|
Автоматические роботы, получившие распространение в промышленности, называются промышленными роботами (ПР). ГОСТ 25686—85 дает следующее определение этого понятия. Промышленный робот — это автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства для выполнения в производственном процессе двигательных или управляющих функций.
Промышленные роботы по степени совершенства принято делить на роботы 1, 2 и 3-го поколений. Роботы 1-го поколения имеют жесткую программу (поэтому они еще называются программными роботами) и требуют точного позиционирования деталей, с которыми работают. Большинство применяемых в настоящее время в промышленности роботов относится к 1-му поколению. Они состоят из манипулятора и программных блоков: генератора машинного времени, устройства считывания, устройства ввода и хранения программы. Человек-оператор через панель управления задает режим работы (обучения, автоматический, ручного управления, поцикло-вого исполнения программы), осуществляет пуск и остановку робота. Робот может управлять технологическим оборудованием. Темп исполнения программы определяется генератором машинного времени.
Программные устройства могут иметь различные принципы построения и реализовываться на различной элементной базе. В целом они строятся на аналоговых либо на цифровых принципах. В качестве хранителей программы (элементов памяти) используются штекерные панели, штекерные барабаны, кассеты с магнитной лентой и т.п.
Первоначальная программа действий робота записывается в его память, как правило, с помощью человека. Это называется этапом обучения робота. Различают три метода обучения: 1) с помощью настройки механических устройств типа кулачков, конечных переключателей, барабанов — "обучение по точкам"; 2) с помощью пульта управления, как у станков с ЧПУ, — "обучение с пульта", аналитическое программирование; 3) непосредственно рукой оператора — "обучение показом".
Эта информация запоминается, т.е. хранится в элементах памяти, затем по сигналу пуска воспроизводится, считывается и отрабатывается приводами.
Роботы 2-го поколения представляют более совершенные устройства, в определенной степени приспособленные к изменяющейся внешней обстановке и не требующие точного позиционирования деталей. Их поэтому еще называют адаптивными. Роботы 2-го поколения имеют большое преимущество перед роботами 1-го поколения, так как не требуют разработки дополнительных устройств, обладают необходимой гибкостью. Сфера применения таких роботов значительно шире, чем роботов 1-го поколения.
В настоящее время ведутся интенсивные работы по доводке адаптивных роботов до промышленных образцов.
Функциональная схема управления роботом 2-го поколения включает схему управления роботом 1-го поколения, дополненную элементами адаптации. Блоки адаптации включают датчики процесса и блоки коррекции сигналов управляющих устройств. Средства очувствления адаптивных роботов весьма разнообразны. Сравнительно просто реализуется тактильное очувствление. Тактильные датчики устанавливаются непосредственно на рабочих органах — губках схватов. Применяются также локационные датчики, работа которых основана на различных принципах. Чаще всего они могут работать на небольших расстояниях от предметов. Локационные датчики дают возможность еще до соприкосновения с предметом управлять направлением и скоростью сближения.
В качестве сенсорных устройств могут применяться и любые другие датчики, определяющие температуру, цвет предметов, магнитные и электрические свойства, химический состав и т.п.
Роботы 3-го поколения способны воспринимать окружающую обстановку и в зависимости от нее выбирать способ движения для достижения цели, сформулированной в программе в общем виде. Их называют интегральными или интеллектными. Робот должен уметь строить модели внешней среды на основе информации, получаемой от различных датчиков. Человек по отношению к роботу 3-го поколения выступает уже не как оператор, а как диспетчер (выдает задания, принимает информацию об исполнении).
Термин «поколение» надо понимать лишь как степень развития технических возможностей. Рассматриваемые разновидности роботов не вытесняют друг друга, каждая из них будет существовать наряду с другими при постепенном совершенствовании их элементной базы.
По степени специализации ПР разделяются на специальные, специализированные (целевые) и многоцелевые. Специальным называется робот, предназначенный для выполнения определенных технологических операций или обслуживания конкретной модели технологического оборудования. Специализированные роботы служат для выполнения технологических операций одного вида (сварка, окраска, сборка и т.п.) или для обслуживания определенной группы моделей технологического оборудования (например, группы моделей станков с горизонтальной осью шпинделя). Многоцелевые роботы предназначены для выполнения различных основных и вспомогательных технологических операций. Они конструктивно не зависят от обслуживаемого оборудования и характеризуются разнотипностью совершаемых движений.
По выполняемой функции ПР подразделяются на вспомогательные, технологические и универсальные. Вспомогательные роботы выполняют операции типа "взять—перенести". Технологические роботы используются в качестве производящих или обрабатывающих машин на таких операциях, как гибка, сварка, сборка, окраска, контроль и т.п. Универсальными называются роботы, совмещающие функции вспомогательного и технологического роботов.
Под грузоподъемностью ПР понимается наибольшая масса объектов манипулирования (включая массу рабочего органа), которые могут перемещаться рукой робота при заданных условиях (при максимальной или минимальной скорости, при максимальном вылете руки и т.п.). По грузоподъемности ПР делятся на сверхлегкие (до 1 кг), легкие (до 10 кг), средние (до 200 кг), тяжелые (до 1000 кг), сверхтяжелые (свыше 1000 кг).
Рабочая зона манипулятора — это пространство, в котором находится его рабочий орган при всех возможных положениях манипулятора. Рабочая зона характеризуется объемом. По объему рабочей зоны ПР делятся на микророботы, выполняющие особо точные операции с весьма мелкими деталями (например, при производстве изделий микроэлектроники), мини-роботы для точных операций с мелкими деталями (например, при производстве часовых механизмов), малые роботы, предназначенные, например, для операций холодной штамповки, средние роботы для операций, которые рабочие выполняют стоя, крупногабаритные роботы для выполнения операций, превышающих физические возможности человека, и, наконец, мобильные роботы, перемещающиеся по рельсовому пути, монорельсу или как-нибудь иначе.
По числу степеней подвижности ПР подразделяются на роботы с двумя, тремя, четырьмя степенями подвижности и роботы со степенями подвижности более четырех.
По форме рабочей зоны ПР делятся на прямоугольные, цилиндрические, сферические, ангулярные (антропоморфные) и комбинированные. Это определяется системой координат, с которой совпадает система обобщенных координат манипулятора.
По виду привода ПР подразделяются на электромеханические, гидравлические, пневматические, роботы с комбинированным приводом.
Под программным управлением понимается автоматическое управление исполнительным устройством промышленного робота по заранее введенной управляющей программе. По типу системы управления ПР подразделяются на роботы с позиционным управлением и с контурным управлением. Под позиционным управлением понимается программное управление ПР, при котором движение рабочего органа происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними. Частным случаем позиционного управления является цикловое управление, при котором точки позиционирования задаются при помощи жестких упоров. При цикловом управлении программируется только последовательность движений. Под контурным управлением понимается управление ПР, при котором движение рабочего органа происходит по заданной траектории с определенной скоростью.
При позиционной системе управления сводится к минимуму отклонение от требуемого положения при подходе к конечным точкам, но не контролируется движение между этими точками, а также не контролируется сочетание движений по отдельным степеням подвижности. Такое перемещение приемлемо для операций загрузки—выгрузки металлорежущих станков, точечной сварки, но не пригодно для операций окраски или дуговой сварки. Системы контурного управления обеспечивают движение по непрерывным траекториям с заданной скоростью. Для этого необходимо осуществить скоординированное управление движением по всем степеням подвижности. Обычно используется способ контурного управления с интерполятором. Это по существу позиционное управление, дополненное специальным вычислительным блоком — интерполятором, который по определенному алгоритму осуществляет расчет отрезков траекторий между заданными програмными точками.
|
