменной работе;6 — окупаемость робота при трехсменной работеПоказатели, заштрихованные в клетку,— себестоимость операции, вьшолнлем。負 с участием человека. Показатели, заштрихованные по диагонали — амортизационные отчисления от общей суммы стоимости роботаРис. 190. Диаграмма экономической эффективности применения роботов:[—стоимость содержания оператора; 2 — окупаемость робота, используемого в течение пяти лет； 3 — окупаемость робота, используемого в течение десяти лет； 4 — окупаемость робота при односменной работе; 5 — окупаемость робота прн двухсменной работе;6 — окупаемость робота при трехсменной работеПоказатели, заштрихованные в клетку,— себестоимость операции, вьшолнлем。負 с участием человека. Показатели, заштрихованные по диагонали — амортизационные отчисления от общей суммы стоимости роботаРис. 189. Окупаемость робота С в зависимости от интенсивности его использования (£ — количество часов работы в сутки)Рис. 189. Окупаемость робота С в зависимости от интенсивности его использования (£ — количество часов работы в сутки)
Рис. 190. Диаграмма экономической эффективности применения роботов:
[—стоимость содержания оператора; 2 — окупаемость робота, используемого в течение пяти лет； 3 — окупаемость робота, используемого в течение десяти лет； 4 — окупаемость робота при односменной работе; 5 — окупаемость робота прн двухсменной работе;
6 — окупаемость робота при трехсменной работе
Показатели, заштрихованные в клетку,— себестоимость операции, вьшолнлем。負 с участием человека. Показатели, заштрихованные по диагонали — амортизационные отчисления от общей суммы стоимости робота
Рис. 190. Диаграмма экономической эффективности применения роботов:
[—стоимость содержания оператора; 2 — окупаемость робота, используемого в течение пяти лет； 3 — окупаемость робота, используемого в течение десяти лет； 4 — окупаемость робота при односменной работе; 5 — окупаемость робота прн двухсменной работе;
6 — окупаемость робота при трехсменной работе
Показатели, заштрихованные в клетку,— себестоимость операции, вьшолнлем。負 с участием человека. Показатели, заштрихованные по диагонали — амортизационные отчисления от общей суммы стоимости робота
Рис. 189. Окупаемость робота С в зависимости от интенсивности его использования (£ — количество часов работы в сутки)
Рис. 189. Окупаемость робота С в зависимости от интенсивности его использования (£ — количество часов работы в сутки)
Таблица коэффициентов прибылиТаблица коэффициентов прибыли
Таблица коэффициентов прибыли
Таблица коэффициентов прибыли
Время эксплуатации робота в годах
Коэффициент прибыли с расчетом амортизации, %
6
10
15
20
30
0,969
0,950
0,928
0,937
0,870
1,883
1,814
0,735
1,663
1,539
2,746
2,599
2,436
2,293
2,054
3,559
3,313
3,046
2,818
2,450
4,327
3,062
3,577
3,256
2,755
5,051
4,551
4,038
3,620
2,989
5,734
5,088
4,439
3,924
3,169
6,379
5,676
4,788
4,177
3,308
6,987
6,018
5,091
4,388
3, 14
10
7,560
6,421
5,355
4,564
3,497
Таблица 9
няет работу одного оператора, производительность при этом не изменяется, а годовой фонд рабочего времени составляет 2000 ч.
Если сравнение производится по себестоимости изготовления одной детали, то преимущества применения промышленного робота становятся еще нагляднее (увеличивается коэффициент использования дорогостоящего оборудования, уменьшаются непроизводительные перемещения и т. д.).
Американскими специалистами сделана экономическая оценка комплексной автоматизации поточного производства автомобильных колес на базе применения 23-х роботов «Юнимейт». Статистические данные показали, что среднее время безотказной работы робота 《Юннмейт》——около 600 ч, поэтому на автоматической поточной линии предусмотрен резерв из двух роботов для оперативной замены вышедших из строя. Расходы на модернизацию технологического оборудования поточной линии составили 602 тыс. долл, и распределились следующим образом:
стоимость промышленных роботов 22000X25 = 550000 долл.;
стоимость сменных схватов различных типов 1500 X 23 = =34500 долл.;
стоимость модернизации электро-, гидро- и пневмоарматуры роботов 500 Х 23 = 11500 долл.;
стоимость управляющего запоминающего устройства на магнитной ленте 6000 долл.
При двухсменной эксплуатации роботов в комплексной поточной системе и погашении задолженности за их приобретение экономия за пять лет по сравнению с трудом рабочих (46 рабочих и 4 мастера) составила 113250 долл., что соответствует прибыли в размере 22% от первоначальных капиталовложений (с учетом повышения производительности линии минимум на 10%). Такой доход считается вполне достаточным, чтобы оправдать использование роботов.
Расчеты экономической эффективности применения промышленных роботов в условиях отечественного производства показывают, что экономическая эффективность от внедрения одного робота УМ-1 при механической обработке деталей составляет 5—— 8 тыс. р в год.
В качестве примера определим сроки окупаемости робота 《УМ-1》при обслуживании им двух станков АТ-250П.
Исходные данные для расчета:
Трудоемкость продукции в год, Т41200
Коэффициент переработки норм, а1,4
Тарифная ставка ироизводственного рабочего Чс, р 0,437 Расходы по страхованию на одного производствен-
ного рабочего (в % от его зарплаты Зо), % ..8
Расходы по охране труда на одного производствен
ного рабочего, р 40
Непромышленные расходы на одного производст
венного рабочего в % от его зарплаты 3。^^^10
Стоимость робота к, р 17000
Амортизационные отчисления на робот Ао, % от К 6,7 Расходы на ремонт н содержание робота Р =
=1,4 % Црп,
где Ро — ремонтная сложность 10
“р — стоимость содержания и ремонта оборудова
ния, р 25
п — количество роботов 1
Расходы на составление программы работы робоРасходы на составление программы работы робо
Расходы на составление программы работы робо
Расходы на составление программы работы робо
та, р 300
Расходы на оснастку, р 1°°°
Расчет
А. Существующие расходы 工i：
зарплата производственного рабочего
Зр = Т%・а = 41 200-0,437-1,4 = 25 206 р;
затраты на социальное страхование
25 200-0,08 = 2016 р.;
непромышленные расходы (затраты на детсады; дома отдыха, столовые и т. д.)
25 200 0,1 =2520 р.
Суммарные существующие расходы на изготовление деталей рабочим-станочником в год:
注=2 5 206 + 2016 + 2520 + 40 = 29 782 р.
Б. Расходы 工2 на изготовление тех же деталей с применением робота УМ-1:
стоимость робота К 弋 17000 р.;
расходы на ремонт и содержание одного робота
p=1,4尸0・〃p力=1,4.10・25・1 =350 p.;-
амортизационные отчисления на один робот
Ао~ а^- К ~ 0,067 • 17 000 = 1140 р.;
расходы по составлению программы 300 р.;
расходы на оснастку 1000 р.
Суммарные расходы в течение одного года, необходимые на изготовление деталей с применением робота:
S2= 17 000 + 350+ 1140 4-300+ 1000= 19 790 р.
Таким образом, срок окупаемости робота УМ-1
S2 19 790 с
Ток = = = 0,66 г.
ок S1 29 782
Ниже приведены данные по разным видам работ, на которых предполагается широкое внедрение роботов.
Если при экономической оценке учесть реальную заработную плату рабочих, высвобождаемых в результате применения роботов, стоимость высвобождаемого оборудования, затраты на подготовку рабочих, увеличение производительности оборудования вследствие повышения скорости и ритмичности работы, то на различных операциях технологического процесса можно рассчитывать на следующий годовой экономический эффект при трехсменной работе одного робота: на операциях обрезки облоя ——9000 р.; горячей объемной штамповки ——20000 р.; штамповки взрывом —— 57000 р.
На ряде других операций также може*г быть достигнут существенный экономический эффект.
Приближенная оценка экономической эффективности использования промышленных роботов показывает, что один робот может заменить одного-трех рабочих в одну смену, при этом можно повысить производительность оборудования на 20% за счет уменьшения простоев оборудования, стабилизации и повышения ритма работы.
В результате годовой экономический эффект при стоимости роботов 20000—30000 р. составит в среднем 5000—8000 р. По предварительным расчетам внедрение 25000 промышленных роботов к 1990 г. дает экономический эффект в размере 150—200 млн. р.
Эти данные не учитывают социального эффекта, связанного с улучшением условий труда, снижением травматизма, уменьшением затрат из общественных фондов потребления и пр. Если все это учесть, то эффект применения роботов может достичь значительных размеров.
ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОБОТОВ
Основные принципы построения техпроцессов, в которых предусматривается использование универсальных промышленных роботов первого поколения для автоматизации отдельных операций, можно проиллюстрировать примером обслуживания двух металлорежущих станков роботом УМ-1 (см. рис. 177).
Полуавтомат АТ-250П предназначен для токарной обработки деталей типа дисков, колец, заготовок зубчатых колес, муфт, фланцев, крышек, поршней, небольших корпусных деталей из сталей и легких сплавов по 2- и 3-му классу точности.
Полуавтомат оснащён штекерной системой программного управления, причем пр огр а м м ируются следующие одновременные перемещения:
—направление и скорость продольного и поперечного движения двух независимых крестовых суппортов;
——направление и скорость вращения шпинделя.
Рабочая подача и ускоренные холостые ходы осуществляются от гидропривода. Зажим заготовок и включение охлаждения выполняются по программе.
В рассматриваемом примере робот УМ-1 выполняет вспомогательные операции механической обработки втулки колеса 3 (см. рис. 177). Заготовка втулки (рис. 191, а) отливается из магниевого сплава МЛ5 в кокиль. При отливке заготовок обеспечивается требуемая точность и шероховатость поверхности отверстия диаметром 60 мм; после отливки тщательно удаляются прибыли и литниковая система. Робот захватывает заготовку, вводя схват в отверстие диаметром 60 мм. Заготовка обрабатывается на токарных полуавтоматах по торцам, снаружи и по внутрен-
ZFW60ZFW60SL 0SL 0S0S0Z90 +ZZ 0Z90 +ZZ 0厶厶''/7一/7一0切0切近近
ZFW60
ZFW60
SL 0
SL 0
S0
S0
Z90 +ZZ 0
Z90 +ZZ 0
厶
厶
'
'
/7一
/7一
0
切
0
切
近
近
Рис. 191. Эскиз заготовки (а) и обработанной (6) детали
ней поверхности. Эскиз обработанной детали показан на рис. 191,6.
Планировка комплекта оборудования и оснастки, используемого для обработки, показана на рис. 192. Показаны координаты установки оборудования и оснастки, которые удобно отсчитывать от вертикальной оси поворота или от нулевого положения руки робота. °
В соответствии с технологической планировкой устанавливают оборудование, выполняя следующие требования:
станки устанавливают на жестком фундаменте (резиновые амортизаторы снимают) относительно друг друга по высоте шпинделей и по их соосности с точностью до ±0,5 мм;
робот устанавливают относительно станков с точностью ±0,2 мм;
согласовывают место выводов электросхемы станков и робота, а также расположение кабелей для облегчения связи станок——робот—пульт управления;
Пульт упрабления манипулятором умт
ЛТ-250ПЛТ-250П74切7砌74切7砌№2№2СтанокЛТ-250П\ S 7СтанокЛТ-250П\ S 7Рис. 192. Планировка размещения оборудованияРис. 192. Планировка размещения оборудованияРис. 193. Конструкция схвата робота:/ — цанга; 2 — упор; 3 — пружина; 4 — рычаг схвата; 5 — схватРис. 193. Конструкция схвата робота:/ — цанга; 2 — упор; 3 — пружина; 4 — рычаг схвата; 5 — схват
ЛТ-250П
ЛТ-250П
74切7砌
74切7砌
№2
№2
СтанокЛТ-250П\ S 7
СтанокЛТ-250П\ S 7
Рис. 192. Планировка размещения оборудования
Рис. 192. Планировка размещения оборудования
Рис. 193. Конструкция схвата робота:
/ — цанга; 2 — упор; 3 — пружина; 4 — рычаг схвата; 5 — схват
Рис. 193. Конструкция схвата робота:
/ — цанга; 2 — упор; 3 — пружина; 4 — рычаг схвата; 5 — схват
устанавливают загрузочно-разгрузочное устройство относительно робота.
Оборудование устанавливают и закрепляют в следующей последовательности: станок АТ-250П № 1 ——станок АТ-250П № 2—— манипулятор робота УМ-1——загрузочно-разгрузочное устройство——пульт управления манипулятора УМ-1——ограждение.
Для установки двух станков АТ-250П с требуемой точностью и выверки правильности их взаимного расположения применяют специальную оснастку типа мерной штанги.
Для использования промышленного робота УМ-1 требуется следующая оснастка:”
схват (рис. 193);
Рис. 194. Кулачок к патрону станка
АТ-250П
специальные кулачки к патрону станка АТ-250П № 1 (рис. 194);
специальный патрон к станку АТ-250П № 2 рис. 195);
загрузочно - разгрузочное устройство (рис. 196).
Доработка двух станков АТ- 250П заключается не только в переделке зажимных патронов, но и в изготовлении блоков связи станков с системой ЧПУ робота УМ-1.
Блок связи каждого станка принимает от системы ЧПУ робо
та команды： «разжим патрона》，«зажим патрона»,《пуск》и посылает в систему ЧПУ робота сигналы об использовании этих команд. Кроме того, системой ЧПУ робота в н-еобходимые моменты цикла посылаются запросы и а каждый станок о его готовности к приему или съему заготовок (детали). При непод- тверждении цикл работы робота и станков прерывается.
Токарная обработка втулок колеса (см. рис. 191,6) на двух станках АТ-250П полностью автоматизирована и осуществляется
за две операции.
Технологический процесс обработки заключается в следующем.
Схват робота в виде цанги / с упором 2 (см. рис. 193) берет заготовку из фиксированного положения 5 загрузочного устройства (см. рис. 196) за внутреннее отверстие и устанавливает ее в три специальных кулачка (см. рис. 194) патрона станка АТ-250П № 1 (см. рис. 192).
Крепление заготовки в патроне этого станка осуществляется по наружному диаметру А (см. рис. 194) заготовки с поджатием пружинными упорами схвата вдоль продольной оси до упора заготовки в торец Б.
После зажима заготовки в станке № 1 (см. рис. 192) система ЧПУ робота УМ-1 дает команду системе управления станка на зажим заготовки и включение цикла обработки втулки со стороны фланца или широкого торца (первая токарная операция). После окончания этой операции станок АТ-250П № 1 сообщает системе ЧПУ робота о готовности к съему заготовки.
Робот, выполняя программу, берет схватом разжатую деталь, вынимает ее из патрона станка, переносит, ставит на площадку кантования 7 загрузочно-разгрузочного устройства (см. рис. 196),
Рис. 195. Специальный патрон к станку АТ-250П:Рис. 195. Специальный патрон к станку АТ-250П:遂二3 g-gs+zzs1g0遂二3 g-gs+zzs1g0£*i£*i/ — корпус; 2 — кулачок； 3 — тяга; 4 — фланец; 5 — оправка: 6 — сонный диск/ — корпус; 2 — кулачок； 3 — тяга; 4 — фланец; 5 — оправка: 6 — сонный дисктолкатель；толкатель；7 一 фа-7 一 фа-0 9000 900Рис. 196. Загрузочно-разгрузочное устройство:Рис. 196. Загрузочно-разгрузочное устройство:
Рис. 195. Специальный патрон к станку АТ-250П:
Рис. 195. Специальный патрон к станку АТ-250П:
遂二
3 g-gs+zzs1g0
遂二
3 g-gs+zzs1g0
£*i
£*i
/ — корпус; 2 — кулачок； 3 — тяга; 4 — фланец; 5 — оправка: 6 — сонный диск
/ — корпус; 2 — кулачок； 3 — тяга; 4 — фланец; 5 — оправка: 6 — сонный диск
толкатель；
толкатель；
7 一 фа-
7 一 фа-
0 900
0 900
Рис. 196. Загрузочно-разгрузочное устройство:
Рис. 196. Загрузочно-разгрузочное устройство:
загото-загото-/ 一 уесто сброса детали； 2 — деталь.- 3 — накопитель деталей； 4 — накопитель вок： 5 — место взятия заготовки; 6 — заготовка; 7 — площадка для кантования
загото-
загото-
разжимает схват, поворачивает кисть руки на 180° и снова берет деталь за внутреннее отверстие диаметром 60 мм, но уже с широкого торца. После этого деталь, обработанная с широкого торца, переносится к станку АТ-250П № 2 (см. рис. 192) и устанавливается в специальный патрон этого станка (см. рис. 195).
Из-за отсутствия у роботов первого поколения способности «видеть» детали и рабочую зону технологического оборудования установка и закрепление деталей и заготовок в патроне должны производиться надежно с тем, чтобы полностью исключить вероятность выпадания зажатой детали (заготовки) из зажимного устройства.
В противном случае возможны поломки оборудования и нанесения травм работающим рядом операторам.
Во избежание выпадания деталей зажимные устройства оборудуют автоблокировкой для выключения приводов в том случае, когда деталь (заготовка) зажата плохо или ненадежно.
Примером надежного закрепления детали является зажим обрабатываемой втулки в спецпатроне, показанном на рис. 195. Патрон состоит из корпуса /, закрытого фланцем 4. В последнем установлено три подпружиненных радиальных толкателя 6, упирающихся в стержни трех зажимных кулачков 2, которые закреплены в фасонном диске 7 шарнирно и подпружинены.
Диск 7 установлен на тяге 3, на которую надета и закреплена оправка 5 с наружным диаметром 72 мм.
В разжатом патроне тяга 3 смещена вправо (на рисунке показан патрон с зажатой деталью), поэтому кулачки 2 раздвинуты толкателями 6 наружу и свободно пропускают широкий фланец втулки, обработанной по внутреннему диаметру 72 мм (см. рис. 191,6), по которому устанавливаемая в патрон деталь надевается на оправку 5 (см. рис. 195) по поверхности базирования Г.
После того как под действием пружин 3 (см. рис. 193) схвата рука манипулятора (см. рис. 195) продвинет устанавливаемую деталь до упора торцем В ее широкого фланца во фланец 4 спец- патрона, система ЧПУ робота даст команду на зажим детали. При этом тяга 3 сдвинется влево и кулачки 2 скошенной наружной поверхностью упрутся в поверхность вырезов корпуса 1. Дальнейшее движение тяги 3 влево заставит кулачки 2 сойтись внутрь в радиальном направлении и захватить зажимаемую деталь за широкий фланец в трех местах (при этом выпадение детали будет полностью исключено); включается блокировочная цепь и станок АТ-250П № 2 (см. рис. 192), затем будет выполнен запрограммированный цикл обработки втулки со стороны малого торца (вторая окончательная операция).
После окончания обработки на станке № 2 готовая деталь (см. рис. 191, б) снимается роботом и укладывается в разгрузочное устройство (см. рис. 196).
Таблица 10
Технологический процесс обслуживания роботом УМ-1 двух станков АТ-250П при обработке втулки
Команды
Перемещение руки робота по координатам
Состояние
X, мм
у, мм
Ф， град
Исходное положение
Перемещение руки по вертикали до совмещения оси схвата и заготовки в загрузочном устройстве
Движение руки к заготовке
Открытие схвата
Вертикальное перемещение руки
Перемещение руки с заготовкой до исходного положения
Вертикальное перемещение руки до оси разворота
Разворот руки к первому станку
Готовность станка № 1
Перемещение руки до оси шпинделя
Разжим патрона станка № 1
Подача заготовки в патрон станка
Закрытие схвата
Подача заготовки до упора в торец (благодаря пружине схвата)
Зажим патрона станка № 1
Вывод схвата из заготовки Перемещение руки по вертикали на позицию разворота
Пуск цикла станка № 1
Готовность станка № 1
Вертикальное перемещение руки до оси шпинделя
Перемещение схвата
Разжим патрона станка № 1
Открытие схвата
Перемещение руки по горизонтали в исходное положение
Исходное положение
—300
0
+257
—300
+ 247
+250
0
+247
—300
0
+ 125
+ 155
+310
+25
+310
+25
0
0
—90
Кисть внизу； ось схвата параллельна продольной оси руки
Взятие заготовки в загрузочном устройстве
Установка заготовки в патрон станка
Обработка детали
Взятие детали из патрона станка
2 1 Заказ 3483
321
Обработка различных поверхностей втулки на станках АТ- 250П № 1 и № 2 происходит одновременно в параллельном цикле. Полный цикл обработки втулки продолжается 3,5 мин.
Разработка технологического процесса по позициям и координатам движения робота осуществляется на основании технологической планировки.
При определении траектории движения рабочего органа (схвата) необходимо стремиться к минимуму движений и по возможности совмещать перемещения схвата по координатам %, у и ф с поворотами кисти руки манипулятора.
Трудоемкость разработки технологического процесса обработки втулки (см. рис. 191, б) на двух станках АТ-250П по позициям и координатам движения робота равна 20 ч.
Пример оформления технологического процесса обслуживания роботом УМ-1 двух станков АТ-250П при обработке втулки представлен в табл. 10.
Программирование технологического процесса обработки втулки, включающего 108 команд, осуществляется за 4 ч.
Составление программы работы робота УМ-1 не требует специальных знаний и навыков (необходимо только внимание). Использованный для обработки втулок схват робота (см. рис. 193) представляет собою цанговый зажим с пружинным устройством для досылки заготовки или детали в оснастку (в патрон) до упора в торец. Две цанги 1 схвата с концами, обклеенными резиной, закрепляются болтами на рычагах 4 схвата 5 руки робота. На этих же рычагах крепятся два цилиндра, в которых установлены пружины 3 и упоры 2. Цилиндры закрыты крышками.
Загрузочно-разгрузочное устройство (см. рис. 196) представляет собою накопитель заготовок и деталей с подачей их в фиксированную позицию для принятия схватом робота, а также для приема детали в фиксированную позицию после окончания ее обработки.
В загрузочно-разгрузочном устройстве имеется площадка 7 для кантования обработанной наполовину детали, т. е. для перехвата ее схватом робота. Объем накопителя (по количеству заготовок и деталей) в загрузочно-разгрузочном устройстве должен быть рассчитан не менее чем на 4 ч работы станков.
Накопители заготовок 4 и деталей 5 выполнены в виде двух автономных спиральных дорожек, сделанных из четырех стальных уголков.
Опыт применения робота УМ-1 для обслуживания двух станков АТ-250П открывает широкие перспективы замены производственных рабочих роботами при обслуживании оборудования с ПУ, полуавтоматов, агрегатных станков как па отдельных операциях, так и на технологических линиях.
Глава X
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ И ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ
Станки с числовым программным управлением, серийно выпускаемые заводами станкостроительной промышленности, освободили оператора (рабочего-станочника) от функции управления процессом обработки детали, но оставили за ним функции загрузки и выгрузки деталей — монотонные, утомляющие операции.
Для повышения производительности труда и высвобождения рабочих, которых не хватает на других участках производства, в 1972 г. были разработаны автоматические линии из универсальных модулей ——серийных металлорежущих станков и универсального промышленного робота УМ-1, выполняющего роль транспортного и загрузочного устройства. Подобные автоматические линии обрабатывают детали без вмешательства человека. В этой системе устройства программного управления станками и роботом связаны в единое целое.
Взаимное положение станков, робота и накопителей заготовок и деталей схематически показано на рис. 197.
Технология совместной работы универсального промышленного робота УМ-1, примененного в качестве транспортного средства между двумя токарными станками, следующая.
Из накопителя 2 манипулятор робота 5 берет заготовку, устанавливает ее на станок 1 и дает команду на включение станка /, который ведет обработку детали по своей программе. Тем временем манипулятор 5 ориентирует ранее обработанную на станке № 1 деталь, находящуюся на промежуточной позиции, в положение, необходимое для установки на станок 4 (№ 2). Система управления робота, получив сигнал от станка № 2 об окончании обработки детали, включает программу управления манипулятором 5, следуя которой, он снимает деталь со станка № 2 и укладывает ее в накопитель 3 готовых деталей, а затем берет ориентированную ранее деталь, устанавливает ее на станок № 2 и дает команду на включение станка 4 и работу его по своей программе.
Получив команду об окончании обработки на станке № 1, манипулятор робота 5 снимает деталь и оставляет ее на промежуточной позиции для последующего ориентирования, затем робот
Рис. 197. Планировка размещения оборудования при обслуживании роботом двух токарных станков с ЧПУ：
/ — станок 1К62ПУ № 1; 2 — накопитель заготовок; 3 — тара для готовых деталей; 4 —— станок 1К62ПУ № 2; 5 — манипулятор робота;
6 — пульт управления робота УМ-1
берет из накопителя 2 заготовку и устанавливает ее на станке № 1. Далее цикл повторяется.
Исходя из имеющегося опыта, наиболее рациональным представляется следующий порядок
программирования:
—— описать в общем виде последовательность работы станков (обслуживаемого оборудования) и робота;
—— обучить робот на рабочем месте, переводя его рабочий орган (схват) в нужные точки рабочей зоны и фиксируя на про
граммоносителе координаты этих точек.
Такой порядок программирования возможен при достаточной для работы точности позиционирования.
Применение робота требует некоторых изменений в программе, подготовленной для автономной работы металлорежущего станка.
Использование робота в описанном процессе целесообразно, так как:
при последовательном расположении в технологическом процессе двух станков с программным управлением труд рабочего-оператора, который обслуживает их, при высоком темпе производства становится весьма интенсивным и утомительным;
дефицит рабочих низкой квалификации заставляет поручать простую работу оператора квалифицированным станочникам (иногда наладчикам), что ведет к непроизводительным расходам и вызывает неудовлетворенность своим трудом этих работников;
вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку, выгрузку деталей и пуск станков, можно свести к минимуму, что позволяет более интенсивно использовать металлорежущие станки.
В простейшей автоматической линии, показанной на рис. 197, в качестве загрузочно-разгрузочного автомата применен универсальный промышленный робот первого поколения УМ-1. Робот может быть неоднократно использован для разных целей, в то время как специальные загрузочные устройства обычно непригодны для повторного применения (для работы с другими деталями). Однако использовать на этих операциях универсальные роботы типа УМ-1 не всегда целесообразно из-за их сложности и сравнительно большой стоимости, поэтому в ряде случаев экономичнее применять более простые по конструкции роботы с си-
стемой управления по упорам. Не исключено использование и механических рук, встроенных в станок и запрограммированных по технологическому циклу станка.
При этом технологический процесс должен иметь минимальное число технологических операций (переходов) в цикле: следует ограничивать число кантований деталей, добиваться постоянства баз, предусматривать фиксированное (ориентированное) положение детали на погрузочно-разгрузочных устройствах и т. п. Перечисленные требования справедливы при применении универсальных роботов, поскольку выполнение этих требований всегда сокращает технологический цикл обработки деталей.
Установка робота и оборудования требует специальной точной оснастки и квалифицированных рабочих, монтирующих весь комплекс — станки, робот, транспортные, погрузочно-разгрузочные механизмы и т. д.
Опыт показал, что проектирование захватных механизмов для вспомогательных операций даже со сравнительно простыми деталями в ряде случаев вызывает определенные трудности. Посадить или дослать деталь на базовую поверхность приемного устройства станка робот первого поколения не может потому, что он не «видит» деталь. Поэтому схват должен иметь досылочное устройство или демпфер. Из-за этого приходится увеличивать габариты схвата. В результате затрудняется проход руки робота в рабочую зону универсального станка (к патрону). В ряде случаев это вызывает необходимость доработки станочной оснастки для уменьшения ее габаритов, а также перекомпоновки узлов резцедержателей и пр.
При проектировании новых станков с ЧПУ необходимо приспосабливать их приемные устройства (патроны, цанги, эксцентриковые зажимы и т. д.) к возможностям промышленных роботов, предназначенных для их обслуживания. Эти требования должны быть выполнены также и при проектировании станочной оснастки и оборудования, т. е. задача должна решаться комплексно.
Во всех случаях применения промышленных роботов в комплексе с металлообрабатывающими станками роботы выполняют все транспортные операции: перенос и кантование заготовок и деталей.
Иногда технические возможности универсального робота недостаточны для выполнения нужных транспортных операций, например длина линейных или угловых перемещений руки и схвата недостаточны.
В этом случае вместо двух и более роботов часто целесообразнее применять специальные устройства — распределители. На рис. 198 показан такой распределитель 3, выполненный в виде крестовины с приводом поворота. На каждом плече крестовины установлено захватное устройство, в которое манипулятор побо- та 2 по командам пульта / устанавливает заготовки, забираемые роботом из накопителя 10.
Рис. 198. Схема взаимного расположения оборудования при обслуживании трех токарных полуавтоматов роботом с использованием распределителя заготовок:
/ — пульт управления роботом; 2 — манипулятор робота; 3 — распределитель заготовок; 4, 6, 8 — токарные станкн-полуавтоматы; 5, 7, 9 — механические рукн станков; /О — накопитель заготовок н деталей
По командам пульта / робота распределитель 3 поворачивается нужным плечом к соответствующему станку (4, 6 или 8) и останавливается в фиксированном положении, пос
ле чего по команде с пульта / включаются механические руки станков 5, 7 или 9, которые переносят заготовку из захватного устройства распределителя 3 в зажимное устройство станка.
После обработки заготовки на станке готовая деталь в обратной последовательности может быть передана роботом через распределитель 3 в накопитель 10 (для упрощения системы управления комплексом описываемого оборудования готовые детали из зажимных устройств станков могут после разжима выкатываться по лотку в тару, стоящую около станков).
Анализируя особенности применения универсальных роботов, можно сделать некоторые предложения относительно путей дальнейшего развития и применения роботов для механической обработки:
взамен универсальных роботов во многих случаях лучше использовать специализированные устройства — более простые, надежные и менее дорогие;
при обслуживании более двух-трех станков целесообразно автоматически перемещать робот от одной рабочей позиции к другой, т. е. сообщать ему дополнительную степень свободы;
если робот манипулирует разными деталями, то следует использовать различные съемные захватные или контрольные приспособления — исполнительные органы робота, которые он самостоятельно устанавливает в качестве последнего кинемати
ческого звена руки, контактирующего с деталью;
задачу управления металлорежущими станками и обслуживающими их роботами в некоторых случаях целесообразно поручать ЭВМ, так как большее количество автономных систем
программного управления, связанных в единую систему, может оказаться ненадежным и невыгодным;
цех-автомат, обслуживаемый роботами и станками (управляемыми от ЭВМ) и переналаживаемый для обработки различных деталей — это реальная техническая задача, которую уже сейчас можно решить на базе имеющихся технических средств.
Преимущество такого цеха для часто сменяемых изделий по сравнению с «жесткими» автоматическими линиями очевидно;
кроме первого перехода технологического процесса (подачи деталей из накопителя, склада, бункера на первую обрабатывающую операцию), полезно поручать роботу контроль положения детали, а также некоторых размеров и оценку свойств детали. Контроль положения может быть пассивным (неправильно установленную деталь робот отбрасывает) или активным (робот ориентирует деталь в нужное положение);
кроме роботов стационарных или пер емещающихся по рельсам, уложенным на полу цеха, целесообразно применять подвесные роботы, передвигающиеся над станками по направляющим, смонтированным на колоннах.
На рис. 199 представлен пример применения такого робота на участке токарных полуавтоматов, обрабатывающих разную номенклатуру деталей, типовой вид которых показан на рис. 200.
Линия (см. рис. 199) состоит из четырех станков 3, /7, /4, 15 с ЧПУ, двух стационарных промышленных роботов 2, 12 и одного подвесного робота 7, передвигающегося по направляющим 5
Рис. 200. Эскиз типовой деталиРис. 200. Эскиз типовой деталиРис. 199. Схема линии станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя стационарными и одним подвесным роботами:/, 13 — пульты управления роботами； 2, 12 — манипуляторы стационарных роботов; 3, 11, 14, 15 — станки с ЧПУ; 4 — накопитель заготовок； 5 — направляющие подвесного робота; 6, 9 —— площадки для кантования деталей; 7 — подвесной робот; 8, 10 —— накопители деталейРис. 199. Схема линии станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя стационарными и одним подвесным роботами:/, 13 — пульты управления роботами； 2, 12 — манипуляторы стационарных роботов; 3, 11, 14, 15 — станки с ЧПУ; 4 — накопитель заготовок； 5 — направляющие подвесного робота; 6, 9 —— площадки для кантования деталей; 7 — подвесной робот; 8, 10 —— накопители деталей
Рис. 200. Эскиз типовой детали
Рис. 200. Эскиз типовой детали
Рис. 199. Схема линии станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя стационарными и одним подвесным роботами:
/, 13 — пульты управления роботами； 2, 12 — манипуляторы стационарных роботов; 3, 11, 14, 15 — станки с ЧПУ; 4 — накопитель заготовок； 5 — направляющие подвесного робота; 6, 9 —— площадки для кантования деталей; 7 — подвесной робот; 8, 10 —— накопители деталей
Рис. 199. Схема линии станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя стационарными и одним подвесным роботами:
/, 13 — пульты управления роботами； 2, 12 — манипуляторы стационарных роботов; 3, 11, 14, 15 — станки с ЧПУ; 4 — накопитель заготовок； 5 — направляющие подвесного робота; 6, 9 —— площадки для кантования деталей; 7 — подвесной робот; 8, 10 —— накопители деталей
и имеющего пять степеней свободы и управляемый схват. Все роботы управляются от системы ЧПУ, смонтированной в пультах 1 и /3. Манипулятор робота 2 по программе берет схватом заготовки из накопителя 4 (загрузочное устройство) и устанавливает их для обработки на станки 3 и 15, при необходимости кантуя детали на площадке 6. После обработки (окончательной или промежуточной) стационарный манипулятор 2 передает детали через накопитель 4 или площадку 6 подвесному роботу 7, который передает их манипулятору стационарного робота 12 (через накопитель 8) для дальнейшей обработки на станках //, 14 или перевозит детали в накопитель 10 готовых деталей. От накопителя 4 работает не только манипулятор робота 2, но и манипулятор робота 12: заготовки из накопителя 4 вначале берет подвесной робот 7 и перемещает их в накопитель 8 или на площадку кантования 9, на которых их забирает манипулятор робота /2; передавая окончательно обработанные детали в накопитель 10. Применение подвесного робота 7, выполняющего только транспортные операции, существенно упрощает компоновку линии станков, особенно в тех случаях, когда из-за большой конструктивной сложности деталей (таких, как фитинги, кронштейны, многоплечие качалки и т. п.) в линию приходится устанавливать не четыре (как показано на рис. 199), а 10—15 и больше станков. На рис. 201 показана поточная линия из шестнадцати фрезерных станков (ФС) с ЧПУ, каждый из которых имеет приемный стол и оборудован механической рукой (забирает заготовку или деталь с приемного стола и передает ее в зажимное устройство станка ФС или
Рис. 201. Схема линии фрезерных станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя подвесными роботами:ПУ — пульт управления линией; ФС — фрезерные станки; ПК ——площадки кантования деталей； Н ——накопители обрабатываемых деталей (промежуточные); М ——подвесной робот; Ш — штабелеры； Ст.З — стеллаж с заготовками; Ст.Д — стеллаж с деталямиРис. 201. Схема линии фрезерных станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя подвесными роботами:ПУ — пульт управления линией; ФС — фрезерные станки; ПК ——площадки кантования деталей； Н ——накопители обрабатываемых деталей (промежуточные); М ——подвесной робот; Ш — штабелеры； Ст.З — стеллаж с заготовками; Ст.Д — стеллаж с деталями
Рис. 201. Схема линии фрезерных станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя подвесными роботами:
ПУ — пульт управления линией; ФС — фрезерные станки; ПК ——площадки кантования деталей； Н ——накопители обрабатываемых деталей (промежуточные); М ——подвесной робот; Ш — штабелеры； Ст.З — стеллаж с заготовками; Ст.Д — стеллаж с деталями
Рис. 201. Схема линии фрезерных станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя подвесными роботами:
ПУ — пульт управления линией; ФС — фрезерные станки; ПК ——площадки кантования деталей； Н ——накопители обрабатываемых деталей (промежуточные); М ——подвесной робот; Ш — штабелеры； Ст.З — стеллаж с заготовками; Ст.Д — стеллаж с деталями
возвращает деталь на прием-ный стол). Вследствие различного цикла обработки деталей на разных станках участок приходится оборудовать тремя промежуточными накопителями деталей Н. Так как детали обрабатываются с разных сторон, в линии предусмотрено четыре площадки ПК, на которых любой из двух манипуляторов роботов М производит операцию кантования деталей. Линия работает по схеме 《со склада на склад». Последний выполнен в виде дв ухеекци-онного стеллажа: в секции Ст.З хранятся заготовки, а в секции Ст.Д ——1готовые детали.
Каждая секция обслуживается одним автоматическим штабелером Ш. Вся линия управляется с пульта ПУ, работа его в автоматизированном цикле запрограммирована; коррективы в программу (при необходимости) вносит оператор, работающий на пульте управления ПУ. Манипуляторы М движутся вдоль станков линии по направляющей, перемещение манипуляторов от стеллажей к станкам и от станка к станку выполняется по программе так же, как и управление движением рабочего органа манипуляторов М (рукой со схватом) по пяти степеням свободы. Управление работой манипуляторов М можно в значительном объеме выполнить на цикловой автоматике, так как приемные столы станков ФС размещены на одном уровне и имеют одинаковые устройства фиксации заготовки (детали). Описываемая поточная линия автоматизирована не полностью, так как некоторые операции (смена инструмента, уборка стружки, заполнение стеллажей и пр.) операторам приходится выполнять вручную. Линия работает следующим образом. По команде системы ПУ штабелер Ш берет нужную заготовку со стеллажа Ст.З и передает ее манипулятору М, который отвозит заготовку к соответствующему станку ФС и ставит ее в фиксированное положение на приемном столе станка (при необходимости заготовка предварительно кантуется на площадке ПК). Далее система ПУ включает станок, который по программе устанавливает, обрабатывает и возвращает деталь на приемный стол.
После включения станка по команде системы ПУ манипулятор М берет деталь с приемного стола станка и передает ее на приемный стол другого станка ФС или в накопитель Н, из которого второй манипулятор М переносит деталь ко второму штабелеру Ш, укладывающему готовую деталь в заданную системой ПУ ячейку стеллажа Ст.Д.
Создание простейшей поточной или автоматической линии из двух, трех и более станков предполагает объединение в единый автоматический цикл множества операций механообработки и даже полностью автоматический процесс обработки детали. Для этого наряду с универсальными промышленными роботами первого поколения применяются универсальные металлорежущие станки с программным управлением. Рассмотрим схему построения поточной линии с высоким уровнем комплексной автоматизации механической обработки на станках с ЧПУ различного на-
значения. Обрабатываемая деталь ——гильза цилиндра лодочного мотора《Нептун» (рис. 202) — достаточно хорошо приспособлена для обработки с участием робота: делается она из чугунной литой заготовки и имеет симметричную поверхность баз. Таким образом, отпадает необходимость в дроблении стружки (удаление ее из рабочей зоны станка не представляет особых трудностей) и «узнавания» положения детали и ее базовых поверхностей перед, закреплением детали на станке для 'промежуточной или окончательной обработки (несмотря на то, что деталь имеет сложную форму: наличие продольных, поперечных, узких и широких окон и нескольких отверстий разного диаметра).
При изготовлении гильзы необходимо обтачивать поверхность и растачивать гильзу по диаметру 54 мм, сверлить отверстия, фрезеровать пазы, а также шлифовать гильзу, удалять заусенцы и промывать готовую деталь. Для выполнения этих операций в линии (рис. 203) используются три универсальных токарных станка /, 2, 3 с ЧПУ модели 1К62ПУ, шесть универсальных фрезерных станков 5, 7, 8, 9, /0, 11 с ЧПУ модели ЛФ-66, универсальный бесцентрово-шлифовальный станок 6 с ЧПУ, а также радиально-сверлильный станок 4 и моечная машина 13、которые не имеют систем ЧПУ, поэтому, кроме восьми универсальных роботов модели УМ-1, обслуживание линии осуществляется тремя операторами и одним контролером. В обязанность первого оператора входит загрузка заготовок в накопитель Н на входе в поточную линию, второго — сверление на радиально-сверлильном станке 4, а слесарь выполняет операции на верстаке 12. Сверловщик и слесарь берут деталь из соответствующего накопителя Н и после обработки возвращают их в тот же накопитель. Всего в линии установлено десять накопителей Н, четыре из которых связаны рольгангами (на рис. 203 показаны пунктиром).
Линия состоит из нескольких автоматических ячеек, аналогичных показанной на рис. 197, обслуживаемых одним роботом
Рис. 202. Эскиз гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»Рис. 202. Эскиз гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»
Рис. 202. Эскиз гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»
Рис. 202. Эскиз гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»
Рис. 203. Схема поточной линии комплексной обработки гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»:
/, 2, 3 — токарные стаикн с ЧПУ модели 1К62ПУ; 4 — радиально-саерлнльный станок; 5, 7, 8, 9, 10, 〃 一 фрезерные стаикн с ЧПУ модели ЛФ-66; 6 — бесцентроао-шлнфоваль- ный станок； 12 ——слесарный аерстак； 13 — моечная машина; Я — накопители заготоаок и деталей; УМ-1 — манипулятор робота; ПУ — пульт упраалення робота
и связанных друг с другом через накопители деталей. Однако каждая ячейка управляется автономно с пульта ПУ робота и не связана в общую автоматическую систему с другими ячейками единой общей программой. Отсутствие деталей в любом из накопителей разрывает линию, исключая из нее соответствующую ячейку; другие ячейки (при заполненных своих накопителях) продолжают работать. По этой причине расчет объемов накопителей Н должен быть тщательным, а операторы (кроме выполнения основных своих функций) должны следить за работой всех ячеек линии. Отсутствие централизованного управления линией и ячеистая ее структура существенно упрощает решение задачи комплексной автоматизации механообработки деталей (даже таких сложных, как показанная на рис. 202); облегчается математическое и программное обеспечение системы, повышается ее надежность.
Поточная автоматизированная линия (см. рис. 203) работает следующим образом. После включения питания всего оборудования линии при заполненных накопителях первый робот УМ-1 в соответствии со своей программой берет заготовку гильзы и устанавливает ее на станок У, который по своей программе выполняет предварительную проточку гильзы по наружной поверхности диаметром 72 мм (см. рис. 202). После окончания цикла обработки станок 1 (см, рис. 203) включает робот для съема детали со станка 1 и передачи ее во второй накопитель. Далее цикл первой ячейки повторяется. В это время второй робот берет предварительно обточенную гильзу из второго накопителя и устанавливает ее вначале на станок 3 для предварительной и окончательной расточки внутреннего диаметра 54 мм, а затем на станок 2 для предварительной и окончательной обработки наружной поверхности гильзы (для выполнения обработки робот кантует деталь в накопителе). Прошедшие полную токарную обработку детали собираются вторым роботом УМ-1 в третьем накопителе из которого сверловщик берет гильзы и сверлит в них восемь отверстий на радиально-сверлильном станке 4, вручную укладывая просверленные детали в четвертый накопитель. Из него третий
робот УМ-1 берет и устанавливает детали на станок 5 для фрезерования двух пазов, после чего этот же робот переносит с фрезерного станка 5 на бесцентрово-шлифовальный станок 6, на котором по программе осуществляется автоматическое шлифование гильзы по наружной поверхности; отшлифованные детали по направляющим скатываются в пятый накопитель.
Далее от этого накопителя обработка гильз ведется на двух фрезерных станках 7 и S: на станке 7 автоматически фрезеруются левые окна № 2, на станке 8 — правые окна № 3. После этого четвертый робот УМ-1 укладывает детали в шестой накопитель Н, из которого они по направляющим перекатываются в седьмой накопитель Н. Из него пятый робот УМ-1 берет детали для фрезерования продольного окна № 1 в стенке гильзы на станке 9, а затем для автоматического фрезерования двух окон № 4 на станке
Шестой робот УМ-1, забирая гильзы из восьмого накопителя, устанавливает их на фрезерный станок /人 выполняющий в автоматическом цикле фрезерование под углом 45° фасок двух широких окон № 4. Со станка 11 шестой робот УМ-1 вынимает прошедшие весь цикл механической обработки на станках гильзы и передает их в десятый накопитель Н, откуда их берет слесарь, выполняет все слесарные операции и возвращает детали в этот же накопитель Н. Седьмой робот УМ-1 берет из девятого накопителя готовые детали и ставит их на приемную позицию моечной машины /3, на выходе которой вымытые гильзы принимает восьмой робот УМ-1 и ставит их на последний (десятый) нако-
Рис. 204. Робот в автоматической линии штамповки деталей из листовой стали: J — робот SR-10; 2 — штабель стальных листов； 3 — устройство для подачн листовой стали； 4 — захватывающее устройство; 5 — пресс № 1; 6 — пресс № 2; ^, 8 — схваты рукн робота； 9 — конвейер
Рис. 205. Робот в автоматической линии штамповки отверстий в круглом ■стальном листе:
/ —— робот SR-10; 2 —— подставка для готовых изделий; 3 — штамповочный пресс; 4 —
■левнй схват руки робота； 5 — правый схват механической руки робота; 6 — устройство подачи заготовок； 7 — стопа заготовок
питель, являющийся одновременно столом контролера, осуществляющего окончательный контроль (межоперационный контроль гильз производится этим же контролером выборочно).
Применение универсальных роботов на описанной поточной линии обработки гильз позволяет высвободить 11 квалифицированных рабочих-станочников и без особых трудностей организовать двухсменную работу оборудования с тем, чтобы обеспечить выпуск 4С00——5000 окончательно готовых деталей в месяц.
Роботы с успехом могут быть использованы не только в автоматических линиях механической обработки, но и при автоматизации других процессов производства.
На рис. 204 показана автоматическая линия штамповки деталей из листовой стали, состоящая из двух прессов 5 н 6, устройства 3 для подачи листовой стали, захватывающего устройства^, конвейера 9 и одного робота 1.
Длинные стальные листы, уложенные в штабель 2, устройством 3 подаются по одному на захватывающее устройство 4. Последнее устанавливает стальной лист в определенном положении на прессе 5. После штамповки на нем схват 7 руки робота 7 берет заготовку, переносит ее на пресс 6 и устанавливает в нужное положение. Одновременно с этим схват 8 обработанную на прессе 6 деталь переносит и укладывает на конвейере 9. Этот цикл повторяется автоматически.
На рис. 205 показана автоматическая линия штамповки отверстий в круглой стальной листовой детали. В линию входят уст-
ройства подачи заготовок 6, пресс 3, подставка 2 (для укладки готовых изделий) и один робот 1. Устройством подачи заготовок 6 резервная стопа заготовок перемещается и уста на вл ива ется в фиксированное положение, затем устройство 6 устанавливает заготовку в нужное положение и поднимает ее. Правый схват 5 руки робота /, взяв заготовку вакуумным присосом, переносит ее и устанавливает на прессе 3. Одновременно с этим левый схват 4 берет готовую деталь, переносит ее и укладывает на подставку 2 готовых изделий стопкой.
На рис. 206 представлена ^автоматическая линия прессования пластмассовых изделий, состоящая из машины 4 для прессования изделий из пластмассы, устройства подачи заготовок 2, установки для обрезки облоя 51 конвейера 3 и одного робота /.
Схват робота, взяв предварительно нагретую заготовку в устройстве 2 подачи заготовок, помещает ее в машину для прессования 4.
Схват, производящий операции с правой стороны машины для прессования 4, после введения заготовки в пресс-форму возвращается в исходное положение.
Схват, производящий операции с левой стороны машины для прессования 4, захватив отпрессованное изделие, возвращается в центральное положение и переносит изделие в установку для обрезки облоя 5. После снятия заусенцев готовое изделие кладется на конвейер 3, далее цикл повторяется автоматически.
Рис. 206. Робот в автоматической линии прессования пластмассовых изделий:
1 ——робот SR-10； 2 ——устройство подачн заготовок; 3 — конвейер； 4 — машина для прессования пластмассовых изделий; 5 — установка для обрезки облоя
Рис. 207. Робот в автоматической лииин точечной сварки:
/ — робот SR-10; 2 — аппарат сварки сопротивлением; 3, 4 — конвейер； 5 — гибочный пресс
На рис. 207 показана автоматическая линия точечной сварки штампованных деталей, состоящая из одного пресса 5, двух конвейеров 3^4, одного сварочного аппарата 2 и одного робота 1.
Схваты руки робота одновременно берут с конвейера 4 отштампованные на прессе 5 детали, переворачивают их на 180° и подают их в сварочный аппарат 2 так, чтобы место сварки было направлено вверх. После сварки узел извлекается из сварочного аппарата 2, устанавливается на конвейер 3 и транспортируется, далее цикл повторяется автоматически.
На рис. 208 представлена автоматическая линия штамповки механически обработанных заготовок и их маркировки. Линия состоит из устройства для подачи заготовок /, высокочастотной печи 2, ковочного пресса 5, устройства 7 для клеймения деталей и двух роботов 3 и 6.
Из устройства / заготовки подаются в печь 2 высокочастотного нагрева. Нагретую заготовку рука манипулятора робота 3 переносит и устанавливает в штамп пресса 5. После штамповки в три перехода рука манипулятора робота 6 переносит деталь в устройство 7 для клеймения, а затем укладывает ее в ящик 9.
На рис. 209 показана автоматическая линия прессования и механообработки зубчатых колес, состоящая из устройства подачи заготовок колес 9, пресса 8, станка для доводки зубьев шестерен / и одного робота 5 с рукой, оборудованной двумя схватами 6 и 7.
Рис. 208. Применение робота при штамповке и маркировке деталей:
纟一устройство для подачи заготовок； 2 — печь высокочастотного нагрева; 3, 6 — робот SR-10; 4 — пульт управления роботом; 5 — пресс; 7 — устройство клеймения деталей； 8 — крышка; 9 — ящик с готовыми деталями
Рнс. 299. Робот в автоматической линии изготовления зубчатых колес:
/ — станок для доводки зубьев шестерен； 2 — пульт управления робота- 3 — подставка д丝 готовых колес； 4 — ящик для штамповки； 5 — робот SR-10； 6 — левый схват пуки робота; 7 — правый схват руки робота; 8 — пресс; 9 — устройство подачи заготовок
336
Схват 7 руки робота, взяв заготовку с устройства подачи 9, переносит и устанавливает ее в штамп пресса 8. В то же время второй схват 6 руки, сняв отштампованную заготовку, переносит ее и укладывает в ящик 4 для сбора изделий. После окончания операции штамповки зубчатых колес робот 5 переводится для обслуживания станка 1 доводки зубьев, для чего двухзахватную руку заменяют на однозахватную (две последние операции производятся вручную).
Рука робота при доводке зубьев выполняет такие же -операции, как и в случае переноса заготовок на пресс. После окончательной обработки готовые изделия укладываются столбиком на подставке сбора готовых изделий 3.
На рис. 210 показана автоматическая линия высокочастотной закалки и отпуска зубчатых колес. Линия состоит из устройства подачи заготовок 3 зубчатых колес, высокочастотного нагревателя 4, масляного бака 6, печи для отпуска 7 и одного робота 1.
Зубчатые колеса, сложенные столбиком на подающем устройстве 3, поднимаются вилкой 2 и устанавливаются в определенном положении. Левый схват руки робота 1 берет заготовку и ставит ее на вращающийся стол 5, на котором происходит высокочастотный нагрев зубчатого колеса. В то же время правый схват руки нагретое зубчатое колесо переносит и опускает в масляный бак 6, из которого колесо транспортером подается в печь 7 для отжига и далее в ящик 8.
Рис. 210. Автоматическая линия для высокомастотной закалки и отпуска зубчатых колес:/ — робот SR-10; 2 — вилка； 3 — устройство подачи заготовок зубчатых колес； 4 — высокочастотный нагреватель; 5 — вращающийся стол； 6 — масляный бак; 7 ——печь для отпуска; 8 ——ящик для сбора изделийРис. 210. Автоматическая линия для высокомастотной закалки и отпуска зубчатых колес:/ — робот SR-10; 2 — вилка； 3 — устройство подачи заготовок зубчатых колес； 4 — высокочастотный нагреватель; 5 — вращающийся стол； 6 — масляный бак; 7 ——печь для отпуска; 8 ——ящик для сбора изделий
Рис. 210. Автоматическая линия для высокомастотной закалки и отпуска зубчатых колес:
/ — робот SR-10; 2 — вилка； 3 — устройство подачи заготовок зубчатых колес； 4 — высокочастотный нагреватель; 5 — вращающийся стол； 6 — масляный бак; 7 ——печь для отпуска; 8 ——ящик для сбора изделий
Рис. 210. Автоматическая линия для высокомастотной закалки и отпуска зубчатых колес:
/ — робот SR-10; 2 — вилка； 3 — устройство подачи заготовок зубчатых колес； 4 — высокочастотный нагреватель; 5 — вращающийся стол； 6 — масляный бак; 7 ——печь для отпуска; 8 ——ящик для сбора изделий
337337
337
337
22 Заказ 3483
Благодаря применению описанных автоматических систем улучшается качество продукции и увеличивается ее выпуск.
В США и ФРГ тоже используют роботы и манипуляторы в автоматических и поточных линиях.
Американская фирма «Тейлор» имеет специализированную автоматическую линию по производству поковок вагонных колес. Особенностью этой линии является широкое применение роботов с гидравлическим приводом и других автоматических погрузочно- разгрузочных механизмов. Линия состоит из печи с вращающимся подом, гидропресса усилием 8500 тс, раскатной машины, калибровочного гидропресса и закалочной печи. Производительность линии — 60 колес в час.
На заводах ФРГ имеются автоматические линии для изготовления деталей типа торсионных валов высадкой на горизонтально-ковочных машинах с горизонтальным разъемом матриц. Нагрев заготовок ведется в автоматизированной установке, а высадка делается последовательно на одной и на другой машине с одного нагрева. Быстродействующий передающий механизм не дает заготовке остыть перед второй высадкой.
Одним из способов автоматизации кривошипных горячештамповочных прессов является применение перекладчика, созданного фирмой «Иран Фаундри Ко», штамповка деталей ведется на прессе усилием 2500 тс в два перехода. Автоматическое передаточное устройство представляет собой пару длинных зажимных штанг, способных перемещаться вверх, вниз, вперед и назад.
Нагретая заготовка подается транспортером на исходную позицию загрузки. Автоматический механизм захватывает заготовку и укладывает в первый ручей штампа. В этот момент во второй pyqe百 автоматически впрыскивается смазка. После первого обжатия заготовка переносится схватами во второй (окончательный) ручей штампа. Пресс делает 40 ходов в минуту. Привод перекладчика связан с прессом. Приведенные примеры показывают, сколь многообразно и эффективно применение промышленных роботов в поточных и автоматических линиях самого различного назначения.
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧАСТКОВ И ЦЕХОВ
Использование промышленных роботов и управляющих ЭВМ позволяет перейти от автоматизации отдельных линий к автоматизации цехов — от автоматизации по линии к автоматизации по площади. В качестве примера на рис. 211 схематически показан комплексно автоматизированный токарный цех из 50-патронных полуавтоматов АТПР-ЗМ12 с 18 операторами, заменяющий цех со 150 токарными станками и 150 токарями, обслуживаемый персоналом из 60 человек.
Цех управляется от ЭВМ 5, с помощью которой автоматизирована разработка технологических процессов обработки деталей
®ЩЕ-ЯЬ§ Л5НЯС0МЯЯI 二二 ql0EalaB”4ou 93HdBM0H丨2-Moao-LOJEE ЛЭНЯЕОЖМЯ — 8 -НЕВ 工BOLOJBE о ^ЖМЕ-ЗНМ -BlrsgFlm 丨 ^ -^<йл KBYnomlfaBdu"丨 дй01.090d Кнн9жнаик『и3HmeHKiraedUBH — р,91гв!.9хао2в 弓工。丨 Z 二 q-090d — 6"二 -WHG Ho OJ。9KlfduA ^c^ 0 golOImAIfou xlqHdexol ^зддолнтос raso^o 二-z gd®ЩЕ-ЯЬ§ Л5НЯС0МЯЯI 二二 ql0EalaB”4ou 93HdBM0H丨2-Moao-LOJEE ЛЭНЯЕОЖМЯ — 8 -НЕВ 工BOLOJBE о ^ЖМЕ-ЗНМ -BlrsgFlm 丨 ^ -^<йл KBYnomlfaBdu"丨 дй01.090d Кнн9жнаик『и3HmeHKiraedUBH — р,91гв!.9хао2в 弓工。丨 Z 二 q-090d — 6"二 -WHG Ho OJ。9KlfduA ^c^ 0 golOImAIfou xlqHdexol ^зддолнтос raso^o 二-z gd
®ЩЕ-ЯЬ§ Л5НЯС0МЯЯI 二二 ql0EalaB”4ou 93HdBM0H丨2-Moao-LOJEE ЛЭНЯЕОЖМЯ — 8 -НЕВ 工BOLOJBE о ^ЖМЕ-ЗНМ -BlrsgFlm 丨 ^ -^<йл KBYnomlfaBdu"丨 дй01.090d Кнн9жнаик『и3HmeHKiraedUBH — р,91гв!.9хао2в 弓工。丨 Z 二 q-090d — 6"二 -WHG Ho OJ。9KlfduA ^c^ 0 golOImAIfou xlqHdexol ^зддолнтос raso^o 二-z gd
®ЩЕ-ЯЬ§ Л5НЯС0МЯЯI 二二 ql0EalaB”4ou 93HdBM0H丨2-Moao-LOJEE ЛЭНЯЕОЖМЯ — 8 -НЕВ 工BOLOJBE о ^ЖМЕ-ЗНМ -BlrsgFlm 丨 ^ -^<йл KBYnomlfaBdu"丨 дй01.090d Кнн9жнаик『и3HmeHKiraedUBH — р,91гв!.9хао2в 弓工。丨 Z 二 q-090d — 6"二 -WHG Ho OJ。9KlfduA ^c^ 0 golOImAIfou xlqHdexol ^зддолнтос raso^o 二-z gd
и составление программ, управляющих станками. Кроме того, ЭВМ управляет работой 50 станков 10, роботов /, 3, 9, складов 2 и 7 со штабелером 6 и планирует работу цеха в оптимальном режиме. Роботы 3 подвесные, они перемещаются с помощью встроенных шаговых приводов по направляющим 4.
Схемой цеха предусмотрена работа <со склада заготовок на склад готовых деталей, а также использование нескольких накопителей 8 и 11.
Применение ЭВМ и оборудования с ЧПУ — роботов и металлорежущих станков ——позволяет по-новому решить проблему создания автоматических линий для многономенклатурного мелкосерийного производства, характерного для большинства отечественных машиностроительных заводов.
Комплексная автоматизация массового и мелкосерийного производства осуществляется по-разному.
Известно, что в массовом производстве подшипников, автомобилей, тракторов, сельхозмашин, изделий бытовой техники и другой массовой продукции машиностроения широко используются 《жесткие》(непереналаживаемые) автоматические линии, специально создаваемые для изготовления отдельных деталей и сборки простых узлов. Эти линии отличаются чрезвычайно высокой производительностью. Несмотря на то что при Смене объекта производства использовать их нельзя, они экономически выгодны, так как окупаются за период эксплуатации.
В мелкосерийном, особенно многономенклатурном единичном производстве, обычно дорогие непереналаживаемые линии (даже простейшие) использовать без больших убытков невозможно. Не приемлемы «жесткие》автоматические линии и в условиях частой смены объекта производства, когда продукция быстро устаревает и спрос на нее по разным причинам исчезает. Это объясняется тем, что затраты времени на проектирование и изготовление «жестких» линий обычно намного превосходят время на подготовку производства быстросменяющейся (даже массовой) продукции.
В мелкосерийном производстве нашли некоторое распространение переналаживаемые линии из агрегатных станков, собираемых из нормализованных элементов, однако во многих случаях стоимость из изготовления и эксплуатации недопустимо дорога, а переналадка их занимает слишком много времени и требует высокой квалификации наладчиков, что существенно снижает эффективность таких линий.
Применение ЧПУ в металлорежущих станках резко сокращает продолжительность их переналадки, поэтому универсальное оборудование с ЧПУ начало быстро и широко применяться в мелкосерийном многономенклатурном производстве, несмотря на сравнительно высокую его стоимость. Универсальность этих станков позволяет использовать их в производстве длительное время, независимо от вида, партионности и частоты замены объекта производства.
Такие станки с успехом могут быть применены для построения быстро переналаживаемых автоматических линий, выбрасывать которые при смене выпускаемой продукции нет необходимости (в отличие от специальных станков, входящих в《жесткие》линии).
Кроме станков с ЧПУ, в переналаживаемых автоматических линиях целесообразно применять и другое оборудование с ЧПУ: роботы, штабелеры, транспортные устройства (желательно универсального назначения).
В этом случае выполняются следующие основные требования, предъявляемые к средствам автоматизации (в том числе к автоматическим линиям) мелкосерийного многономенклатурного производства:
высокая производительность средств автоматизации (в комплексе);
простота и быстрота переналадки, не требующая высокой квалификации наладчиков;
надежность и большой ресурс работы всех применяемых технических средств;
окупаемость и прибыль в результате применения средств автоматизации (имеется в виду эксплуатация этих средств до наступления их морального и физического износа);
возможность организовать и подготовить высокопроизводительное и эффективное производство любой новой продукции в сжатые сроки (при этом желательно исключить проектирование и изготовление нового технологического оборудования);
простота и невысокая стоимость эксплуатации средств автоматизации, включая подготовку управляющих программ, ремонт, обслуживание и т. п. (желательна функциональная взаимозаменяемость оборудования на случай ремонта).
В отличие от перечисленных требований к средствам комплексной автоматизации (в том числе к《жестким》линиям) массового производства предъявляются иные требования: нет необходимости в переналадке оборудования, надежность и ресурс средств автоматизации ограничены сроком выпуска массовой продукции, имеется необходимость в дублерах на случай ремонта (если оборудование работает на предельной производительности), не нужна функциональная взаимозаменяемость средств автоматизации и т. п.
Сравнение приведенных требований показывает, насколько различны принципы комплексной автоматизации массового и мелкосерийного производства и сложна задача автоматизации мелкосерийного и единичного производства.
Сложностью проблемы объясняется и тот факт, что до последнего времени в мелкосерийном производстве автоматические линии (особенно при большой номенклатуре выпускаемых изделий) не применялись. Существующее положение коренным образом меняется с появлением универсальных промышленных роботов.
В качестве примера можно назвать автоматическую линию для обработки большой номенклатуры корпусных деталей, выпускаемых мелкими сериями. Транспортная система, предназначенная для подачи заготовок к семи станкам линии, а также для передачи деталей со станка на станок и на склад, вначале строилась на обычных принципах (без применения роботов). В этом случае система направляющих с движущимися тележками и подвесной транспортер были громоздкими: они загораживали доступ к станкам; для их изготовления требовалось много металла, время передачи деталей со станка на станок было большим, так как надо было разводить одновременно движущиеся в системе тележки по разным (часто не оптимальным) путям.
Все эти трудности устранились в окончательном варианте конструкции линии, в котором для выполнения всех транспортных операций использовано оборудование с ЧПУ ——роботы и штабелеры. Общий вид этой линии, предназначенной для выпуска корпусных деталей, показан на рис. 212.
Основные особенности автоматической линии, принципиально отличающие ее от широко известных «жестких» линий, следующие:
линия управляется от ЭВМ. Применение последней позволяет осуществить обработку деталей по динамичной (меняющей-
Рис. 212. Многономенклатурная автоматическая линия для комплексной обработки корпусных деталей, управляемая от ЭВМ и обслуживаемая роботами: 7 ——дисплей; 2 — управляющая ЭВМ; 2 — станки номенклатурной линии; 4 ——центральный инструментальный магазин; 5 — стеллаж для спутников с деталями; 6 — установка инструмента в кассеты; 7 — инструментальное отделение; 3 — наладка инструмента; 9 — съем готовых деталей; 10 — заготовки; 11 ——детали; 12 — выборочный контроль деталей; 13 — склад заготовок； 14 ——склад готовых изделий
с兄)технологии, когда в соответствии с требованием оптимальной загрузки станков частично изменяется порядок и маршрут обработки деталей. ЭВМ планирует запуск и выпуск деталей, выполняет плановые, диспетчерские расчеты, рассчитывает режимы обработки и управляющие программы (в соответствии с избранным алгоритмом). Вся система линии, включая ЭВМ, осуществляет комплектацию, контроль, выбор, смену и подачу 800 единиц инструмента, управляет межоперационным транспортом и всем производством деталей, а также подготавливает и частично осуществляет пооперационный контроль деталей;
в линии используется семь металлорежущих станков с ЧПУ типа «обрабатывающий центр» четырех моделей, созданных на основе базовой модели универсального станка. Применение таких станков позволяет осуществлять весь комплекс операций по изготовлению деталей и выпускать на линии окончательно готовые детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке вне линии. Детали имеют сложную конструкцию, заготовки литые, материал ——алюминиевые сплавы. При обработке на линии выполняются операции расточки, сверления каналов, отверстий и нарезания резьб, фрезерования по контуру и др.
Уборка стружки механизирована и выполняется автоматически. Обработка различных деталей ведется в универсальном спутнике, закрепляемом на столе станка; на каждом станке имеется моечный агрегат для полного удаления стружки с детали и спутника;
в линии используется шесть промышленных роботов с ЧПУ: три робота для передачи и подачи инструментов и три робота-штабелера для подачи деталей (заготовок) со спутниками. ,
В линии с отдельным складом заготовок и готовых деталей (см. рис. 212) дополнительно используются два автоматических штабелера;
линия обслуживается шестью операторами (оператор ЭВМ, контролер, два наладчика инструмента и два оператора, выполняющих установку заготовок в спутнике и съем готовых деталей). Связь между операторами и каждого из них с ЭВМ осуществляется устройствами типа《дисплей»;
в линии работают два автоматических склада, управляемых от ЭВМ: центральный инструментальный магазин (две линии гнезд с установленными в них концевым инструментом в кассетах) и склад с двумя стеллажами для заготовок, деталей и спутников (снаряженных заготовками и без них). В инструментальном отделении есть стеллаж, обслуживаемый вручную.
Планировка автоматической линии показана на рис. 213. На рабочем месте РМ-1 оператор устанавливает заготовку в спутник: правильность установки контролируется автоматом АКУ (трехкоординатная измерительная машина с ЧПУ). С приемной позиции Е спутник с заготовкой загружается в штабелер ШТ-1,
u万。万。方。卜圆I
1]7。5。万。[厂团|
I E。万。力。什E]
I [＞。万。月dr团I
I [£。万。万。卜El
E.5J
и~и повёрнуто
Рис. 213. Планировка автоматической линии с тремя роботами- штабелерами:
СТ-1 — СТ-7 — металлорежущие станки; МА-1 — МА-8 — моечные агрегаты; ПО-1—ПО-7 — позиции ожидания (Л, Б, В, Г, Д, £, Ж)； ШТ-1 — ШТ-3 — роботы -штабелеры; АКУ — автомат контроля правильности установки заготовки иа спутнике; РМ-1 — рабочее место установки заготовок на спутники; РМ-2 — рабочее место съема готовых деталей; КП-1——КП-3 —• контрольные позиции (рабочие места выборочного контроля деталей)
откупа спутннк становятся в приемную ячейку скпада (причем в стеллаже МЬ 2 хранятся пустне СПУТННК0》а в стеллаже 烏 1 межоперащюнный задел деталей на спутниках) • 14 ясеек стеллажей 舄 l2 служат только для передана спутников аз одного стеллажа на другой。Общая емкость двух стеллажей ——504 гне， зд戸
В стеллажах сделаны дверв для прохода обслуживающего персонала》првсем имеется блокировка (ПР0 открытых дверях ЕтабелернL 日2 S Ез не движутся) • KW нсейкн передай^ спутника с заготовкой передаются штабе, лером Ц1т,2 на ПОЗН0Ю ожидания』соответствующего станка ст—1——ст,5」после того как обработанная на зтом станке деталь удет со спутником со стола в дошклкз Г на 2O^W^- ее место зай— мет деталь со спутником》ПРВЕепЕая с поз0H00』• начнется 06— работка зтой детали по программе” а вымытая деталь на спутнн， ке поступит в позицию разгрузка N S оттуда штабелерами 1пт，2 s^s IIIT—3 будет передана по программе на другонстанок》на контроль (поз0Hня kn，l——кп，з)Л0 на рабочее место рм—2 для мойкн S съема ее со спутн0K戸 освободившейся спутник штабе， лером HIT—1 будет поставлен в свободную ячейку стеллажа 名 2・ промышленное РО6ОТЬ1СПОЬЗУЮТСЯ не только в системе Транспорт0рованя S хранения спутников》но 0 в системе инструментального обеспесення автоматнсеской лн・ В системе транспортвровання S хранения спутников на авто: матвиеской лннни используется три Ро6ота，ц!та6елера- шт，1у mz Ез (РН* 214)・
С помощью робота П1т，1 осуществляется связь стеллажа 舄 1 с рабоснмн местами загрузки S разгрузки спутников S контроль— НМПознанями，
Роботы П1т,2 s IIIT—3 предназначены для передайспутников с деталями между n03HHMожнданнн станков S связи яошаё^ ожидания со стеллажом МЬ 2・
Для осуществления зтнх функ=н роботынмеют возможность перемещаться вдоль стеллажей S подводить каретку с маннпулн， тором к заданной по программе ^ло^хф стеллажа” к рабочему Me， стунлн на позицию ожидания* С помощью манипулятора” уста— новленного на каретке робота” спутник берется3 HqeKстел， лажа или с рабосез места на каретку робота нл-и” наоборот^ выдается с кареткнробота на заданную в программе позннню， Работа робота осуществляется от системы цикловой автоматики) которая обеспеинвает выполнение reTblpex стандартных циклов. На схеме работы робота для транспортировки спутников (см， рс・ 214) прнводнтснннкл передасн спутника SW одно" яиейки стеллажа в другую* Циклограмма работая ^OOO^OW'EHWOQ^^^OW приведена на рнс・ 215・
В системе инструментального обеспеиеннн нспользуетсн трн Ро6ота，автооператора PH，L p,23 p，3 (условные Обознаиеннн) (рнс・ 216) •
345
aoxHHiAuj HhBHBUQU Ам=① ьв а=0 工 aoIOJE"。 ВМНННК1Ю EMaoHEIOA — 9'"OMHHJAU。HhE4① Ubu HME① hB BHnouA c< womhh •16 =。 OJ вл-ваки Ещйос н ЕЖЕиизй qu02 ① HHB5KH°4① OHHBWQdaoHno 丨 g'HM=① hK EH SOMXXH^CU OJ E-LwaxJ §И2И ——p d工e°hKиCOM ♦aolojem j bmhhiAuj WBgou 丨 g -MKH-LKU。Bd99 s Й^ЙК-SHU AX9hKнх§хи йащк-щщйнятйно^оа нйихи — N ^^йк-s^u quo① ннвжна丨、 -WKHTWgou on --йл^гаоно^л^ 0OMHHIAJJJaMnodH1dosHdIн ллос-о^лнз-лно^ол зно^лл rtsoxu ・寸一3 -OsaaoxHHiAuj HhBHBUQU Ам=① ьв а=0 工 aoIOJE"。 ВМНННК1Ю EMaoHEIOA — 9'"OMHHJAU。HhE4① Ubu HME① hB BHnouA c< womhh •16 =。 OJ вл-ваки Ещйос н ЕЖЕиизй qu02 ① HHB5KH°4① OHHBWQdaoHno 丨 g'HM=① hK EH SOMXXH^CU OJ E-LwaxJ §И2И ——p d工e°hKиCOM ♦aolojem j bmhhiAuj WBgou 丨 g -MKH-LKU。Bd99 s Й^ЙК-SHU AX9hKнх§хи йащк-щщйнятйно^оа нйихи — N ^^йк-s^u quo① ннвжна丨、 -WKHTWgou on --йл^гаоно^л^ 0OMHHIAJJJaMnodH1dosHdIн ллос-о^лнз-лно^ол зно^лл rtsoxu ・寸一3 -OsaЦиклограмма работыЦиклограмма работыПередача спутника из ШТ-1 в ШТ-2 или ШТ-3Передача спутника из ШТ-1 в ШТ-2 или ШТ-3*без учета бремени поиска штабелерами ШТ-1 ~шТ-3 передающего окна*без учета бремени поиска штабелерами ШТ-1 ~шТ-3 передающего окнаРис. 215, Циклограмма работы роботов-штабелеров ШТ-1 н ШТ-2 нли ШТ-3Рис. 215, Циклограмма работы роботов-штабелеров ШТ-1 н ШТ-2 нли ШТ-3
aoxHHiAuj HhBHBUQU Ам=① ьв а=0 工 aoIOJE"。 ВМНННК1Ю EMaoHEIOA — 9'"OMHHJAU。HhE4① Ubu HME① hB BHnouA c< womhh •16 =。 OJ вл-ваки Ещйос н ЕЖЕиизй qu02 ① HHB5KH°4① OHHBWQdaoHno 丨 g'HM=① hK EH SOMXXH^CU OJ E-LwaxJ §И2И ——p d工e°hKиCOM ♦aolojem j bmhhiAuj WBgou 丨 g -MKH-LKU。Bd99 s Й^ЙК-SHU AX9hKнх§хи йащк-щщйнятйно^оа нйихи — N ^^йк-s^u quo① ннвжна丨、 -WKHTWgou on --йл^гаоно^л^ 0OMHHIAJJJaMnodH1dosHdIн ллос-о^лнз-лно^ол зно^лл rtsoxu ・寸一3 -Osa
aoxHHiAuj HhBHBUQU Ам=① ьв а=0 工 aoIOJE"。 ВМНННК1Ю EMaoHEIOA — 9'"OMHHJAU。HhE4① Ubu HME① hB BHnouA c< womhh •16 =。 OJ вл-ваки Ещйос н ЕЖЕиизй qu02 ① HHB5KH°4① OHHBWQdaoHno 丨 g'HM=① hK EH SOMXXH^CU OJ E-LwaxJ §И2И ——p d工e°hKиCOM ♦aolojem j bmhhiAuj WBgou 丨 g -MKH-LKU。Bd99 s Й^ЙК-SHU AX9hKнх§хи йащк-щщйнятйно^оа нйихи — N ^^йк-s^u quo① ннвжна丨、 -WKHTWgou on --йл^гаоно^л^ 0OMHHIAJJJaMnodH1dosHdIн ллос-о^лнз-лно^ол зно^лл rtsoxu ・寸一3 -Osa
Циклограмма работы
Циклограмма работы
Передача спутника из ШТ-1 в ШТ-2 или ШТ-3
Передача спутника из ШТ-1 в ШТ-2 или ШТ-3
*без учета бремени поиска штабелерами ШТ-1 ~шТ-3 передающего окна
*без учета бремени поиска штабелерами ШТ-1 ~шТ-3 передающего окна
Рис. 215, Циклограмма работы роботов-штабелеров ШТ-1 н ШТ-2 нли ШТ-3
Рис. 215, Циклограмма работы роботов-штабелеров ШТ-1 н ШТ-2 нли ШТ-3
Передача спутника изШТ~2 или 山「3 6 ШТ-1
Поиск штабелером ШЪ1 передающего окна (ячейки)
Выдби^ение манипупято- ра-штабелера ШТ-1 Возращение манипуля-
тора-щтабелера ШТ-1
—0 иехобное поАкение
4 Перемещение спутника
* d иругрй стеллаж
Поиск штабелером шт-2
или ШТ~3 передающего окна
Выдвижение манипиля-
тора - штаоелера
二 возбращенае манипилято-
оа-штабемра 川尸2 или WT-3 о исходное положение
Робот-автооператор РИ-3 имеет возможность перемещаться между двумя прямолинейными инструментальными магазинами ИЦ-1, ИЦ-2, входящими в центральный инструментальный магазин линии, и служит для передачи инструментальных наладок из магазина № 2 в магазин № 1 и обратно.
Робот-автооператор РИ-3 перемещается вдоль инструментальных магазинов по программе, которая формируется в управляющей ЭВМ и передается на локальное устройство управления роботами.
Передача инструмента из одного магазина в другой осуществляется при помощи двухзахватной руки, управляемой от цикловой автоматики. Рука имеет три степени свободы. Она может перемещаться вверх и вниз, вправо и влево от нейтрального положения и поворачиваться на 180°. Цикловая автоматика обеспечивает выполнение движений руки, позволяющих выполнять пять стандартных циклов:
подвод руки робота к инструментальной наладке; захват и извлечение ее из инструментального магазина № 1; отвод руки вместе с инструментальной наладкой в нейтральное положение;
то же для инструментального магазина № 2;
подвод руки к инструментальному магазину № I, установка инструментальной наладки в гнездо магазина и возврат руки в нейтральное положение;
то же для инструментального магазина № 2;
поворот руки на 180°.
Три стандартных цикла работы руки робота РИ-3 приведены на рис. 217.
48
и
/s工 0 二 2D3/ goEHafhdEJHnQSZ MEJONW二'n~'N HnrDZD1旺 qHquDEHawhdEWM
ПЦ
ж ЗМА^
гаьящЕ&ьхк &зщзт ①нйкнкамиосЦнон -^.^э от) SSHra^2^2a aihaHOX 丨 g ^.h3 01) ганящзйнихя ouofflos w§ ei①8EX — N -йнхщз^аьхя нунеиЕН н Kuod-L ，HOH ① hh ①弓①so ffl rthaisHuffia OJOHHBnIOHH HhENedBU Ks ЕХЭЗЕ工——j 「HXAd BMyQahHHEXaw 1dwldw -ffloMxrtb 3xs«£ras ①HquE.LHBAd.LOHH 丨w—w-HXHe-L。① HtnA 禺adouirei •① w 丨 ^!ьи I ->bu -EJH ① wAd-LOHH HhEou Kundoied ① UOOJ.a?so9od —d iHd芝 HHHHir hheejewIqHquEm ① WAdloHH 丨 w^s 二 岩 нннни hheejewqHquEIH ① WAdkoHH 丨TIM -HMHMIfOH33hMIE 艺 0I9E EH EIHawAdsm HMaodHIdolIUHEdl EW0x.9UHd
Стандартный циклИ-К бзать инструментальную наладку из гнезда магазина
Стандартный цикл №2： повернуть руку，а 180°
Стандартный цикл №3： установить инструментальную наладку 6 инструментальный магазин
Рнс. 217. Схема работы руки робота-автооператора РИ-3 при подаче им инструмента из одного инструментального магазина автоматической линии в другой
Роботы-автооператоры РИ-1 и РИ-2 предназначаются для передачи инструментальных наладок из магазина № 1 в инструментальные манипуляторы станков ——механические руки МР-1 и МР- 7 (см. рис. 216).
Конструкция этих роботов и схема их работы аналогична роботу-автооператору РИ-3 за исключением циклов установки и снятия инструментальной наладки с инструментального манипулятора станка МР.
На рис. 218 показан цикл обмена инструментальных наладок между инструментальным магазином № 1 и механической рукой МР станка.
349
"и к§ ^МЕгани АмонжАн х
коввптан口°9oaJO и EHaoHEJUA
9'&ин
丄丄丄
4^ 1
-№==!==
X：
-，三 PHrwpw 二0。寻 EloQed^нвжнак — g OJeHHEaoEqyouJH I6Z EHHEEJ-OJOHqyelHa 疗 dlQHH ongj ^^^^ч^^ь— I Z ^i LI -含 §xn£§ Ju ^=s el^od Mu ^sis«oc onMd MMd WWAd-юнн H 言。и K§ EodoIEdauooIXFEOIOgod IqloRd Bwaxu 8£ 3Hd
Инструментальный робот-автооператор РИ-1 обслуживает три станка автоматической линии, а робот-автооператор РИ-2 ——четыре. Все станки СТ-1—СТ-7 (см. рис. 213) имеют свои инструментальные магазины ИМ-1——ИМ-7, в которые инструмент устанавливается (и из которых он забирается для установки в шпиндель станка или для передачи в магазин ИЦ-1) механическими руками станков МР-1——МР-7, управляемыми цикловой автоматикой.
В исходном положении механической руки МР станка ее схват расположен вертикально и выдвинут из корпуса, который по направляющим поднят в вертикальное положение.
В инструментальные магазины ИЦ-1 и ИЦ-2 инструмент поступает из отделения контроля и наладки инструмента, где два оператора настраивают наладки и собирают их в кассеты емкостью 10 инструментов. Кассета с новым инструментом из отделения контроля и наладки подается (см. рис. 216) в центральный инструментальный магазин линии по команде оператора отделения. Возврат кассет происходит по команде ЭВМ.
Изношенный инструмент из магазинов ИЦ-1 и ИЦ-2 возвращается в отделение наладки и контроля инструмента в кассетах по командам ЭВМ.
Циклограмма работы инструментальных роботов-автоопера- торзв РИ-1 и РИ-3 и механической руки МР станка приведена на рис. 219.
Анализируя конструкцию, функции и схему работы роботов, используемых в автоматической линии для обработки корпусных деталей, показанной на рис. 212, можно сделать следующие выводы:
роботы на автоматической линии используются только как транспортные средства. Функциональное назначение рабочих органов роботов, обеспечивающих захват и установку спутников или инструментальных наладок, не требует выполнения управляемых координатных перемещений;
использование роботов в системах обеспечения инструментом и транспортирования спутников позволило упростить механическую часть систем и повысить их надежность;
система управления линией от ЭВМ в связи с использованием роботов усложнилась. Так, применение роботов в системе инструментального обеспечения потребовало перейти от системы кодирования инструмента к системе кодирования гнезда, что налагает на систему управления более жесткие требования по надежности;
использование роботов для установки деталей (без спутников) непосредственно на стол станка в автоматических линиях, предназначенных для обработки большой номенклатуры деталей, в настоящее время маловероятно, так как, во-первых, невозможно создать прис посо б л ение, обеспечивающее базирование и зажим разнообразных по конфигурации деталей, во-вторых,
автоматическая замена приспособлений при переналадке линии потребует большого количества 'сложной технологической оснастки, что снизит эффективность линий;
использование роботов для установки спутников с деталями на стол станка в описанной автоматической линии нецелесообразно, так как роботу, осуществляющему только установку спутников на стол станка, невозможно задавать транспортные функции и поручать обслуживание нескольких станков (это может привести к простою оборудования, что в автоматических линиях с ЧПУ недопустимо). Кроме того, закрепление робота за определенным станком потребует от него выполнения одного постоянного (жестко фиксированного) цикла работы. В этом случае робот превращается в механическую руку, цифровое управление которой становится излишним.
Программирование для роботов, используемых в автоматической линии, осуществляется автоматически в управляющей ЭВМ.
В связи* с тем что программируется только номер ячейки стеллажа или номер гнезда инструментальной наладки, алгоритм системы автоматического программирования предельно прост и разработка его не вызывает никаких трудностей.
Работа руки робота программируется по стандартным циклам, описанным выше.
Автоматизированная система управления (АСУ) линией имеет трехуровневую иерархическую структуру, включающую нулевой уровень локальных систем ЧПУ станками, роботами-штабелерами, роботами-автооператорами и операторских пультов; первый уровень управления по цифровой ситуационной модели с динамической оценкой и прогнозированием и второй уровень управления с долгосрочным планированием и оптимизацией работы нижних уровней. Второй уровень осуществляет линии связи с АСУ предприятия.
В целях повышения надежности линии и ее АСУ нулевой и первый (или нулевой) уровни системы обеспечивают соответственно управление линией, либо ее агрегатами с заниженной эф- фективостью функционирования.
Локальными системами ЧПУ станками нулевого уровня АСУ являются модификации серийных систем Н55-2.
Управляющими ЭВМ первого уровня АСУ являются ЭВМ третьего* поколения типа «Электроника 100 И» в комплексе «Радуга К-50».. В качестве ЭВМ второго уровня АСУ используется модель ЕС 1030 из ЕСЭВМ третьего поколения.
Первый уровень АСУ включает специализированное устройство покадрового распределения сменного комплекта программ обработки деталей, хранимых на серийных магнитных дисках.
Мнемосхема текущего состояния агрегатов линии и АСУ реализована с помощью специализированного устройства многомерного отображения на цветной ЭЛТ в отделении диспетчера линии.
Технологический процесс обработки деталей на автоматической линии принципиально не отличается от существующих технологических процессов.
Для обеспечения возможности работы станков линии в автоматическом цикле технологические процессы должны обеспечивать автоматическое получение заданных размеров, что возможно только при гарантированной надежности работы режущего инструмента.
Внешний вид автоматической линии показан на рис. 220.
Расчеты показали, что применение многономенклатурной автоматической линии для мелкосерийного выпуска деталей (типа корпусов гидроагрегатов и другого типа), управляемой от ЭВМ и обслуживаемой роботами, позволяет получить высокую экономическую эффективность.
Так, на автоматической линии, показанной на рис. 220, трудоемкость обработки деталей снижается в 21 раз, а загрузка станков увеличивается с 30 до 75% (по сравнению с автономно работающими станками с ЧПУ); при этом высвобождается 21 единица универсального оборудования и 62 рабочих. Годовой экономический эффект от внедрения одной линии превышает 1 млн. р.
Эффективность роботов в автоматической линии отдельно не подсчитывалась, так как роботы использованы в линии по необходимости. Без них конструктивно решить системы инструментального обеспечения и транспортирования спутников не удалось.
В настоящее время расчет этой эффективности обычно ведется по методике, принятой для металлорежущего оборудования. Из-за сравнительно высокой стоимости первых образцов про-
Рис. 220. Внешний вид автоматической линии (с улучшенной планировкой) для механообработки мелкосерийных корпусных деталей
мышленных роботов формальный экономический эффект от их применения невысок, тем более, что при расчете не учитывается ряд важных обстоятельств.
Необходимо разработать методику оценки эффективности внедрения роботов с учетом того, что применение последних
—стабилизирует технологический процесс и повышает ритмичность работы (одинаковую и в начале и в конце смены);
——полностью устраняет брак из-за невнимательности или утомления рабочего;
—высвобождает рабочих;
——позволяет ликвидировать ручной, вредный, утомительный труд.
Можно предположить, что в ближайшее время станки с ЧПУ будут управляться от центральной ЭВМ. Управляющая машина будет выдавать на станки управляющие программы и диспетчиро- вать порядок запуска деталей. Рабочий в этой системе при выпуске малого количества сложных деталей будет производить вручную переналадку станка и установку деталей на станок. При выпуске сложных деталей, время обработки которых на станках с ЧПУ обычно находится в пределах от 1 часа до нескольких смен, рабочий имеет возможность обслуживать большое количество станков. Замена рабочих роботами в этом случае не дает большого эффекта, так как
увеличатся простои станков на переналадке, так как рабочему потребуется дополнительное время на переналадку робота;
производительность станка с роботом не возрастет (время установки детали на станок составляет незначительный процент от машинного времени);
значительно увеличится стоимость приспособлений (они должны быть оснащены автоматическими устройствами для фиксации и зажима деталей);
количество рабочих, обслуживающих участок станков с ЧПУ, не сократится (потребуются дополнительные затраты времени на установку и ориентацию деталей в специальных кассетах для обеспечения захвата деталей роботами).
Несмотря на отмеченные недостатки, в некоторых случаях (см. рис. 212) целесообразно применить роботы в линиях, частично обслуживаемых операторами и предназначенных для мелкосерийного производства.
Следующим этапом в развитии участков станков с ЧПУ, обрабатывающих простые (а затем и сложные) детали, будет создание автоматических линий, комплексно управляемых от ЭВМ (без применения ручного труда). Такие системы, предназначенные для мелкосерийного производства, позволят свести продолжительность переналадки оборудования на новые детали до минимума, соизмеримого с продолжительностью установки детали на станок, что является принципиальным преимуществом авто-
матических линий с ЧПУ перед автоматическим оборудованием других видов.
На основании анализа отечественного опыта, а также конструкций зарубежных автоматических линий с ЧПУ можно предположить, что транспортные роботы найдут широкое применение в многономенклатурных автоматических линиях при обработке корпусных и аналогичных им деталей средних габаритных размеров (до 500 X 500 X 500 мм).
В малономенклатурных линиях, предназначенных для обработки простых и сложных деталей, роботы в ближайшее время, по-видимому, использоваться не будут. Такие линии, как правило, будут создаваться на базе шаговых или непрерывных транспортеров; складирование деталей в комплекс такой линии включаться не будет.
В отдельных станках с ЧПУ и автоматических линиях, предназначенных для обработки деталей типа тел вращения, будут широко использоваться транспортно-установочные роботы, так как в этом случае проще решается вопрос с базированием и закреплением деталей на станке. Кроме того, у этого класса деталей всегда имеются хорошие базы, обеспечивающие надежное фиксирование деталей в схвате робота.
Таким образом, промышленные роботы превращаются в важнейшее средство автоматизации обработки деталей, имеющее большую перспективу.
Роботы могут быть использованы не только для автоматизации механической обработки деталей, но и для комплексной автоматизации других технологических процессов: сварки, пайки, штамповки и даже сборки.
В качестве примера иа рис. 221 показана схема комплексной автоматизации цеха литья заготовок турбинных и компрессорных лопаток, в котором все вспомогательные операции выполняют промышленные роботы. Главными особенностями этого цеха, кроме применения роботов, является широкое использование оборудования с ЧПУ (плавильного, заливочного, контрольного и др.), а также управление всем цехом от управляющей ЭВМ типа АСВТ 《МббОО》. Применение ЭВМ позволяет автоматизировать разработку всех технологических процессов и управляющих программ, управление всем технологическим оборудованием, накопителями и складами. Кроме того, ЭВМ можно использовать для планирования и диспетчирования работы цеха, а также для оптимизации течения технологических процессов подготовки литейных форм, заливки, выбивки форм и пр. Цех получает материалы со склада 4 полуфабрикатов и отправляет свою продукцию на склад готовых литых заготовок 23. Управляющая ЭВМ обслуживается оператором. Кроме того,, за работой оборудования цеха наблюдает несколько наладчиков и контролеров.
Комплексно автоматизированный цех литья работает следующим образом.
Рис. 221. Система автоматизации изготовления литых заготовок лопаток двигателей с применением ЭВМ:
7 — управляющая ЭВМ; 2 — установка для нанесения огнеупорного покрытия и обсыпки модельных блоков; 3 — устройство передачи модельных блоков по конвейеру; 4 ——склад полуфабрикатов оснастки н инструмента; 5 — агрегат вакуумно-аммиачной сушки; 6 — устройство для удаления арматуры и зачистки чаш у литниковых систем; 7 ——агрегат для вымывания моделей; 5 —— сушильная камера; 9, /2, /5, 19 — накопитель заготовок; 10 — печь для прокаливания оболочек; 11 — вакуумная заливочная печь; 13 — термостат； 14 ——установка для обивки керамики; 16 一 установка для обрезки литников； 17 — установка рентгеиоконтроля； 18 — установка для гидродинамического удаления стержней; 20 —— пескоструйная камера; 21 —— автомат контроля толщины профиля； 22 —— установка для доводки замка полки и выходной кромки； 23 — склад литых заготовок
Полуфабрикаты, оснастка и инструмент по командам ЭВМ поступают со склада 4 на производственные участки по подвесным транспортным путям в каретках и с помощью промышленных роботов. Модельные блоки передаточным конвейером 3 автоматически подаются на обсыпку 2 и нанесение огнеупорного покрытия; при этом используется робот, который подвешивает блоки на конвейер, транспортирующий их в агрегат вакуумно-аммиачной сушки 5. Затем с помощью другого робота из высушенных блоков удаляется арматура и зачищаются чаши литниковых систем 6, после чего с помощью робота в специальном агрегате 7 вымываются модели и формы сушатся 8. Часть высушенных форм, сделанных по выплавляемым моделям, идет в накопитель 9, а другая передается на прокалку и заливку в специальных вакуумных печах //, работающих по программе. После этого залитые формы (часть из них остается в накопителе /2) передаются роботами в термостат 13, а оттуда — на обивку оболочки 14 и обрезку литников 16 (здесь тоже имеется накопитель /5). Роботы используются и для подачи отливок лопаток в установку рентге- ноконтроля 17 (при этом забракованные отливки удаляются с линии). В процессе применено гидродинамическое удаление стержней 18 и пескоструйная очистка 20 годного литья. Все оборудование имеет системы ЧПУ и работает по командам ЭВМ. В конце поточной линии на специальных автоматах 21 контролиру-
ется толщина (и другие геометрические размеры) пера и замка заготовок литых лопаток. После этого предварительно обрабатывается замок лопатки и входная кромка пера и готовая заготовка конвейером с помощью автоматического штабелера передается на склад 23 готовой продукции цеха. Нормальная работа такой сложной автоматической системы, как литейный цех, возможна только при условии безотказной работы ЭВМ и всего комплекта технологического оборудования. Важное значение имеет также надежная работа датчиков и линий обратной связи с ЭВМ, по которым идут сигналы о правильности срабатывания всех механизмов, сигналы блокировок, а также сигналы, характеризующие режим течения процесса (температура расплава, время термостатирования, температура сушки и т. п.).
Производительность комплексно-автоматизированного цеха литья в восемь раз превысит существующую, при этом высвободится 120 рабочих различных специальностей и повысится качество литых заготовок (за счет исключения субъективного влияния исполнителей). Включение ЭВМ, роботов и оборудования с ЧПУ для литья заготовок лопаток даст более 9,5 млн. р. экономии ежегодно.
Работы по программируемой автоматизации производства (а такой термин уже входит в обиход технологов) широко развернуты в нашей стране (в частности осуществляются описанные в настоящей главе проекты) и обещают дать в ближайшее десятилетие большой экономический и социальный эффект.
Создание автоматизированных производств на базе применения ЭВМ и промышленных роботов является одним из главных направлений технического прогресса в промышленности.
Глава XI
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ И РОБОТОСТРОЕНИЯ
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ
«И НТЕЛЛ ЕКТУАЛ ЬНЫХ РОБОТОВ»
Робототехника является одним из новых, быстро развивающихся направлений современной техники. В нашей стране, а также в ряде капиталистических стран (США, Япония и др.) уже создается новая отрасль машиностроения ——роботостроение, которое набирает мощности, из года в год увеличивая производство и продажу промышленных роботов. Вместе с расширением области применения роботов все дальше открываются научные и технические перспективы их развития.
Наряду с быстрым совершенствованием конструкций роботов первого поколения {41, 54, 59, 65, 70, 76] ведутся работы по созданию роботов второго и третьего поколений ——интеллектуальных роботов (42, 51]. Эти работы сопровождаются большим объемом исследований ——как теоретических, так и экспериментальных.
Ведутся также специальные научно-исследовательские работы по анализу производства и возможностей использования существующих роботов.
Эффективность руки манипулятора робота может быть существенно повышена, если она будет подключена к устройству, обладающему органами чувств для определения расположения объектов и их опознавания [22].
К работам над роботами будущего должны привлекаться биофизики, физиологи и специалисты самых разных направлений науки и техники.
Современный этап развития роботов характерен стремлением конструкторов оснастить роботы органами, способными выполнять функции, аналогичные функциям осязания, зрения, обоняния, слуха и других человеческих чувств, без чего невозможно анализировать обстановку и управлять движениями.
Создание таких машин, не нуждающихся в постоянном внимании человека и его управлении, является первой важнейшей тенденцией современной техники промышленных роботов. Следует отметить, что чувствительность, разрешающая способность, информационная мощность, эффективность и искусственная «интеллектуальность», а также целенаправленность самостоятельных (по программе) действий первых образцов таких роботов пока неизмеримо ниже этих же способностей человека.
Однако интенсивная работа ученых и инженеров позволит улучшить эти характеристики роботов, в том числе упростить адаптацию к условиям работы и программирование их де访ствн访 (включая запись программы со слов оператора). Роботы будущего, видимо, будут иметь системы «самоорганизующегося управления».
В разных странах ведутся и с каждым годом расширяются работы по созданию «устройств искусственного мышления», самостоятельно выполняющих несложные логические операции.
В США работы по созданию «интеллектуальных» роботов сосредоточены в университетах и институтах, главным образом в Массачусетском технологическом и Стендфордском исследовательском. Проводят исследования также фирмы 《Юнпмейтн》, AMF и др.
Программа работ Массачусетского технологического института предусматривает создание систем, оснащенных бинокулярным зрением и способных распознавать цвета, а также роботов с запасом знаний об окружающей обстановке.
Сотрудники лаборатории искусственного мышления Массачусетского технологического института создали систему, состоящую из ЭВМ, телевизионной камеры и механического манипулятора. Эта система способна распознавать предметы по размерам, цвету и форме и собирать их в конструкции без последовательного получения команд от оператора. Для выполнения более сложных задач разработан усовершенствованный манипулятор, позволяющий доставать предметы за различными препятствиями. В этой же лаборатории разрабатывается мини-робот для выполнения ряда тонких операнд访，недоступных для рук человека.
На рис. 222, а показана двухпалая рука робота, имеющая шесть степеней свободы. Распознавание формы предметов в системе «рука—глаз» ведется с помощью компьютера. На рис.
Рис. 222. Искусственные руки, а — двухпалая; б — пятипалаяРис. 222. Искусственные руки, а — двухпалая; б — пятипалаяуправляемые от ЭВМ:управляемые от ЭВМ:
Рис. 222. Искусственные руки, а — двухпалая; б — пятипалая
Рис. 222. Искусственные руки, а — двухпалая; б — пятипалая
управляемые от ЭВМ:
управляемые от ЭВМ:
360
222,6 представлена экспериментальная пятипалая рука робота, способная захватывать хрупкие детали сложной формы.
Одной из главных целей разработок, проводимых в научно- исследовательских лабораториях США, явилось создание систем искусственного зрения, а также систем, действующих по схеме 《глаз——машина——рука——глаз》. Программы для таких систем носят общий характер и обязательно содержат алгоритм поиска.
Первые модели «разумных» роботов, созданные под руководством М. Минского в Массачусетском институте и Дж. Маккарти в Стенфордском университете, можно отнести к экспериментальным образцам роботов третьего поколения.
Стенфордский робот обладает высокими информационными возможностями, достаточными для обеспечения его автономного движения.
Робот может выполнять задачи, требующие логического анализа обстановки и (в зависимости от условий) принимать решения.
В настоящее время экспериментальный робот распознает книги, рассыпанные на столе, и может с ними оперировать. Осматривая с помощью телекамеры внутреннее пространство комнаты, он может находить себе проход. Более сложные опыты пока идут не очень успешно. Производится эксперимент по обучению робота определять время по часам.
Фирма «Юнимейшн» ведет работы по машинному распознаванию и определению размеров предметов в целях использования этих способностей при выполнении производственных операций.
Фирма «Белл лабораториз» (США) разработала ЭВМ, словарный запас которой состоит из 1600 слов. Машина способна читать тексты и воспроизводить их вслух.
Созданы машины, которые сами обучаются игре в шашки и шахматы, анализируя й исправляя ошибки.
Особенно крупного успеха в направлении использования «ис- куственного》интеллекта в шахматной игре добилась в августе 1974 г. группа ученых Института проблем управления.
Созданная В. Арлазоровым, Г. Адальсоном-Вельским, М. Донским, А. Усковым, А. Балаевым и А. Битманом программа игры в шахматы《Камсса》позволила советской ЭВМ завоевать звание первого чемпиона мира среди шахматных компьютеров. В турнире участвовало 13 программ (4 — от США, 3 — от Англии и по одной — от СССР, Венгрии, Канады, Норвегии, Австрии и Швейцарии) .《Кансса》победила во всех сыгранных партиях.
В Японии интенсивно ведутся работы над созданием роботов с «интеллектом» в Центральной исследовательской лаборатории фирмы «Хитачи», в Электротехнической лаборатории, в Токийском технологическом институте, в Университете электросвязи, Институте комплексных исследований электронной техники и других научно-исследовательских центрах. В Токийском университете ведутся работы по созданию действующих в условиях по-
мех систем с большим количеством степеней свободы; исследуется также возможность распознавания изображений и предметов, в том числе на основе осязательной информации.
Ведутся научные разработки по перспективным роботам в университете Васеда, Токийском институте технологии. В Японии уделяется большое внимание созданию роботов сборщиков [14, 23]. Разработан робот «9ТЛ», способный различать цвет, форму предметов, а также расстояние до них. Форма определяется по соотношению света и тени на предмете [53]. Пока робот распознает только предметы простейшей формы, но разработчики предполагают, что в ближайшие годы робот будет усовершенствован н поступит на рынок. Ограничить применение робота может только его высокая начальная стоимость (более 400 тыс. долл).
Японский ученый Като в Университете Васеда предпринимает попытки создания руки, подобной руке человека, с управлением от ЭВМ и полупроводниковыми элементами, чувствительными к давлению.
В Европейских странах ученые также усиленно работают над созданием «разумных» роботов.
В Ноттингемском университете (Англия) разработана программируемая сборочная машина, показанная на рис. 223; дальнейшие работы ведутся в направлении создания робота с обратной связью, осуществляемой посредством видиконовой телекамеры, связанной с небольшой цифровой вычислительной машиной, которая после обработки визуальных данных выполняет функции управления.
Рис. 223. Сборочный робот
Робот второго поколения《Сёрч》，созданный в Ноттингемском университете профессором Уильфридом Хегинботэм и доктором Эланом Пучом, умеет из разбросанных деталей выбрать нужные и выполнить несколько операций по их сборке.
На осмотр деталей и сборку《Сбрч》тратит меньше времени, чем человек. Единственный глаз робота (телевизионная камера) проецирует изображения предметов на экран, которые затем преобразуются в электрические импульсы, поступающие в ЭВМ. В запоминающее устройство внесен каталог возможных форм деталей. Полученная через《глаз》информация сопоставляется с каталогом ЭВМ, затем рукам робота поступает сигнал начать работу (две руки «Сёрча» заканчиваются «щупальцами-пальцами», третья — присоском).
Осуществляемые в настоящее время эксперименты чрезвычайно сложны с технической точки зрения и требуют использования для обработки информации больших ЭВМ. Например, в США в экспериментах Стенфордского университета используется ЭВМ с оперативной памятью емкостью 131 тыс. слов и внешней памятью на дисках емкостью 10 млн. слов. В Массачусетском технологическом институте для экспериментов используется аналогичная ЭВМ.
Некоторые специалисты робототехники считают, что будущее за мини-роботами — легкими автоматами с многочисленными руками. Мини-роботы будут весить около 225 кг, их возможная грузоподъемность ——до 20 кг. Они будут представлять собою трубчатую шарнирную конструкцию и обладать 6—10 степенями свободы. Можно предположить, что руки мини-роботов будут напоминать руки человека, а кисть будет иметь пальцы. Привод рук будет пневматическим или электрическим. Могут быть применены также мягкие кисти, каждый палец которой будет полым из стекловолокна, усиленного уретаном. Под воздействием небольшого давления (нажима) пальцы будут сгибаться для захвата.
Для передвижения мини-роботов будут использоваться монорельсы, подвесные рельсы, радиоуправляемые тележки.
Мини-роботы смогут оперировать с неориентированными деталями, выравнивать детали, укладывать, сортировать, контролировать их качество, собирать и вести испытания.
Конструкция мини-роботов со временем будет совершенствоваться и они смогут выполнять такие действия, как поднимать упавшие детали и инструменты, убирать отходы.
К 1976 г. на рынок должны поступить роботы второго поколения с «миниатюрной» памятью, несколькими руками и《глазом》.
Роботы второго поколения будут обладать позиционным и контурным управлением, возможностью работать от ЭВМ, способностью логического выбора программы и быстрого программирования. Роботы будут иметь не менее шести степеней свободы, обладать достаточно емкой памятью для того, чтобы уметь работать с многоместной тарой. Эти роботы можно будет быстро вве-
сти в эксплуатацию и легко приспособить при переходе на другую- работу. Надежность этих роботов должна быть очень высокой (среднее время наработки на отказ не менее 800 ч). Экономическая эффективность роботов постепенно будет возрастать, а применение их расширяться по мере того, как будут увеличиваться их «интеллектуальные» способности.
К 1980 г. на рынке могут появиться роботы третьего поколения со способностью к самообучению и адаптации к условиям работы.
Важнейшим элементом конструкции «интеллектуальных» роботов второго и третьего поколений являются датчики, которые можно подразделить на датчики внешней и внутренней информации. Датчики внешней информации служат для обследования состояния объектов, с которыми будет производиться работа, а датчики внутренней информации (обратной связи) находятся в системе исполнительного механизма робота и служат для контроля действий в контуре управления, определения координат и положения схвата, руки и других узлов, являющихся объектами управления.
Если датчики внутренней информации можно считать в основном разработанными, то датчики внешней информации еще подлежат разработке. В первую очередь необходимы датчики позиционирования объектов, их осязания, определения силы сдавливания и визуального обследования. Понадобятся также датчики восприятия звуков и《слухового》диагноза.
В качестве датчиков внутренней информации «интеллектуальных» роботов будут применяться потенциометры, кодовые датчики, резольверы, дифференциальные трансформаторы, импульсные генераторы.
Для взаимодействия робота с внешней средой из выпускаемых в настоящее время датчиков можно применить только датчики контактного типа, например, концевые выключатели. Контактные датчики сейчас используются в системах блокировки, для сигнализации при работе на станках с автоматическим управлением, например для остановки швейной машины при обрыве нити.
На заводе компании «Форд» при использовании робота《Вер- сатран» на операциях сварки с помощью концевых выключателей ведется контроль правильности положения детали и своевременности извлечения сваренного узла из приспособления. В случае неполадок дается сигнал, и робот прекращает работу.
Для датчиков внешней информации, применяемых в роботах, помимо высоких характеристик надежности и точности, большого ресурса, важны еще и такие показатели, как малогабаритность и малая масса.
Датчики давления разрабатываются в японском университете Васэда под руководством Като и в Белградском университете Томовичем. Ими разработаны элементы, чувствительные к давлени-
ям (изменение силы давления изменяет контактное сопротивление между полярными пластинами и основой).
Мори в Токийском технологическом институте изготовил датчики давления с использованием пьезоэлектрического эффекта.
В 《Руке Зрнста》МН-1 [42] в качестве элемента, чувствительного к давлению, использован тензодатчик с металлической решеткой из проволоки толщиной 0,1 мм, изменяющей сопротивление.
В последнее время ведутся исследования полупроводниковых тензодатчиков, которые гораздо меньше датчиков сопротивления и при малой массе обладают высокой чувствительностью.
В роботах могут быть использованы бесконтактные датчики —оптические, электромагнитные, ультразвуковые, струйные. Эти датчики не боятся ударов и плохого контакта.
В Массачусетском технологическом институте предложено устройство, в котором эластичная подложка на внутренних поверхностях пальцев руки робота облицована небольшими зеркалами, расположенными в ряд. При захвате предмет освещается и по светопроводу ведется передача на телевизионный экран. Таким образом, пытаются《обучить» робот определять форму предмета.
Группа сотрудников Токийского технологического института под руководством Мори предложила на контактную поверхность схвата вмонтировать чувствительные элементы, а пространство вокруг них заполнить эластичным веществом. При деформации эластичной среды схвата чувствительные элементы дают электрические сигналы, которые на выходе преобразуются в изображение.
Следует отметить, что успехи в создании «интеллектуальных» роботов зависят не только от сроков создания высококачественных датчиков информации, но и от качества приводов, свойств применяемых материалов и элементной базы, а, главным образом, от того, насколько быстро будут созданы математические основы управления роботами (алгоритмы распознавания образов, обучения, поведения, адаптации, предупреждения ошибок и устранения аварийных ситуаций и др.).
«РУКА ЭРНСТА», «КИСТЬ МОРИ», ИСКУССТВЕННАЯ РУКА АМ-1
《Рука Эрнста» (рис. 224) состоит из вычислительной машины《ТХ-0», сервоманипулятора фирмы «Американ Машин энд Фаундри Ко》，и блоков управления. Емкость памяти ЭВМ составляет 8000 слов, каждое по 18 двоичных разрядов. Механическая рука приводится в действие электромотором и снабжена потенциометрами в качестве датчиков обратной связи.
Рука обладает семью степенями свободы. Два поступательных и три вращательнных движения доставляют схват в любую точку обслуживаемого им пространства. Еще два движения име-
Рис. 224. «Рука Эрнста»
Рис. 225. Чувстпвительные элементы《Рукн Эрнста»:
丿—датчик давления, срабатывающий при соприкосновении запястья со столом; 2 — выключатель, замыкающийся при нахождении объекта между губками; 3 ——шесть контактов, замыкающихся при соприкосновении с поверхностью губок; 4 — шесть датчиков давления, определяющих положение захваченного объекта и степень его сжатия;
5 — фотодиод, реагирующий иа темные объекты; 6 — два датчика давления, подобные датчикам 4
ет схват, состоящий из двух《пальцев》： открытие—закрытие, поворот относительно оси сочленения его с предплечьем.
Расположение чувствительных датчиков на захватном устройстве руки манипулятора показано на рис. 225.
На схвате манипулятора установлены датчики трех типов: контактные, давления и фотоэлектрические, таким образом схват очувствлен. Верхняя, нижняя и наружная стороны каждого из двух пальцев оснащены контактными датчиками, работающими в двоичном коде: включен—выключен. Они сигнализируют о том, что рука наткнулась на тот или иной объект нерабочими участками схвата. Аналогичный датчик установлен с нижней стороны каждого из пальцев схвата: он включается, когда рука касается стола или пола.
На внутренней стороне и переднем торце каждого пальца расположены датчики, генерирующие сигнал, величина которого пропорциональна силе нажатия на этот датчик. Шесть датчиков собирают информацию о том, какие участки пальцев захватывают объект. Два датчика, расположенные на переднем торце, фиксируют момент, когда рука натыкается на объект, и регистрируют величину нажатия на него, получая, таким образом, косвенную !информацию о том, что этот объект собой представляет. На передних торцах каждого пальца располагается также фотодиод, реагирующий ：на затемнение. От него сигнал о том, что схват подошел к предмету, поступает еще до соприкосновения с последним. Фотодиод и система, регистрирующая его сигнал,— это зачаточная форма искусственного зрения.
Вся информация, собираемая схватом в процессе движения руки, передается в вычислительную машину. Там эта информация обрабатывается и используется в процессе выработки программы, необходимой для выполнения поставленной задачи.
Блоки управления и приводы осуществляют последовательность включения электродвигателей и чувствительных элементов в соответствии с командами, выдаваемыми ЭВМ. Система содержит 150 транзисторов, 300 диодов, 28 тиратронов.
Эксперименты проводились с постепенным усложнением программ, вводимых в ЭВМ. Типичной программой для руки МН-1 является программа «игры с деревянными кубиками и ящиками》. В этом случае рука МН-1 должна собирать беспорядочно разбросанные по столу кубики и складывать их в ящик. Рука последовательно выполняет следующие операции:
начинает поисковые движения в целях обнаружения ящика и находит его;
определяет и запоминает позицию ящика, чтобы можно было сразу найти его впоследствии. Затем определяет позицию ящика относительно схвата и его размеры по отношению к максимальному раскрытию губок, так чтобы схват мог взять ящик в случае надобности;
возвращается в исходную точку по траектории поиска и ищет кубик. Если рука обнаруживает кубик до возвращения на исходную позицию, то фаза поиска прекращается и начинается следующий этап программы. МН-1 может сокращать программу. Если какие-либо действия выполнены неправильно, МН-1 повторяет их, исправляя ошибку. Например, во время поиска кубиков рука периодически проверяет, не проходит ли ее схват слишком высоко.над столом (кубики имеют высоту около 5 см), уменьшая расстояние до стола в нужном случае. Если во время поиска схват сталкивается с поверхностью стола, то процесс прерывается и повторяется проверка его положения по высоте;
определяет позицию и размеры кубика (этот этап может быть опущен при введении соответствующей коррекции в программу);
схватывает кубик и поднимает его (способ взятия кубика зависит от размеров и положения кубиков, определенных на четвертом этапе);
схват MH-i движется в область расположения ящика до тех пор, пока не столкнется с ним;
опускает кубик в ящик;
ищет новый кубик, причем поиски начинаются с места обнаружения предыдущего кубика.
При выполнении такой программы могут встретиться трудности, которые машина не сможет устранить путем простого повторения шагов или перехода к другой программе. Например, если при поиске кубика схват МН-1 наталкивается на ящик, то рука схватит его и будет безуспешно пытаться вложить его в самого
себя. Для того чтобы избежать подобных казусов, в программу вводится понятие о кубике, например о его размерах. Кроме того, в программу ЭВМ могут быть введены сведения о месте расположения ящика, если ящик окажется смещенным с отведенного ему места.
В подобной ситуации рука начинает поиск ящика, обнаружив, переносит его на прежнюю позицию.
Каждая операция программы, выполняемой рукой МН-1, включает в нужной последовательности несколько различных подпрограмм.
После выполнения какой-либо подпрограммы рука МН-1 оценивает конкретный образ реальной обстановки, складывающийся из анализа данных всех чувствительных элементов. В зависимости от результатов оценки выбирается следующая подпрограмма. Следовательно, память машины может хранить не только подпрограммы, но и некоторые модели объектов реального мира, например сведения о размерах предметов манипулирования.
《Рука Эрнста» может решать отдельные простейшие логические задачи, которые ставятся перед ней человеком в процессе работы, и принимать разумные решения в неожиданных для нее ситуациях.
Если в последнее время усилия инженеров и ученых были направлены на решение проблем имитации действий плеча, локтя, запястья руки человека, то японский ученый Мори поставил задачу воспроизвести многочисленные степени свободы кисти руки человека.
Анализ статистических данных показал, что почти 60% ручных работ выполняются только пальцами, в то время как для выполнения 30% других работ требуется взаимодействие пальцев и ладони. Пальцы, таким образом, являются основным инструментом при действиях руки человека (порядок расположения пальцев на руке человека чрезвычайно рационален).
На основе этих данных была сконструирована установка, представляющая собой манипулятор, управляемый ЭВМ и оборудованный системой программного управления с магнитным барабаном памяти (рис. 226). Манипулятор, помимо плечевого, локтевого и запястного суставов, снабжен также кистью руки с четырьмя пальцами, один из которых (большой) противостоит трем другим. Каждый из пальцев имеет три сустава и соответственно три степени свободы. Все суставы снабжены пневматическим приводом, и на каждом суставе имеются чувствительные датчики обратной связи, которые позволяют воспроизводить программу, записанную на магнитном барабане памяти. Кроме обычной для манипуляторов обратной связи, «Кисть Мори» снабжена связью высшего типа, осуществляющей ее контакт с внешним миром. Этот вид связи реализуется двумя телевизионными камерами «глазами» и новым типом управляющего элемента——имиктроном. Последний является по существу искусственным нейроном, ко-
Рис. 226. Схема «Кисти Мори»: J — телевизионный «глаз»; 2 — устройство входа и выхода; 3 — имиктрон (искусственный нейрон): 4 — записывающее устройство; 5 — устройство памяти (магнитный барабан)； 6 — сигнал-генератор； 7 — датчик давления — магнитный клапан; 8 — плечо; 9 — предплечье; 10 — запястье； 〃 — кисть рукн
торый используется для распознавания образов.
«Кисть Мори» является значительным приближением автомата к кисти человеческой руки; с ее помощью могут быть автоматизированы работы, выполнение которых требует ловкости и точности человеческих рук. Важно то, что искусственная кисть руки может как угодно ориентировать объект манипулирования
в данной точке простран
ства без перемещения остальных частей руки. Типичным примером таких действий кисти может служить вращение предмета
путем последовательной смены положения трех захватывающих пальцев, противостоящих большому.
Для опознания образов или получения информации о внешнем мире в разработках Эрнста и Мори была использована информация, получаемая в основном, посредством осязания. Действительно, датчики позволяли обнаружить лишь факт соприкосновения с объектом манипуляций и величину прикладываемого при этом усилия. Для поиска предмета с целью его захвата применен только один метод — сканирующие движения руки (кисти) в предполагаемой области нахождения предмета.
На этом же принципе работает искусственная рука АМ-1 (рис. 227), созданная японскими учеными.
Система включает собственно руку с комплектом датчиков, имитирующих органы чувств, и управляющее устройство, основным блоком которого является так называем*访《логический тренер» (блок Т-3000 фирмы «Мицубиси»).
Искусственная рука имеет пять степеней свободы, необходи
мых для изменения ее положения в пространстве по трем направлениям (R, 0, Z) и обеспечивающих сгибание — разгибание и смыкание — размыкание пальцев. Перемещение руки и ее элементов осуществляется серводвигателями, работающими независимо друг от друга. Измерение перемещений руки по направле-
Рис. 227. Конструктивная схема искусственной руки АМ-1
ниям R, в и Z производится с помощью потенциометров, а реакция по направлениям R н ® измеряется с помощью резисторных тензодатчиков.
Искусственная рука АМ-1 обладает чувством осязания, реализуемым посредством специальных выключателей, установленных с внутренней стороны датчиков (величина прикладываемого усилия оценивается с помощью резисторных тензодатчиков). Путем передачи информации от датчиков по цепи обратной связи система управления позволяет производить с предметами соответствующие действия; каждой основной операции в системе соответствует определенная логическая схема (при программиоо- вании следует задавать лишь последовательность основных спе- раций и координаты начала отсчета).
Система управления рукой построена по схеме, включающей:
логические элементы, необходимые для проведения основных операнд访 осуществления пяти движений;
селектор выбора логических схем проведения основных операций программы;
устройство, управляющее последовательностью операций. Приняв сигнал о завершении очередной основной операции, это устройство вырабатывает сигнал перехода к следующему этапу программы;
селектор начала отсчета (для задания начала отсчета предусмотрено по четыре потенциометра для каждой из трех степеней свободы R, ® и 2). Селектор в соответствии с программой переводит в -нужное положение переключатели начала отсчета;
блок выбора сервоусилителя и переключений.
Каждая основная операция руки АМ-1 выполняется по специ- ально访 подпрограмме. Таким образом, для выполнения рукой ро- 370
бота тех или иных движений задается программа, содержащая в нужной последовательности подпрограммы (команды) основных операций.
Команды записываются в строку в виде семи разрядов цифр: f, т, г.
В трех первых разрядах (f, т, п) указывается вид основной операции, в четырех последних задаются положения потенциометров, определяющих необходимые точки начала отсчета.
В табл. 11 приведен пример записи программы (на выполнение всех операций требуется 10 с.).
Таблица 11
Пример записи программы работы искусственной руки АМ-1
Порядковый № операции
Разряд цифр
Содержание ком анды
6
7
0 10 0 10 1
00.10 1
01110
0 10 10 10
10111
100
000
Перемещение
Поиск и захват штифта
Извлечение штифта
Перемещение
Поиск отверстия и введение в него штифта
Освобождение штифта
Конец
В настоящее время ведутся интенсивные конструкторские разработки с целью создания рук, подобных рукам Эрнста, Мори и руке АМ-1. Эти устройства предполагается использовать для автоматизации производственных процессов.
РОБОТЫ СТЭНФОРДСКОГО
* ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
И СТЕНФОРДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (США)
Специалистами Стенфордского исследовательского института (США) разработан робот-тележка (рис. 228), имеющий независимый колесный привод и управляемый мощной вычисли- тельно访 машиной, при этом решалась задача создания системы, обладающей высокими информационными возможностями, достаточными для обеспечения автономного движения робота.
Тележка приводится в движение двумя шаговыми двигателями /, которые имеют независимые приводы к колесам 2 на каждой стороне тележки. На вращающейся головке тележки установлены телевизионная камера 8 и оптический дальномер 6. На тележке находится блок управления, распределяющий команды, поступающие от вычислительной машины, к устройствам, которые реализуют соответствующие действия. Кроме двигателей /
Рис. 228. Робот-тележка Стенфордского исследовательского института:
J — приводной двигатель; 2 — основное колесо; 3 — детектор соударения; 4 — блок управления камерой; 5 — бортовое устройство логической обработки информации； 6 ——дальномер; 7 — антенна; 8 — телекамера; 9 — управляемое колесо
имеются также двигатели для управления фокусным расстоянием объектива камеры 8, его диафрагмой, а также углом поворота головки. Вычислительная машина используется для выработки логических решений поведения, управления исполнительными механизмами и для запроса информации различных датчиков на тележке. По периметру тележки прикреплено несколько 《усов》 тактильного сенсорного устройства. Это устройство дает
возможность получать информацию о столкновении с каким- либо препятствием. Команды от вычислительной машины SDS-940 к тележке и информация от тележки в машину посы
лаются по двум специальным радиоканалам, один из которых предназначен для широкополосной телеметрической информации, другой ——для передачи телевизионной информации от тележки в вычислительную машину.
Большинство функций, выполняемых роботом, можно сгруппировать в три класса: 1—решение задач; 2 — моделирование; 3 — восприятие.
Сенсорные системы используются для получения информации о внешней среде. Наиболее важной сенсорной системой, несомненно, является зрительная, так как она позволяет непосредственно воспринимать достаточно большую информацию о внешней среде, не получаемую в результате тактильного контакта.
Этот робот пока безрукий. С окружающей средой он взаимодействует только своим буфером, однако этот робот вполне можно отнести к роботам третьего поколения. Робот может не только обойти незнакомую территорию, но и сдвинуть определенные предметы своим буфером в заданное место. Роботом решалась и более сложная, двухступенчатая ( с логической точки зрения) задача, состоящая в следующем. Предмет, которм访 робот должен был передвинуть, находился не на полу, а на платформе, по высоте, недоступной для тележки робота. В другом углу комнаты находилась передвижная наклонная плоскость (клин). Робот придвигал наклонную плоскость к платформе, причем предвари-
тельно правильно ее ориентировал, вкатывался по наклонной поверхности вверх на платформу и сталкивал предмет. Затем спускался с платформы по наклонной плоскости, находил предмет, и, толкая его, устанавливал в заданное место.
Робот может не только получать указания в напечатанном виде, но и давать отпечатанные ответы.
Программирование робота можно свести к выдаче обобщенных указаний.
Проводились также исследования стереоскопического видения, которое можно использовать в процессе восприятия и узнавания предметов. В будущем планируется обучить робот различать цвет.
В Стенфордском институте исследователями было создано устройство, которое распознает речевые сообщения, состоящие из комбинаций предварительно «заученных» терминов. Создана также система《глаз——рука》，которая «видит» рассыпанные по столу кубики и в соответствии с программой манипулирует ими.
Основные компоненты этой системы показаны на рис. 229. Центральный блок системы — работающая в режиме разделения времени вычислительная машина PDP-6 с оперативной памятью в 131 тыс. слов по 36 бит в каждом и с диском на 11 млн. слов. Внешнее запоминающее устройство / на дисках обеспечивает доступ к информации со скоростью 24 млн. бит в секунду и допускает как постоянное хранение, так и обмен.
р х V4 乃 % 方 ^^ F77 2 ■ 3 \ 15 / 1617
~i ^ IП^1应T碎
Рис. 229. Блок-схема устройства «глаз — рука»:
/ ——внешнее запоминающее устройство; 2 — быстродействующий преобразователь «аналог-код» ；3 — модифицированное печатающее устройство； 4 — диссектор； 5 — телевизионная камера «Видикон» ； 6 — теревизионный приемник； 7 —— трансмиттер; 8 —— рука; 9 — гидравлическое приводное устройство руки;而—электрическое управляющее устройство руки; // — звуковая система (четыре канала); 12 — устройство предварительной обработки речи； 13 ——преобразователь (код — аналог»; 14 ——мультиплексный преобразователь «аналог—код»; 15 — блок управления устройства ввода— вывода; /6 — устройство управления дисплеем； J7 — сканирующий телетайп (печатающее устройство); /8 — построчная печать, 128 знаков, 300 строк/мнн； 19 ——управляющий процессор ЭВМ «PDP-б»； 20 — накопитель 2-2-105 бнт/с； 2/ ——магнитофоны; 22 ——печатающее устройство контроля данных； 23 — лента ЭВМ; 24 — оперативное запоминающее устройство
Для общих служебных нужд в системе предусмотрено несколько местных н дистанционных телетайпов и индикаторов на ЭЛТ, печатающее устройство, графопостроитель и магнитофоны.
Зрительный вход системы обеспечивается телевизионной камерой 5 «Видикон».
Звуковой сигнал подается в систему через преобразователь 《аналог——код», связанный с PDP-6. Блок-схема обработки речевых собщений представлена на рис. 230.
Сигнал, поступающий от пьезоэлектрического микрофона, усиливается и фильтруется тремя полосовыми частотными фильтрами. В каждой полосе частот с помощью аналоговых средств измеряются максимальная амплитуда и число нулевых точек сигнала. Информация накопительной системы считывается, преобразуется преобразователем «аналог—код» и кодируется (16 бит каждые 10 мс). В последующие 10 мс накопитель возвращается в исходное положение.
В первом варианте рука была сконструирована электрической, она имела шесть степеней свободы, что позволяло ей в пределах пространственной досягаемости занимать произвольные положения и ориентацию, а также сжимать и разжимать пальцы. Движение осуществлялось с помощью небольших двигателей с редукторами. При небольшой нагрузке они обеспечивали ско-
А3А3Пикоёый детекторПикоёый детекторСчетчик. 〃夕〃 г仍* точекСчетчик. 〃夕〃 г仍* точекПико8/ий детекторСчет ник ну/тебых точекПико8/ий детекторСчет ник ну/тебых точек怜怜Счетчик пулЕбых точекСчетчик пулЕбых точекПикоёый детекторПикоёый детекторWAN上WAN上UMtiy/fbBbl £切勿аUMtiy/fbBbl £切勿аgol/d 匸ax qEEDhfyymugol/d 匸ax qEEDhfyymugunqNEnhsgunqNEnhsnptoS- развби- к тель „аналог -код"nptoS- развби- к тель „аналог -код"
А
3
А
3
Пикоёый детектор
Пикоёый детектор
Счетчик. 〃夕〃 г仍* точек
Счетчик. 〃夕〃 г仍* точек
Пико8/ий детектор
Счет ник ну/тебых точек
Пико8/ий детектор
Счет ник ну/тебых точек
怜
怜
Счетчик пулЕбых точек
Счетчик пулЕбых точек
Пикоёый детектор
Пикоёый детектор
WAN上
WAN上
UMtiy/fbBbl £切勿а
UMtiy/fbBbl £切勿а
gol/d 匸ax qEEDhfyymu
gol/d 匸ax qEEDhfyymu
gunqNEnhs
gunqNEnhs
nptoS- развби- к тель „аналог -код"
nptoS- развби- к тель „аналог -код"
44
4
4
Рис. 230. Блок-схема устройства предварительной обработки речевых сообщений (для системы «глаз рука»)
374
ВычислатитьновВычислатитьнов~1~1Вычерчивание Крит 8ой по точкам и преобразование ко- ординатВычерчивание Крит 8ой по точкам и преобразование ко- ординатКоордина- RpuBqmКоордина- RpuBqmПоложениеПоложение你勿gz"0幺你勿gz"0幺иориенгпа.-иориенгпа.-бикабикащ^Г而*uklщ^Г而*uklВыбор тршто-1 рии руки,расчс11 у?ла6 для сош- нений руки.Выбор тршто-1 рии руки,расчс11 у?ла6 для сош- нений руки.Точки ре^ер куликаТочки ре^ер куликаКомары на уг-тин毗у у2нв6爲%гм例"尸ру~киКомары на уг-тин毗у у2нв6爲%гм例"尸ру~киВыдс/гение & нросле- жи8апи£ рс^срВыдс/гение & нросле- жи8апи£ рс^срКодированное изображениеКодированное изображениеУправление 38ижелиямиУправление 38ижелиями/Команды на. перемещение руки/Команды на. перемещение рукиПрограмма цп- рабления дои- ж^ихми рукиПрограмма цп- рабления дои- ж^ихми рукиКод положКод полож〃9 /夕/Г"〃9 /夕/Г"Прео^разоёательаналог-код11Прео^разоёательаналог-код11Яналогоёая 〃“- формация о положении рукиЯналогоёая 〃“- формация о положении рукиЛрсо^разоёатель “ аналог-кодиЛрсо^разоёатель “ аналог-кодиВиЗеосигналВиЗеосигналТВ-кам1^^ 珀ТВ-кам1^^ 珀ЗлгктроприШ рукиЗлгктроприШ рукиИмпульсы постоянного тока.Импульсы постоянного тока.
Вычислатитьнов
Вычислатитьнов
~1
~1
Вычерчивание Крит 8ой по точкам и преобразование ко- ординат
Вычерчивание Крит 8ой по точкам и преобразование ко- ординат
Координа- RpuBqm
Координа- RpuBqm
Положение
Положение
你勿gz"0幺
你勿gz"0幺
иориенгпа.-
иориенгпа.-
бика
бика
щ^Г而*ukl
щ^Г而*ukl
Выбор тршто-1 рии руки,расчс11 у?ла6 для сош- нений руки.
Выбор тршто-1 рии руки,расчс11 у?ла6 для сош- нений руки.
Точки ре^ер кулика
Точки ре^ер кулика
Комары на уг-тин毗у у2нв6爲%гм例"尸ру~ки
Комары на уг-тин毗у у2нв6爲%гм例"尸ру~ки
Выдс/гение & нросле- жи8апи£ рс^ср
Выдс/гение & нросле- жи8апи£ рс^ср
Кодированное изображение
Кодированное изображение
Управление 38ижелиями
Управление 38ижелиями
/Команды на. перемещение руки
/Команды на. перемещение руки
Программа цп- рабления дои- ж^ихми руки
Программа цп- рабления дои- ж^ихми руки
Код полож
Код полож
〃9 /夕/Г"
〃9 /夕/Г"
Прео^разоёательаналог-код11
Прео^разоёательаналог-код11
Яналогоёая 〃“- формация о положении руки
Яналогоёая 〃“- формация о положении руки
Лрсо^разоёатель “ аналог-коди
Лрсо^разоёатель “ аналог-коди
ВиЗеосигнал
ВиЗеосигнал
ТВ-кам1^^ 珀
ТВ-кам1^^ 珀
ЗлгктроприШ руки
ЗлгктроприШ руки
Импульсы постоянного тока.
Импульсы постоянного тока.
Рис. 231. Схема системы «глаз—рука», предназначенная для сооружения «домиков» из кубиков
рость вращения в суставе 4——6 радиан/мин. Предусмотрена обратная связь потенциометрами, расположенными в каждом из шести суставов. Рука имела схват с двумя пальцами, размером с человеческую кисть.
Максимальный внутренний размер открытого схвата 6,4 см, максимальный радиус досягаемости руки — около 70 см, масса поднимаемых предметов — около 7 кг. Двигатели привода питались импульсным 'напряжением 16 В. Ширина и повторяемость импульсов задавались программой.
В дальнейшем была создана искусственная рука с гидравлическим приводом, которая действует точнее и быстрее, а движения ее более плавны.
В Стенфорде была создана еще одна система《глаз—рука》, предназначенная для построения《домиков» из кубиков под зрительным контролем. Функциональная схема этой системы изображена на рис. 231.
Рассматривалась проблема построения лазерной системы, которая позволила бы получать изображения предметов в трех измерениях.
В области зрительного восприятия ведутся исследования по распознаванию изображений лиц и людей.
В Стенфордском институте разработана программа, которая позволяет узнавать предметы по телевизионному изображению и определять их размеры. Программа используется для регулировки параметров телевизионной камеры с тем, чтобы получить наиболее четкое изображение предмета. Если в процессе слежения теряется контур предмета, эвристический алгоритм анализирует причины, настраивает камеру и корректирует программу так, чтобы вновь обнаружить контур в точке срыва. Разработан метод автоматического отыскания нескольких трехмерных предметов по их изображению, причем для каждой процедуры распознавания дается оценка ее надежности.
Для стенфордской системы 《глаз ——рука》разработаны особый язык программирования (SAIL) и система разделения времени, чтобы обеспечить распределение необходимых данных и управление решением нескольких задач.
Работы по созданию робота, который сам планирует свои действия и действует в незнакомой обстановке в соответствии с этим планом под самоконтролем, ведутся не только в Стенфордском институте, но и в ряде других научных учреждений Америки, Европы и Японии.
РАБОТЫ ЯПОНСКОЙ ФИРМЫ «ХИТАЧИ» ПО СОЗДАНИЮ РОБОТА-СБОРЩИКА
Фирмой《Хитачи» разработана новая конструкция робота 《HIVIP》(«Хитачи Визуал имейдж просесинг робот») (рис. 232) или《Марк-I》，который с помощью вычислительной машины может распознавать различные объемные предметы, имеющие до девяти граней, -и производить сборку по чертежу. Схема работы робота показана на рис. 233.
Робот состоит из трех главных систем:《глаз»,《мозг》и «рука».
Робот снабжен двумя телекамерами / и исполнительным механизмом 8, которые связаны с ЭВМ управления 6. Стандартные телевизионные камеры / модели《Видикон» выполняют функцию глаз робота. Одна камера / исследует сборочный чертеж, кото- 376
Рис. 232. Робот «Марк-I》，выполняющий сборочные работы по чертежу
Рис. 233. Основные узлы системы управления роботов «Марк-1»:
/ — телевнзноииая камера; 2, 3, 4 — проекции сборочного чертежа узла; 5 — управляющее устройство; 6 — ЭВМ; 7 — блок ручного управления; 8 — рука робота; 9 — собираемые предметы
рый, как обычно, должен содержать три проекции узла: вид спереди 3, сбоку 2, и в плане 4. Вторая камера / исследует и анализирует подлежащие сборке детали 9* Процесс сборки начинается с передачи принятого первой камерой изображения в специальное устройство 5, разработанное фирмой «Хитачи» и называемое «визуальным управляющим устройством» ——VCD. Оно состоит из блока переработки изображения, аналого-цифрового преобразователя и промежуточного запоминающего устройства. Принятое изображение преобразуется в цифровую информацию и передается в стандартную ЭВМ 6, затем автоматически включается в работу вторая телекамера /.
Изображение предназначенных для сборки деталей 9 также передается в устройство 5, где эта информация обрабатывается поеледовательно в несколько этапов. На первом этапе производится распознавание только внешних контуров (в одной плоскости) сразу всех деталей. Аналогом результатов обработки информации на первом этапе может служить изображение белых предметов без каких-либо теней на черном фоне. На втором этапе происходит разделение принятой общей картины на отдельные детали с присвоением каждой детали собственного номера. Третий этап заключается в поеледовательном анализе геометрической формы каждой детали в зависимости от границ яркости отраженного света. Хотя, как правило, четких границ не получается, пятикратное повторение этого анализа позволяет ЭВМ 6 сделать правильные выводы о размере и форме распознаваемого предмета. После завершения последнего этапа ЭВМ определяет точное положение каждой детали в сборочном узле и дает разрешение начать сборку.
Система управления роботом, получающая информацию от ЭВМ, состоит из обычных элементов: нескольких цифровых регистров, детектора ошибки, датчика положения и т. д. Привод перемещения руки робота 8 в семи различных направлениях осуществляется с помощью двигателей постоянного тока с тиристорным управлением. В исполнительном устройстве используются сервомеханизмы и блок управления, обеспечивающие семь степеней свободы; линейное перемещение по трем взаимно перпендикулярным осям, вращение вокруг каждой оси 'и захват.
В созданном комплексе была использована ЭВМ модели《Хи- так-7240». Для распознавания предметов в течение одной минуты и дальнейшего управления процессом сборки были разработаны три подпрограммы, хранение которых занимает объем памяти машины на 3000 слов. ЭВМ «Хитак-7250» имеет запоминающее устройство на магнитных сердечниках, имеющее объем памяти 32768 слов, и магнитный барабан с объемом памяти 384000 слов. Телекамеры робота работают с частотой 60 кадров в секунду, развертывая 240 строк на кадр. Каждая строка состоит из 320 элементов, что составляет 76800 элементов в одном кадре. Каждый элемент кодируется в виде пятиразрядного числа, обеспечивающего воспроизведение 32 уровней яркости.
Средства программирования робота обеспечивают три уровня точности. Сначала сканируется все поле обзора для определения наличия или отсутствия узла и его положения. При дальнейшем наблюдении ЭВМ произвольно выбирает точку контура, в которой изображение разделяется по двум уровням яркости, что обеспечивает распознавание линий на чертеже. При отсутствии на чертеже штрих-пунктирных линий ЭВМ обеспечивает устойчивую обработку информации.
Робот может выполнять упрощенные операции с пятнадцатью деталями. Наиболее сложная из них, которая различалась систе-
мой, представляла собой прямоугольную деталь с девятью поверхностями и прямой канавкой. Рука робота способна удерживать детали с силой до 1 кгс и устанавливать их в заданное положение с точностью до 3 мм.
Разработка робота, стоимость которого составляет 56 тыс. долл., не включая стоимость ЭВМ, проводилась в течение года группой инженеров в составе десяти человек. По мнению руководителя группы, разработка этого комплекса является первым шагом на пути создания более совершенных роботов, умеющих выполнять сложные задачи по сборке и контролю изделий. По прогнозам японских специалистов «интеллектуальные» роботы-сборщики (более сложные и совершенные, чем робот «Марк-I») появятся на рынке не ранее 1980 г.
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК
В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОВ
Проведенные за последние годы рядом научно-исследовательских и конструкторских организаций в различных отраслях народного хозяйства теоретические, экспериментальные и опытно-конструкторские работы показывают, что во многих технологических процессах машиностроительного производства в нашей стране могут эффективно применяться роботы, которые позволяют осуществлять автоматизацию практически всех технологических процессов.
Уже*не вызывает сомнения то, что использование промышленных роботов не только повысит уровень автоматизации в машиностроении, но и позволит эффективней использовать оборудование и на этой основе значительно увеличить производительность труда и сократить численность рабочих.
Предварительные расчеты показывают, что внедрение 4―4,5 тыс. роботов позволит высвободить 10—12 тысяч рабочих-операторов и обслуживающего персонала. Применение роботов решает проблему обеспечения кадрами на тяжелых и вредных операциях.
Однако работы по созданию и применению промышленных роботов в нашей стране находятся еще в начальной стадии, поэтому предстоит выполнить большой объем исследований и разработок.
Наряду с созданием универсальных роботов необходимо наладить производство роботов специального назначения для автоматизации: гальванических и окрасочных работ, литейного производства, сварочных процессов, подъемно-транспортных и складских работ. Кроме того, следует разрабатывать упрощенные модели роботов и механических рук для выполнения неслож-
ных операций обслуживания металлорежущих станков и прессов.
Необходимо продолжать дальнейшее изучение и исследование производственных циклов предприятий различных отраслей с крупносерийным, серийным и мелкосерийным выпуском продукции для определения рациональных областей применения ообо- тов и установления функциональных и технических требований к ним.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы предполагается развивать в двух направлениях, первое из которых связано с совершенствованием роботов первого поколения, а второе — с созданием «интеллектуальных» роботов.
Первое направление включает следующие работы:
лабораторные и производственные исследования роботов уже существующих конструкций, а также разрабатываемых вновь по мере завершения работ по изготовлению экспериментальных и опытных образцов для повышения надежности, точности, быстродействия роботов, а также упрощения их эксплуатации и ремонта, без чего невозможно успешное внедрение роботов первого поколения;
определение рациональных размерных рядов конструктивных параметров роботов в целях разработки конструктивных схем, обеспечивающих расширение их технологических возможностей, расширение зоны обслуживания и увеличение рабочих ходов;
создание различного типа систем программного управления из унифицированных блоков, в том числе агрегатированных систем, предусматривающих возможность записи программы в режимах обучения, ввода программы от внешнего носителя и управления от ЭЦВМ для дальнейшего повышения эффективности роботов, исследование систем связи робота с управляющей ЭЦВМ;
разработка систем комплексной автоматизации производства с использованием роботов, а также методики управления группой роботов первого поколения и технологического оборудования от единой ЭВМ; исследование надежности этих систем.
Возникнет много проблем, когда придется координировать действия нескольких роботов. Какие задачи они будут выполнять? Какой язык общения между роботами наиболее эффективен? Следует ли применять роботы-контролеры работы других роботов и т. д.;
разработка принципов построения и теории комплексных систем цифрового управления, предназначенных для решения задачи комплексной автоматизации технологических процессов, обеспечивающих гибкость и легкую перенялаживаемость вместе с высокой устойчивостью и точностью систем;
разработка элементов систем управления и приводных устройств с большим ресурсом, в том числе малогабаритной пу-
380
скорегулирующей аппаратуры, высокостабильных электрогидрав- лических преобразователей для позиционных систем с ЧПУ, малогабаритных датчиков обратной связи повышенной точности (кодовых, фазовых, потенциометрических и т. п.), малогабаритных электродвигателей, сигнализаторов и др., усовершенствованных запоминающих устройств (типа комплектных магнитных лент, дисков, барабанов и т. д.);
создание универсальных, компактных и быстросъемных исполнительных органов и схватов, а также гаммы унифицированных узлов для построения роботов различного назначения;
создание унифицированных мало- и многопрограммных систем управления, включая системы управления на струйных и интегральных элементах;
совершенствование языка общения человека с роботом.
Исследование и поиск новых принципов обучения роботов, имеющих не только позиционные и контурные системы ЧПУ, но и смешанные позиционно-контурные системы;
разработка терминологии, основных определений и основ ■стандартизации роботов.
Второе направление научных исследований по роботам предусматривает повышение их функциональных возможностей, а также создание «интеллектуальных» роботов.
Современные промышленные роботы по отношению к внешней среде, объектам манипулирования являются так называемыми разомкнутыми системами. Они работают по жесткой программе и могут правильно функционировать лишь при условии, что производственный процесс организован достаточно хорошо и не претерпевает никаких случайных изменений. Другими словами, считается, нто заготовки и изделия всегда занимают заданные положения и заданным образом ориентированы в пространстве, в рабочей зоне не может возникать неожиданных препятствий и т. д.
Обеспечение такой высокой организации рабочего места робота связано с дополнительными затратами на разработку и создание соответствующей оснастки и требует постоянного наблюдения за работой робота.
Повышение и расширение функциональных свойств роботов может значительно снизить эти затраты и расширить область применения роботов в результате сообщения им адаптивных ■ свойств и расширения памяти. Это возможно лишь в том случае, если роботом будет управлять ЭВМ.
Значительно расширит функциональные свойства роботов использование супервизорного управления, при котором часть информации об окружающей среде будет сообщаться роботу оператором.
В экспериментальных образцах «интеллектуальных» роботов устройства, опознающие цвета с помощью ЭВМ, оценивают цвет предмета за 0,06 с. Распознавание формы производится путем использования процесса так называемого пространственного
дифференцирования, в результате которого в памяти ЭВМ фиксируются только зона с бесконечными разрывами освещенности. Специальные навигационные системы и дальномеры обеспечивают роботу «чувства» ориентации и дистанции.
Попытки моделирования и искусственного воспроизведения таких свойств человеческого разума, как умение планировать и прогнозировать, владение методами решения творческих задач,, находятся пока в самом зачаточном состоянии.
Повышение функциональных свойств роботов требуют широкого развертывания следующих научно-исследовательских ра- бот:
разработка принципов построения и создание систем управления, обеспечивающих захват, перенос и установку неориен* тированных деталей, выполнение операций сборки и монтажа непосредственно по чертежу, а также выполнение команд, отдаваемых голосом, включая создание систем, «понимающих» речь.
Научно-исследовательскими организациями уже начата и ведется разработка теории и принципов построения систем искусственного очувствления роботов, таких как искусственные ося- зание, зрение, слух, систем реагирующих и регистрирующих изменения усилий, освещенности, окраски, изменения звуков и т. п. Полученная роботом от органов «чувств» информация должна кодироваться для последующей ее обработки управляющей ЭВМ.
Все это потребует создания самых разнообразных датчиков распознавания и дифференциации цветов и звуков, а в некоторых случаях и датчиков-анализаторов химического состава газов, жидкостей, а также датчиков для определения свойств твердых тел: температуры, шероховатости и т. п.;
разработка алгоритмов распознавания образцов, адаптации, принятия решений и программ, использующих оптимальным образом информацию, собранную роботом в процессе его движений для выполнения заданных операций.
Исследование принципов и систем эвристического программирования является одной из важнейших научных задач ближайшего будущего, так как от роботов потребуется самоорганизация на случай отсутствия контакта с оператором. Потребуется исследование оптимальных связей (в том числе обратных) при обуче* нии робота новым и специальным задачам.
Необходимо исследовать пути одновременного решения нескольких противоречивых задач. Например, робот должен определить, может ли он обойтись для решения какой-либо задачи органами осязания, если органы зрения у него заняты решением другой задачи.
Робот должен планировать последовательность действий во* времени и уметь выбирать последовательность действий по степени их важности;
разработка макетов и экспериментальных образцов очувствленных роботов, чтобы изучить особенности их «поведения» в
условиях реальной среды для выявления технических условий и требований к параметрам систем очувствления, таким как разрешающая способность, быстродействие, чувствительность и др.
Можно назвать еще много вопросов, связанных с созданием роботов, которые требуют исследований, например, исследования мозга и моделирование высшей нервной деятельности человека, выполняющего производственные операции разной сложности.
Недостаточность контакта нынешних роботов с окружающей средой является большим сдерживающим фактором, препятствующим более широкому распространению их в промышленности. Поэтому можно предположить, что создание и внедрение новых роботов будет проходить в постоянной борьбе двух противоположных тенденций: возрастающей стоимости роботов и растущей потребности в них.
Преодоление этого противоречия на современном этапе развития робототехники возможно путем использования мини-компьютеров для логического управления группой роботов, которые обладают свойствами адаптации по отношению к внешней среде.
Некоторые зарубежные ученые предсказывают большое будущее таким мини-компьютерам.
Важной тенденцией современного развития робототехники является постоянное увеличение количества моделей применяемых роботов, расширение области их применения, расширение их функциональных способностей и рост выпуска роботов для практического использования на заводах самых различных отраслей промышленности.
Роботы перестали быть научно-технической идеей, уже вышли из стадии экспериментально-поисковых работ и стали объектом серийного производства. Можно предположить, что в ближайшее время производство роботов станет одной из новых отраслей машиностроения.
В США начальный период развития роботостроения, характеризующийся медленным ростом потребности в промышленных роботах, зайял почти 10 лет. На протяжении этого периода отрабатывались конструкции роботов, шла работа по их внедрению и накоплению опыта эксплуатации.
Учитывая, что в настоящее время в Советском Союзе уже построены и применяются первые серийные образцы роботов и что имеется возможность в некоторой мере использовать зарубежный опыт, представляется возможным сократить начальный период до 3—4 лет.
В настоящее время существуют разные точки зрения на перспективы применения роботов. Некоторые американские специалисты, например, отдают предпочтение полностью автоматизированным технологическим линиям со встроенными транспортными и погрузочно-разгрузочными устройствами, являющимися мономашинами. При этом опасаются, что полимашинное
выполнение производственных операций, а именно таким является производство с использованием автономно действующих роботов, может оказаться недостаточно надежным и экономически невыгодным.
Английские специалисты в отличие от американских считают весьма эффективным применение универсальных роботов типа «Юнимейт», «Версатран» и «Аутобот» в комплекте с самым различным технологическим оборудованием для разных операций.
В СССР и за границей роботы применяют не только в мелкосерийном и серийном производствах, но также и в крупносерийном и массовом производствах, например в автомобилестроении.
Для обслуживания сравнительно простых технологических операций с малым количеством переходов перспективно применение недорогих роботов упрощенной конструкции с малым числом степеней свободы рабочего органа типа ПР-ЮС и ПР-10И, в то время как на сложных технологических операциях целесообразно использовать робот УМ-1 и ему подобные, имеющие шесть и больше степеней свободы.
Вид робота для той или иной работы определяется конструктивными особенностями обслуживаемого оборудования, серийностью выпуска изделий, их габаритами, требуемым темпом работы и целым рядом специальных требований, диктуемых условиями производства.
При определении потребности в промышленных роботах по областям их применения следует учитывать два главных фактора：
возможность обеспечить максимальный коэффициент использования оборудования; 2) условия труда рабочих, для замены которых предполагается использовать робот.
В ближайшее десятилетие в отечественной промышленности будут все шире применяться роботы первого поколения, телеоператоры и простые механические руки. Эти машины позволят избавить большое количество рабочих от вредного, тяжелого и утомительного ручного труда (можно ожидать, что один робот будет высвобождать 1—3 рабочих).
Как уже указывалось, распределение применяемых роботов по видам производств в ближайшее время, видимо, будет выглядеть так: 25% роботов будет применяться при механической и другой металлообработке, 20% роботов будет использоваться в литейных и кузнечных цехах, 10% — в цехах покрытий и упрочнения; 10% ——в сварочном производстве и 35% — в других видах технологии, в том числе на погрузочно-разгрузочных работах на транспорте и в складах.
Большое количество роботов потребуется для операций, связанных с обработкой заготовок и деталей, для которых велико вспомогательное время из-за большой их массы.
Несомненно, что потребность в роботах с каждым годом будет расти, роботы будут использоваться все в новых и новых отраслях народного хозяйства.
Фактическая потребность в роботах будет зависеть от того, насколько быстро будут созданы и освоены новые модели промышленных роботов, наилучшим образом отвечающие всем (часто противоречивым) требованиям кх применения.
Оснащение машиностроительных отраслей промышленности отечественными роботами проводится на основе типажа (табл. 12), созданию которого предшествовал анализ условий производства в разных отраслях, а также анализ всех тяжелых, вредных для здоровья, монотонных и трудоемких технологических процессов.
При разработке типажа учитывался ряд основных требований к роботам, которые были определены в результате анализа технологического содержания и особенностей автоматизируемых с применением роботов производственных процессов. При разработке типажа в первую очередь обращалось внимание на следующие пять основных признаков типизации:
функциональное назначение робота. В типаж наряду суни- версальными включены также специализированные и специальные роботы. Требования специализации определяются либо конкретными условиями, в которых выполняется технологический процесс, либо требованиями рационального использования технологического оборудования;
грузоподъемность роботов, которая диктуется их функциональным назначением и должна охватывать широкий диапазон поднимаемых грузов;
число степеней свободы. Кинематическая структура роботов может варьироваться в широких пределах. Наряду с роботами, обладающими большим количеством степеней свободы, найдут применение роботы с простой кинематикой;
тип системы управления. Определяются функциональным назначением роботов. Типажом предусмотрено использование как сравнительно простых по структуре систем, так и обладающих высокой универсальностью, включая связь с ЭВМ;
конструктивное исполнение, хотя в типаже предусмотрены лишь самые общие характеристики конструктивного исполнения роботов.
Изучение условий машиностроительного производства с учетом его мелкосерийности и других специфических особенностей показало, что в ближайшие годы понадобится создать более 40 новых моделей промышленных роботов первого поколения. Эти роботы целесообразно создавать на основе 6—8 базовых моделей с широким использованием унифицированных узлов и блоков, включая унифицированные системы управления.
Вид роботов
р
|^з
о В s
I ST W
Тип системы управления
Конструктивная особенность робота
Универсальные
3—10
6
±0」
Цикловая
Стационарный
15
20
6
±1,5
ЧПУ с обучением
Стационарный
20
7
±0,05
Передвижной
40
6
±0,1
Стационарный
40
7
±0,2
Передвижной
60
7
±1,5
ЧПУ с возможностью уп- равлення от ЭВМ
Подвесной
90
7
±1,5
Подвесной
150
7
±2,0
Подвесной
200
7
土 2,0
Подвесной
Специализированные
1—10
3—4
±0,1
Цикловая
Взрывозащнщен- ный
20
20
3—5
±1,5
ЧПУ с обучением
Термостойкий
20
4
+ 1,5
Пылестойкий
20
6
土 1,5
Взрывозащищенный
20
7
±1,0
Термостойкий
20
7
±1,0
Пылестойкий
20
7
±1,0
Подвесной термостойкий
40
7
±2,0
ЧПУ с возможностью управления от ЭВМ
Подвесной пылестойкий
40
7
士2,0
Подвесной взрывозащищенный
40
7
±2,0
Подвесной термостойкий
60
7
±2,0
Подвесной пылестойкий
60
7
土2,0
Передвижной термостойкий
Специаль- ные
40
3 1 ±2,0
Дистанционная
Манипулятор встроен в оборудование
10
90 1
3 1 ±2,0
150 1
3 1 士 2,0
Таблица 12
Типаж промышленных роботов для машиностроительных отраслей промышленности (предварительный, на 1974—1980 гг.)
На ближайшее пятилетие для производства понадобятся специализированные роботы грузоподъемностью 10, 20, 40 и 60 кг с тремя-семью степенями свободы в самом разном исполнении — термостойком, пылестойком, взрывозащищенном; как стационарные, так и подвесные — всего 45 моделей.
Типаж промышленных роботов (см. табл. 12) является предварительным. В ближайшие 1,5——2 года понадобится разработать новые технологические процессы с использованием роботов, что вызовет изменение типажа.
При определении потребности в промышленных роботах по областям их применения в первую очередь следует учитывать следующие два главных фактора: 1) возможность обеспечить максимальный коэффициент использования технологического оборудования, 2) условия труда рабочих, для замены которых предполагается использовать промышленные роботы.
Наиболее целесообразной представляется организация производства роботов на специализированных заводах с широкой кооперацией в области блоков систем управления, гидроприводов и электрооборудования.
Комплектующие изделия для роботов в ближайшие 5——6 лет будут иметь следующие характеристики:
1) Сервозолотники:
давление, кгс/см2
—70 + 280;
расход, л/мик
—4,5 4- 280:
пропускаемая частота,
Гц
— 45+120;
срок службы, ч
— 5000;
температурная нестабильность в зоне 20 ~5- 90° С
днапа- — 2%;
габаритные размеры,
мм
—100 X 60 X 80;
2) Насосы:
давление, кгс/см2
—140 十 280;
производительность, л/мнн
—70 + 280;
охлаждение
—воздушное илн
дяиое;
температура масла, ℃
—40 4- 70;
срок службы, ч
— 5000;
тонкость фильтрования
рабочей
жидко——5 + 10;
сти, мкм
габаритные размеры,
мм
—800 X 600 X 500：
3) Потенциометры:
номиналы, кОм
—2T'200;
линейность, %
一 ±0,5;
диапазон температур,
℃
— до +60° С
ресурс циклов
—500 000;
—25 X 40:—многооборотные, непроволочные.—фотоэлектрические;—2叱~ до +50；—120 X 120 X 40:—200 двоичных 15-разрядных чисел;— 400;—до +50:—1200:—160 X 350.—25 X 40:—многооборотные, непроволочные.—фотоэлектрические;—2叱~ до +50；—120 X 120 X 40:—200 двоичных 15-разрядных чисел;— 400;—до +50:—1200:—160 X 350.габаритные размеры, мм тип
—25 X 40:
—многооборотные, непроволочные.
—фотоэлектрические;
—2叱
~ до +50；
—120 X 120 X 40:
—200 двоичных 15-разрядных чисел;
— 400;
—до +50:
—1200:
—160 X 350.
—25 X 40:
—многооборотные, непроволочные.
—фотоэлектрические;
—2叱
~ до +50；
—120 X 120 X 40:
—200 двоичных 15-разрядных чисел;
— 400;
—до +50:
—1200:
—160 X 350.
Кодовые датчики:
тип
разрешающая способность диапазон температур, ℃ габаритные размеры, мм
Магнитные барабаны: емкость памяти
скорость вращения, об/мин диапазон температур, сС срок службы, q
.габаритные размеры, мм
Наличие комплектующих изделий с перечисленными характеристиками позволит создать несколько типов конструкций роботов как универсальных, так и специальных, недорогих в изготовлении, простых и удобных в эксплуатации, с гарантированным большим сроком (не менее 8——10 лет) надежной работы.
В настоящее время в нашей стране разработан оправдавший себя на практике порядок создания промышленных роботов, в соответствии с которым вначале разрабатывается конструкция экспериментального образца базовой модели робота, который подвергается всесторонним испытаниям. В экспериментальных лабораториях проводятся силовые и ресурсные испытания этого образца и по их результатам дорабатывается конструкция. После этого изготовляется головная партия (5——20) роботов, которая проходит проверку в производственных условиях. В процессе отработки головной партии окончательно определяются операции, на которых выгодно применять роботы с данными характеристиками, а также отрабатывается и улучшается конструкция базовой модели робота.
Используя опыт эксплуатации головной партии роботов базовой модели, создается гамма роботов различного назначения, конструкция которых в основном повторяет конструкцию базовой модели, и организуется серийное производство и применение роботов.
Следует отметить, что промышленные роботы, как устройства для автоматического воспроизведения движений человеческой руки, в настоящее время выполняют, в основном, транспортные операции — перемещение материалов, заготовок, деталей, а также инструмента или приспособлений.
Являясь логическим результатом развития конструкций транспортных передаточных устройств, промышленный робот становится эффективным элементом комплексной автоматиза-
ции производства. Все средства комплексной автоматизации можно разделить на три большие группы:
автоматические устройства для выполнения основных производственных операций (станки и прессы-автоматы для обработки материалов и изготовления заготовок; автоматы для соединения сваркой, клепкой, пайкой деталей; сборочные автоматы; автоматические устройства для контроля и испытаний; упаковочные машины и т. п.);
автоматические устройства для выполнения вспомогательных операций (загрузочные устройства, транспортные системы для перемещения заготовок и деталей, кантователи, устройства для выема деталей и пр.). Автоматические склады и накопители деталей (заготовок) можно отнести к этой же группе средств автоматизации;
автоматические системы управления (с использованием ЭВМ или без них) всем комплексом средств автоматизации производства.
До последнего времени главное внимание уделялось разработке и производству средств автоматизации первой и третьей групп — создано большое количество металлорежущих станков с ЧПУ, сварочных автоматов и другого автоматического технологического оборудования, созданы и выпускаются управляющие вычислительные машины, совершенные системы ЧПУ новых поколений. 。
В то же время разработке и производству средств второй группы должного внимания не уделяли; этим и объясняется тот факт, что комплексная автоматизация производства даже в высокоразвитых странах все еще не получила нужного размаха, особенно в мелкосерийном и одиночном производствах.
В последнее время положение начинает изменяться, что особенно убедительно показала Первая всемирная выставка станков, проходившая с 17 по 26 июня 1975 года в Париже. На выставке наряду с новейшими станками-автоматами, включая отечественные, были показаны новые системы ЧПУ (например, система CNC 《Конгсберг-2000》)и транспортные системы.
Значительное количество фирм, в том числе фирмы «Микро- техник» (Швейцария); «Бош», «Либхерр» (ФРГ) и «Норда» (Италия), специализируются на производстве транспортных систем — универсальных, специальных, специализированных. На зарубежный рынок технологического оборудования начали поступать транспортные устройства, собираемые из нормализованных узлов. Эти транспортные системы в ряде случаев выпускаются в виде автономных устройств, с помощью которых заготовки (детали) передаются с одной позиции на другую, удаленную от первой на несколько метров (или десятков метров), при этом возможна передача на несколько конечных позиций (с автоматическим адресованием). Такими транспорт-
ными устройствами металлорежущие станки-автоматы (в том числе с ЧПУ) объединяются в автоматические комплексы.
Можно предположить, что в ближайшие годы автономные (в том числе универсальные) системы транспортирования деталей, заготовок и материалов будут оснащены на входе и выходе механическими руками, эти системы будут легко переналаживаться с одной детали на другую (или другие), а их системы управления (в том числе с ЧПУ) будут легко сопрягаться с управляющими машинами различных уровней иерархии. В этом случае компоновка автоматизированных и автоматических производствешых комплексов существенно облегчится.
Современный промышленный робот можно рассматривать как простейшую транспортную систему универсального назначения.
Появление на рынке промышленных роботов первого поколения усилило интерес к простейшим загрузочным устройствам типа станочных механич'еских рук — они достаточно дешевы, просты в эксплуатации, надежны и эффективны. На выставке в Париже экспонировалось большое количество станков, оборудованных загрузочными устройствами — рычажными, портальными, элеваторными, а также загрузочными бункерами с ав томатическим зажимом заготовок в патроне станка или на его столе. В отечественной практике такие устройства, к сожалению, пока еще применяются сравнительно редко, хотя и созданы достаточно эффективные конструкции типа автоматической руки АР-30 грузоподъемностью 30 кг с пневмоприводом для установки деталей на металлорежущие станки и подвесного манипулятора ПМ-ЗОТ такой же грузоподъемности для обслуживания линии ступенчатой изотермической закалки деталей (манипулятор перемещает корзину с деталями на расстояние 15,3 м со скоростью до 1,4 м/с).
Широкое применение простейших манипуляторов и механических рук для оснащения металлорежущих станков, штамповочных прессов, литейных машин, контрольных устройств и различных технологических установок может дать большой экономический и социальный эффект.
Тем не менее механические руки не могут заменить и не заменят промышленные роботы. В этом убеждает опыт создания отечественных и зарубежных автоматизированных производственных систем, управляемых от ЭВМ. Для примера можно сослаться на систему «FANUC-SYSTEM Т-10», разработанную японской фирмой «Футзицу Фанук», которая специализируется на выпуске электронных вычислительных и управляющих машин, а также систем ЧПУ типа NC для управления различными металлорежущими станками, в том числе типа «обрабатывающий центр».
Для механической обработки деталей шаговых приводов (валов, фланцев, корпусов) фирмой создана автоматическая
390
линия из восьми токарных патронных станков с ЧПУ, эксплуатируемая в две смены в течение семи лет на заводе в г. Хино. Эта линия управляется от ЭВМ 23025, позволившей автоматизировать подачу заготовок к станкам, а также установку и съем деталей не только со станков, но и с контрольно-измерительной машины. Обрабатываемые детали на линии транспортируются с помощью промышленного робота «Кавасаки — Юнимейт» модели 2600, модернизированного для этой цели.
Над линией токарных станков на П-образных опорах смонтированы н а пр а в ляющие, по которым перемещается на роликах платформа с установленным на ней роботом.
Следящий шаговый привод платформы имеет жесткую связь с продольной силовой рейкой, которая служит и измерительным элементом при выходе платформы с роботом в заданную координату, отсчет которой производится по кодовому датчику. Робот перемещается вдоль станков линии со скоростью 45 м/мин на расстояние 26,78 м.
Робот имеет девять степеней свободы, грузоподъемность его 15 кг, а точ'ность установки обрабатываемой детали в патроне станка ±0,01 мм. Манипулятор робота снабжен универсальным трехкулачковым схватом, имеющим датчик ориентации и способным брать до 50 различных деталей; время установки и снятия детали со станка 60—80 с. ЭВМ осуществляет непосредственное управление роботом через блок управления FANUC——R, на который возложены функции управления накопителями кругового перемещения у станков, гидравлической системой зажима и разжима деталей на станках, гидравлической системой робота, пневматической системой защитных устройств и захвата деталей рукой робота. “
Линию обслуживает один оператор, который наблюдает за работой станков, устанавливает заготовки в накопители, а также осуществляет коррекцию на смещение инструмента. Загрузка станков линии достигает 90—95%, при этом высвобождено 43 станочника； линия может работать до 20 ч в сутки непрерывно.
Этот пример, также как и примеры линий, изображенных на рис. 212 и 221, показывают сколь эффективно применение роботов в комплексах, управляемых от ЭВМ.
Именно высокой эффективностью роботов объясняется все усиливающийся интерес к ним со стороны станкостроительных фирм.
В Европе в последние годы к выпуску промышленных роботов приступили западногерманские фирмы «Фольке Ваген», «Вот» (робот блочной конструкции MHU 500), «Р. Кауфельдт АБ» («Кауфельдт робот»), «Бахофен А.「》(робот《Roby》)； шведские фирмы «Электролюкс» (роботы MHU SENIOR, MHU JUNIOR), «Экстреме» (робот «Е КОМ АТ»), «Ретаб» (робот «СОАТ-А-МАТ1С») и «ASEA Электронике Дивижн» (роботы
ASEA грузоподъемностью 6 и 60 кг); итальянская фирма «Марин» (робот《Robomatic》с пневмоприводом); французская фирма «Gachot S. А.》(робот L470); швейцарская фирма «Микротрансферт S. А.》(механические руки типа А71 и L.C.200), а также ряд других фирм. '
Постоянно расширяется круг отечественных предприятий, создающих промышленные роботы.
Промышленный робот ——сложная машина-автомат; разработка такой машины не может не опираться на теорию роботов, превратившуюся в комплексное научное направление.
Роботы ближайшего будущего успешно заменят человека на отдельных операциях работы на конвейере и на стыках поточных линий^ в результате чего завершится полная автоматизация некоторых видов производства. Предприятия недалекого будущего—это автоматизированные цехи, обслуживаемые группами роботов с единым центром управления.
В нашей стране роботостроение быстро развивается, уже созданы и создаются высокоэффективные конструкции роботов для массового применения. Пока у нас десятки и сотни роботов, в ближайшее время количество :их резко возрастет, так как ликвидация ручного труда, повышение производительности и рост темпов производства является насущной задачей нашего разви- тия и хозяйственного строительства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Артоболевский И. Н” Кобринский А. Е. Роботы.——«Машиноведение», 1970, № 5, с. 3—11.
Баранова В. С., Игнатьев М. Б. Синтез дифференциальных анализаторов для воспроизведений на многомерных поверхностях,— «Известия АН СССР, отделение «Энергетика и автоматика». 1962, № 5, с. 144—160.
Белянии П. Н. и др. Промышленные роботы зарубежных фирм и их применение. НИАТ, 1973, с. 134.
Бор-Раменский А. Е. и др. Некоторые принципы построения дистанционно-управляемых копирующих манипуляторов.一 В кн.: Механика машин, вып. 7—8. М.,《Наука》，1967, с. 33—42.
Игнатьев М. Б. Голономные автоматические системы. М.— Л., Изд-во АН СССР, 1963, с. 204.
Игнатьев М. В” Кулаков Ф. М., Покровский А. М. Алгоритмы управления роботами-манипуляторами. Л., «Машиностроение», 1972, с. 247.
Игнатьев М. &, Кулаков Ф. М., Покровский А. М. О перспективах создания и использования манипуляторов, управляемых от вычислительных машин.— В кн.: Механика машин, вып. 27—28, М.,《Наука》，1971, с； 45—55.
Игнатьев М. В” Михайлов А. А. Использование естественной избыточности при управлении роботами-манипуляторами.— В кн.: Роботы-манипуляторы для автоматизации вспомогательных работ. Материалы семинара, 25—26 сент. Л：, 1972 (ЛДНТП), с. 31—35.
Интегральные роботы. [Сборник статей.] (Пер. с англ.) Под ред. Г. Е. Поздняка. М., «Мир», 1973, 421 с.
Кобринский А. Е. Вот они — роботы. М.,《Наука», 1972, 176 с.
Н. Кобринский А. Е., Степаненко Ю. А. Некоторые проблемы теории манипуляторов.— В ки.: Механика машин, вып. 7—8, М.,《Наука», 1967, с. 4—22.
Кулешов В. С., Лакота Н. А. Динамика систем управления манипуляторами. М., «Энергия», 1971, 304 с.
Лебедев П. А. Кинематика пространственных механизмов. М.一 Л., «Машиностроение», 1966, 280 с.
Новые типы сборочных автоматов — «ЭИ ВИНИТИ, Сер. Технология и оборудование механосборочного производства», 1970, № 23, реф. 201, с. 8—14.
Опытно-конструкторские разработки н исследования в области промышленных роботов. Под ред. П. Н. Белянина. Труды Института технологии н организации производства № 339, 1973, 65 с.
Охоцимский Д. Е. и др. Моделирование на ЦВМ движения шагающе! о аппарата.— «Известия АН СССР. Сер. Техническая кибернетика», 1972, № 3, с. 47—59.1
Патон Б. Е., Спыну Г. А. Промышленные роботы для сварки.— «Автоматическая сварка», 1972, № 9, с. 1 —9.“
Пол Р. Управление траекторией рукн с помощью вычислительной машины.—В кн.: Интегральные роботы. М.,《Мнр», 1973, с, 326—338.
Построение пневматических дискретных управляющих устройств на базе аппаратуры системы «Цикл». М., 1973. Институт проблем управления. 101 с.
Применение роботов в промышленности.— «Металлорежущие и деревообрабатывающие станки, автоматические линии». 1968, № 3, 18 с. (НИИМАШ).
Применение роботов в промышленности США — ЭИ ВИНИТИ, сер. «Технология и оборудование механосборочного производства», 1971, № 42, реф. 324,с. 3—6.
Разработка органа зрения《разумного» робота — ЭИ ВИНИТИ. Сер- «Приборы и элементы автоматики», 1971, № 14, реф. 53, с. 6——13.
Робот, читающий чертежи и управляющий сборкой изделий.— «Электроника». (Пер. с ант.), 1970, т. 43, № 21, с. 50—51.
Роботостроение в Японии. 1971, НИИИнформтяжмаш. Справочная информация, вып. 28, 7 с.
Роботы-манипуляторы для автоматизации ручных и вспомогательных работ. (Матер, семинара 25—26 сент.). Л., 1972, (ЛДНТП), 105 с.
Розенблат, Автоматы-роботы для выполнения иа заводах грязной работы.—«Электроника», (Пер. с англ.), 1967, т. 40, № 6, с. 63.
Саламандра Б. Л. V Всесоюзный Симпозиум «Теория, принципы устройства и применение роботов и манипуляторов.——«Станки и инструмент», 1974, № 6, с. 44—45.
Синев А. В., Степаненко Ю. А. Определение пространственных положений звеньев механизмов манипулятора.——В кн.： Механика машин, вып. 27 -28, М., «Наука», 1971, с. 166—170.'
Синев А. В” Степаненко Ю. А. Уравнения динамики манипулятора.—— «Машиноведение», 1973, № 3, с. 43—48.
Степаненко Ю, А. Об одном методе анализа динамики стержневых пространственных механизмов.— В кн.: Механика машин, вып. 23—24. М., 《Наука», 1970, с. 97—100.
Суханов М. В. Новые высокопроизводительные манипуляторы с программным управлением «Версатран».— «Автомобильная промышленность», 1971, № 7, с. 38—39.
Юревич Е. И. О задаче создания промышленных роботов для автоматизации производства.——В ки.: Роботы-маиипуляторы для автоматизации ручных работ. (Матер, семинара, 25—26 сент.) Л., 1972. (ЛДНТП), с. 3—7.
Auger R. N. The programmed manipulator problem.— «Automatic Control», 1962, N 4t p. 35—38.
Barnes S. The earning age of robots.— «Machine Design», 1964, vol 36, N 27, p. 150.
Baruhart Ron. Unimation head sees 5000 full—time robots in five years.— «Technology Week», 1967, vol. 20, N 8, p. 38—39.
Chironis N. P. Industrial robots open up new horizont in design.— «Product Engineering», 1970, vol. 41, N 4, p. 82—86, 88.
Dehobertis J. Industrial robots, what they do and how they do it.— «Machinery» (N.Y,), 1966, vol. 73, N 1, p. 103—108.
Dehobertis J. The rise of robots in industrial applications.— «Automatic Machining》，1966, vol. 28, N 1, p. 59—61.
Devol G. C., Martin P. S. Work-Head Automatic Motion Controls. Patent USA, cl. 198—34, N 3.543.910, 1970.
Engelberger J. F. Role of industrial robots in improving production operations.— «Automation», 1964, vol. 11, N 6, p. 62.
Ernst Albert. Entwicklungstendenzen in der Fluidik.— «Olhydraulik und Pneumatik», 1972, Bd. 16, N 10, S. 436—441.
Ernst H. A. MH-1, a Computer Operated Mechanical Hand.— «Proceedings of 1962 Spring Joint Computer Conference», 1963.
Fiber-optic «eyes» extend utility of mechanical robots in industry.— «Product Engineering》，1970, vol. 41, N 10, p. 10в.
First National Symposium on Industrial Robots, April 1 and 2, 1970.— «Mechanical Engineering», 1971, vol. 93, N 8, p. 84.
Cenath Bernd. Automaten als Handlanger.— «VDI—Nachrichten», 1972, Bd. 26, N 25, S. 21—22.
《GKN Unimate》一Robot manipulator.— «Machinery and Production Engineering», 1967, vol. 110, N 2837, p. 720—721.
Handly Robot Fills Many Jobs.— «Iron Age», 1963, N 23, p. 84.
Harrah J. Robots produce die castings better, faster, cheaper «Modern Metals», 1967, vol., 23, N 8, p. 78, 80, 82, 84.
Harrah J. With industrial robots.— «Metal Progress», 1970, vol. 97,
N 2, p. 127.
Hoskins C. The robots are coming.—《Machinery》(N. Y.), 1971, vol. 77, N 10, p. 33—35.
Jamashita T., Mori M. Engineering Approach to Function of Fingers.— 《Report of Institute of Industrial Science», lokyo University, 1963, vol. 13.
Japanese Robot《feels》shape and Position.—《Machinery》(N. Y.), 1972, vol. 78, N 3, p. 11—12.
Japanese Choose Fluidics for Robot.— «Metalworking Production», 1970, N 38, p. 13.
The Increasing Importance of Robot Units.— «Machinery» (L), 1970, vol. 117, N 3024, p. 693.
Industrial Robots — Employees of the Future.一 «Mechanical Engineerings 1970, vol. 92, N 6, p. 86—89.
Industrial robots.— «The Australian manufacturer», 1967, Apr. 22,
p. 51—53.
Industrial robot loads grinding machine.—《Tooling》， 1971, vol. 25, N 11, p. 55.
Industrial Robots Perform Assemdly Line Welding Operation. «Welding Journal», 1971, vol. 50, N 3, p. 178—179.
Industrial Robot «Trans ВМ-100».— «Modern Materials Handling», 1969, N 10, p. 93.
Industrieroboter automatisiert Standard—Schliefmaschine.—«Technische Rundschau》，1962, Bd. 64, N 5, S. 21.
Intelligent Industrial Robot HIVIP MK-1.— «Engineering», 1970, vol. 210, p. 454.
Masayoshi K・，Konel S” Mitsuo Y. On the control of an industrial robot with tactile sensors.— «Transactions of the Society of Instrument and Cantrol Engineers》，1971, vol. 7, N 1, p. 31—38.
Mealey M, Robot studies blueprints then starts assembling product一 «Product Engineering》，1970, vol. 41, N 23, p. 15—16.
Nagata T., Mukaidono M., Muroi R. A method of computer control for an industrial robot with conversational motte.—«Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers», 1970, vol. 6, N 6, p. 88—96.
Programmed robot.— «Electromechanical Design》，1967, vol. 11, N 8, p. 40, 42—43.
Prototype industrial robot with computerized tectile member ——《Look Japan», 1971, vol. 16, N 188, p. 18.
Robots increase productivity.—《Machinery》 (N.Y.), 1971, vol, 77, N 3—4, p. 55—57.
Robots learn to weld.—《Welding Engineer», 1970, vol. 55, N 8, p. 40—41.
Rosenblatt A. Robots handling more jobs on industrial assembly lines.— «Electronics», 1973, vol. 4 6, n 15, p. 93—104.
Simonson R. D. Vereinigte Staaten von Amerika. Roboter. «Schweissen und Schneiden», 1971, Bd. 23, N 8, S. 319—321.
Special Issue on Robot.— «Journal of the Society of Instrumention and Control Engineers», 1968, vol. 7, N 12, p. 837—983.
Taylor. Transiva Transfer Robot Arm.— «Machinery» (L.), 1971, vol. 118, N 3034, p. 28—30.
Thing M. W. The robot age.— «Engineering», 1970, vol. 209, N 5414, p. 128—130.
Toshitano Tezuka. Autohand Industrial Robot.— «Japan Electronic Engineering》，1969, N 29, p. 30—34.
Umetani Y. Current trend and Perspective of Industrial Robots.—《Journal of Japan Society Mechanical Engineers», 1971, vol. 74, N 631, p. 988—993.
Van Nome E. J. Les manipulateurs a programme.— «Machine Moderne», 1972, vol. 65, N 757, p. 49—51.
Versatran industrial robot with adaptive control.— «Machinery and Production Engineering», 1971, vol. 119, N 3077, p. 659.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр,
Предисловие 3
От автора5
Введение 7
Глава /. Общие сведения о роботах11
Основные определения .11
Классификация роботов20
Глава //. Методы расчета динамики исполнительных механизмов робота 29
Глава 〃厶 Разработка, производство и применение промышленных роботов в СССР и зарубежных странах41
Промышленные роботы СССР41
Промышленные роботы США63
Промышленные роботы Японии .87
Промышленные роботы европейскихстран112
Глава IV. Конструктивные схемы и технические характеристики роботов •122
. Кинематические и конструктивные схемы манипуляторов .. 122
Технические возможности роботов135
Компоновка и конструктивные особенности роботов -• 140
Базовые модели роботов и их модификации146
Глава ". Гидравлические и пневматические системы промышленных роботов152
Схемы гидравлических и пневматических приводов .... 152
Агрегаты гидравлических и пневматических систем .，164
Глава У/. Конструкции узлов и агрегатов роботов. 179
Передаточные механизмы исполнительных устройств и датчиков обратной связи 179
Исполнительные двигатели190
Датчики обратной связи192
Направляющие исполнительныхустройств195
Силовое электрооборудование.•.197
Глава V1L Конструкции механизмов схватов роботов199
Общие сведения199
Механические схваты .199
Вакуумные схваты205
Электромагнитные схваты206
Схваты с сенсорными датчиками .207
Схваты с рабочим инструментом207
Глава W/. Системы управления роботов
Классификация систем управления
Цикловые системы управления
Позиционные системы управления
Контурные системы управления
Связь робота с технологическим оборудованием .
Глава IX. Применение промышленных роботов
Основные особенности и принципы построения технологических процессов с применением промышленных роботов .
Литейное производство
Кузнечно-штамповочное производство
Термообработка
Процессы холодного формообразования
Пресслитейное производство при изготовлении деталей из неметаллов
Сварка и пайка .
Механическаи обработка■
Процессы покрытия, покраски и поверхностного упрочнения
Сборочные работы
Операции контроля
Транспортировка, упаковка и складирование
Методика определения эффективности применения роботов
Примеры разработки технологических процессов с использованием роботов
Глава X. Комплексная автоматизация производства на базе применения ЭВМ и промышленных роботов
L Автоматизация технологических линий
Автоматизация участков и цехов
Глава XL Перспективы развития промышленных роботов и роботостроения
L Перспективы создания «интеллектуальных» роботов .
«Рука Эрнста», «кисть Мори》, искусственная рука АМ-1 .
Роботы Стенфордского исследовательского института и Стенфордского университета (США)
Работы японской фирмы 《Хитачи》 по созданию робота-сборщика
Основные направления перспективных исследований и разработок в области промышленных роботов. Перспективы применения роботов
Список литературы
08狠092750545858657481838587909396000209
2 22222 2 22222 22222333
5
3
3
2
3
3 8
2 3
3 3
9
5
3
9 5 1
5 6 7,
3 3 3
3
9 3
3739
Петр Николаевич Белянин
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Редактор издательства 8. Г, ГатагогуХудожник М. М. Занегин
Техн, редактор В. И. ОрешкинаКорректор Л. Е. Хохлова
Сдано в набор 18/IV 1975 г.Подписано к печати 12/IX 1975 гТ-13469
Формат 60 X 90*/i6Бумага № I
Печ. л. 25,0Уч.-изд. л. 25,5
Тираж 10 000Изд. заказ 351Цена I р. 60 к.
Издательство «Машиностроение», 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Экспериментальная типография ВНИИ полиграфииГоскомиздата Совета Министров СССР.Москва, К-51, Цветной бульвар, 30
Тип, заказ 3483
Ji
6П5
Б43
УДК 007.52
Рецензент д-р техн, наук А. Е. Кобринский
Белянин П. Н.
Б43 Промышленные роботы. М., «Машиностроение», 1975. 400 с. с ил.
Книга посвящена новому средству комплексной aвтo^{aтизaцни производства ——промышленным роботам. В ней кратко описаны конструкции отечественных промышленных роботов первого поколения, в том числе первого робота, выпускаемого серийно, а также показаны конструкции лучших зарубежных роботов и приведены их характеристики.
Изложены принципы применения роботов в целях полной автоматизации как отдельных операций, так и технологических линий. В книге дан анализ особенностей построения технологических процессов с использованием роботов и проектирования автоматического технологического оборудования, работающего в общем контуре с роботами. Описаны примеры практического применения роботов и дана оценка эффективности их применения.
Намечены некоторые перспективы развития робототехники.
『31301-54Б 54-75038(01)-75『31301-54Б 54-75038(01)-75Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников, занимающихся вопросами механизации и автоматизации производственных процессов. Кроме того, книга может быть полезна студентам и аспирантам вузов.
『31301-54
Б 54-75
038(01)-75
『31301-54
Б 54-75
038(01)-75
6П5
© Издательство «Машиностроение», 1975 г.