Современные роботы

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3

1.1 Современные роботы 4

1.2 Классификация промышленных роботов 5

2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 10

2.1 Постановка задачи 10

2.2 Структурно-кинематическая схема 11

2.3 Рабочая зона 12

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 19

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Появление механических манипуляторов, а затем систем программирования в т.ч. числового программного управления (ЧПУ) привело к созданию промышленных роботов т.е. программируемых манипуляторов для разнообразных операций.

Первые промышленные роботы начали создавать в середине 50-х годов 20 века в США. В 1954 году американский инженер Дж. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт, т.е. получил патент на робот промышленного назначения. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» является сокращением термина «Universal Automation» (универсальная автоматика).

В 1959 году фирма "Консолидейтед Корпорейшн" (США) опубликовала описание манипулятора с числовым программным управлением (ЧПУ), а в 1960-1961 гг. в американской печати появились первые сообщения о манипуляторах "Transferrobot" и "Eleximan" с ПУ для автоматизации сборочных и других работ. В 1962 году в США были созданы первые в мире промышленные роботы «Юнимейт» ф."Юнимейшн Инкорпорейд" и «Версатран» ф. "АМФ Версатран". Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

Промышленный робот «Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины длялитья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.

Промышленный робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться.  Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и системы управления (позволяющей перепрограммировать в широких пределах движения исполнительных органов манипулятора, их количество и траекторию; а также задать другие количественные и качественные параметры конфигурации робота и оснастки), которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.

Промышленные  роботы могут выполнять основные технологические операции (сварка, окраска, сборка и др.) и вспомогательные  технологические операции (загрузка-выгрузка технологического оборудования, транспортные и др.). При использовании сменной технологической оснастки выполняемые операции могут совмещаться одним роботом.

Промышленные  роботы являются одним из компонентов  автоматизированных производственных систем ( РТК, РТЛ, РТС, РТЯ, ГАП И т.п.), которые пр неизменном уровне качества позволяют увеличить производительность труда в целом.

Экономически  выгодно использование промышленных роботов совместно с другими  средствами автоматизации производства (автоматические линии, участки и  комплексы).

1. ТЕОРИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1. Современные роботы

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и  энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации  неприменимы. Мелкосерийная продукция  имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинство  деталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100 штук, а в Великобритании согласно проведенным  оценкам примерно 75 % всех металлических  деталей выпускалось партиями менее 50 штук.

Роботы еще не обладают многими  важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному  реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к  самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации  системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяются  для выполнения манипуляционных операций, например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке, размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут  оснащаться различными инструментами  для выполнения работ, начиная с  покраски распылением, нанесения клеевых  и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, а также при очищении с помощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот, способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной  замены рабочих «стальными воротничками»  следует помнить, что робот может  заменить только того, кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогут заменить людей  не только на утомительной, повторяющейся  или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалось раньше, требуют  сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что у  многих распространение роботов  вызывает беспокойство в связи с  возможным ростом безработицы .

2. Классификация роботов

Кроме классификации роботов по конфигурации руки широко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностью перемещений. Устройства такого типа, действующие  по принципу «взять-положить», хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем  не менее часто называются роботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлении движения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики, как правило, представлены конечными выключателями, которые могут воспринимать только конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзя перепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть заново переналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью  перемещений могут выполнять  различные задачи или последовательности операций по новой программе. Однако в настоящее время созданы  устройства типа «взять-положить», которые  включают различные жесткие упоры  по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА» установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться по своей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Кроме того, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботам любые манипуляционные устройства типа «взять-положить».

 Роботы со следящей системой  и без нее. Роботы с изменяемой  последовательностью перемещений  должны обладать способностью останавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют два подхода к решению этой задачи. При простейшем техническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как только получен сигнал, что руке требуется занять нужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов (шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление с открытым контуром без обратной связи относительно информации о действительном положении того или иного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсем перестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другое решение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма, эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, которое контроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор, пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящей системой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки  к точке и по сплошной траектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленных роботах, обладают следующей особенностью. У  многих роботов первых поколений  компьютерной памяти хватало для  запоминания лишь дискретных точек  в пространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки между этими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботы с позиционным управлением  еще широко распространены и вполне пригодны для таких работ, например, как точечная сварка. С уменьшением  стоимости запоминающих устройств  появилась возможность увеличить  число запоминаемых точек. Многие изготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютерной памяти можно  хранить очень большое число  дискретных точек.

Для некоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобы рука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы с контурным управлением  в действительности разбивают сплошную траекторию на большое число отдельных  близко расположенных друг от друга  точек. Положения точек записывают во время программирования или вычисляют  при фактическом движении путем  интерполяции, например между двумя  точками для образования прямой линии. Эти роботы можно рассматривать  как естественное развитие систем с  позиционным управлением. Фактически существует «серая зона», в которой  системы многоточечного управления могут аппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота не останавливается  в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого  поколения обычно относят «глухие, немые и слепые роботы», которые  нашли широкое распространение  на предприятиях. Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились  в лабораториях, сейчас можно встретить  и на заводах. Роботы второго поколения  очень похожи на роботы первого поколения. Используют различную сенсорную  информацию об окружающей среде, чтобы  корректировать свое поведение при  выполнении производственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классу в упомянутой ранее  японской классификации роботов). Сенсорные  системы включают устройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущение касания».

Некоторые роботы второго поколения  называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало бы отнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях. Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравым смыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию так называемых интеллектных роботов, которые будут наделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким ; образом, в перспективе станут в какой-то степени обладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационных  признаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делает устройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительно  влиял на действия робота. Но что  значит «значительно»? Более того, даже принятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты  относят к первому поколению  роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочие типы робототехнических  устройств оказываются передвинутыми  на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго  поколения можно будет считать  настоящими роботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.Человечество стремилось создать  механическое  подобие себя задолго дотого, как были начаты первые  работы в этом направлении,   которые в   концеконцов привели в начале 60-х годов к успешному применению промышленныхроботов

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1. Постановка задачи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Роботизированный участок покрытия шоколадом глазированных сырков, где