Классификация промышленных роботов, методика и порядок выбора модели

Следует отметить, что до настоящего времени классификация промышленных роботов полностью не устоялась, поэтому проводится она по достаточно большому количеству отдельных признаков одновременно. Объяснением этого факта может служить чрезвычайно большое разнообразие существующих моделей роботов, а также сравнительно недавнее их появление в производстве. Действительно, период существования промышленных роботов в 45 – 50 лет применительно к развитию техники вообще можно считать небольшим.

Выбор конкретной модели промышленного робота осуществляется технологом, курирующим проект по автоматизации производства, и должен основываться на анализе целого ряда классификационных признаков.

Рассмотрим их в наиболее благоприятной для выбора модели последовательности. Эти признаки сопроводим краткими пояснениями и количественными показателями в удобной для анализа форме.

Признаки классификации следующие.

1. Степень организованности.

1.1. Роботы первого поколения (жесткопрограммируемые). Они работают по жесткой неизменяемой программе, используют, как правило, цикловую систему программного управления и жесткие упоры для позиционирования. Привод чаще всего – пневматический. Эти роботы характеризуются неспособностью адаптироваться к изменяющимся условиям работы и имеют постоянную программу движения, не зависящую от наличия объекта манипулирования. Применяются для решения простых производственных задач. Это автооператоры и механические руки.

1.2. Роботы второго поколения (адаптивные). Это работающие по гибкой программе, оснащенные датчиками внешней среды и визуальными системами роботы. Для управления ими применяют микроЭВМ, микропроцессоры, а в последнее время – контроллеры. Эти роботы используются для решения более сложных задач, чем роботы 1-го поколения. Такие роботы снабжены специальными устройствами, позволяющими адаптироваться к производственной обстановке (например, захватным устройством, контролирующим массу заготовки, размер детали, состояние ее поверхности и т. п.).

1.3. Роботы третьего поколения (интеллектуальные или интегральные). Они могут работать в режиме самообучения, используя общую программу «целеуказание». Они способны полностью адаптироваться к условиям работы и производства, обладают возможностью автоматического сбора и обработки информации. Управление ими осуществляется с промышленной ЭВМ с эвристической программой, где оператор программирует только конечную цель. Для этого их снабжают системами технического зрения; они могут оперировать деталями, не имеющими определенного положения. Данные роботы пока широкого производственного применения не нашли из-за сложности и достаточно высокой сложности.

Важно отметить, что поколения роботов не сменяют друг друга, а дополняют и работают там, где это наиболее целесообразно. Считается, что роботы 1-го поколения способны заменить порядка 2% рабочих; 2-го поколения до 25. – 30%; а 3-го поколения еще до 30%.

2. Тип системы программного управления.

2.1. Позиционная система управления. В этом случае робот отрабатывает перемещения по заданным координатам опорных точек в режиме «от точки к точке». Это сопровождается простыми траекториями, состоящими из отрезков прямых линий и используется на простых технологических операциях (установка – снятие детали, сборка, обслуживание стеллажа склада и др.). Скорость перемещения исполнительного устройства робота на каждом этапе поддерживается на постоянном уровне и, как правило, не контролируется.

2.2. Контурная система управления. Она обеспечивает сложные пространственные траектории, которые необходимы на таких операциях, как сварка, окраска, нанесение клея и т.д. Скорости перемещения могут меняться плавно и бесступенчато.

3. Степень специализации.

3.1. Роботы специальные. Они выполняют определенную технологическую операцию или вспомогательную для данной модели оборудования;

3.2. Роботы специализированные. Такие роботы выполняют операции одного вида, например сварку, сборку и обслуживают определенную группу моделей оборудования;

3.3. Роботы универсальные. Последние являются наиболее усовершенствованными представителями промышленных роботов, служат для выполнения самых разных операций и функционируют с оборудованием различного назначения.

4. Тип применяемого привода.

4.1. Пневматический привод. Имеет наибольшее распространение.

К достоинствам такого привода роботов можно отнести:

· высокое быстродействие (повышенные скорости перемещения);

· относительную простоту конструкции робота, так как используется общецеховая пневмосеть с упрощенным подключением к ней.

Недостатками пневматического привода являются:

· малые развиваемые рабочие усилия;

· невозможность точного регулирования режимов перемещения, как следствие сжимаемости воздуха.

4.2. Гидравлический привод. Назначение его – тяжелые работы в кузнечно-прессовом производстве с массивными заготовками.

Достоинствами такого привода служат:

· большие развиваемые усилия;

· возможность плавного и бесступенчатого изменения скоростей.

Недостатки гидравлического привода:

· возможное загрязнение рабочей зоны вследствие утечек масла;

· усложнение конструкции робота из-за наличия гидростанции.

4.3. Электромеханический привод. Применяется в конструкциях роботов средних и малых размеров. Обеспечивает высокую точность работы и достаточное быстродействие. В настоящее время получил широкое распространение.

5. Точность позиционирования. По этому важнейшему показателю все промышленные роботы делятся на следующие виды.

5.1 – роботы невысокой точности, у которых погрешность позиционирования больше ±0,5 мм.

5.2 – роботы средней точности позиционирования; их погрешность составляет ±(0,1...0,5) мм.

5.3 – роботы высокой точности позиционирования; погрешность таких роботов находится в пределах до ±0,1 мм.

Точность позиционирования выражается через соответствующую погрешность позиционирования, которая определяется как разность между координатами точки фактического положения после прекращения движения исполнительного органа робота и координатами исходной (нулевой) точки, заданной по программе (рис. 1.14.).

Рис. 1.14. Схема, поясняющая образование погрешности позиционирования робота

Кривая, ограничивающая точки позиционирования на плоскости, называется «эллипс рассеивания», причем установлено, что данная погрешность подчиняется нормальному закону распределения по каждой из осей OX и OY.

Для любого отдельно взятого рабочего цикла можно точно рассчитать величину этой погрешности, мм..

,

где X и Y – координаты соответствующих точек на базовой плоскости.

Данная величина указывается в паспорте робота, в его технической характеристике и должна проходить регулярную проверку.

Хотим обратить Ваше внимание на то, что подробная методика экспериментального определения данной погрешности и анализ ее на соответствие закону распределения, приведены в разделе 4 настоящего пособия.

6. Грузоподъемность. Это также весьма значимая характеристика, определяющая физические возможности робота интересующей нас модели. Иначе, это масса полезного груза, который робот может поднимать и надежно удерживать на всех возможных режимах манипулирования. Промышленные роботы по грузоподъемности можно подразделить на:

6.1. – сверхлегкие (до 1 кг),

6.2. – легкие (до 10 кг),

6.3. – средние (до 200 кг),

6.4. – тяжёлые (до 1000 кг)

6.5. – сверхтяжёлые (свыше 1000 кг).

При определении требуемой грузоподъемности робота необходимо считать ее как сумму массы детали и массы захватного устройства. Принято полагать, что для стальных захватываемых деталей эти параметры делят грузоподъемность примерно поровну.

7. Вид рабочей зоны (пространства) робота. Под рабочей зонойпонимается та часть нашего трехмерного пространства, в котором могут располагаться опорные точки траекторий промышленного робота. Кроме того, существует необходимость размещения там всех видов оснащения как самого робота (например, питателей), так и обслуживаемого им оборудования. Рабочая зона характеризуется формой и размерами.

Форма рабочей зоны неразрывно связана с системой координат, которую использует данный робот (рис. 1.15.). Поэтому различают следующие виды рабочих зон:

7.1.– прямоугольная рабочая зона;

7.2. – цилиндрическая рабочая зона;

7.3.– сферическая рабочая зона;

7.4.– комбинированная рабочая зона.

8. Развиваемое рабочее усилие привода. Здесь выделяют:

8.1. – силовые роботы, которые имеют усилие привода, превышающее 100 Н;

8.2. – несиловые (усилие их привода составляет менее 100 Н).

9. Конструктивное исполнение. По этому признаку роботы можно подразделить следующим образом:

9.1. – встроенные в технологическое оборудование;

9.2. – автономные, существующие в виде отдельной единицы. Они могут быть неподвижными (стационарными) или подвижными (транспортными), а также, подвесными и напольными.

10. Число степеней подвижности. Под степенью подвижности робота понимается любое возможное как линейное, так и вращательное движение, которое может быть реализовано с помощью механической части робота. В этом случае используется количественный подход. Выделяют промышленные роботы с одной, двумя, тремя,…восемью,… степенями подвижности. Как известно, в трехмерном пространстве, возможно осуществить

Рис. 1.15. Схемы рабочих зон промышленных роботов: а – прямоугольная; б – цилиндрическая; в – сферическая (полярная); г – комбинированная (ангулярная: 1 и 2 две дублирующиеся цилиндрические системы)

лишь шесть направлений движения, три из которых будут прямолинейными вдоль соответствующих координатных осей, а еще три – это вращательные движения вокруг тех же осей.

В моделях же роботов, имеющих более 6 степеней подвижности, некоторые из них дублируются для получения более сложных траекторий и удобства доступа в труднодоступные участки рабочих зон. Принципиально трёх степеней подвижности достаточно для вывода концевой точки манипулятора в любую точку обслуживаемого роботом пространства. Ещё три степени подвижности необходимы, чтобы в этой точке осуществлять любую угловую ориентацию захватного устройства или инструмента. Более шести степеней подвижности необходимо при обходе каких-либо препятствий.

На основании приведенной краткой классификации технолог-куратор проекта по автоматизации производства с использованием промышленного робота, учитывает все выше приведенные признаки и выбирает нужную модель, учитывая при этом дополнительные показатели:

· объем памяти системы программного управления,

· быстродействие как достижимые скорости перемещения,

· занимаемую производственную площадь,

· а также, весьма важный экономический показатель – цену данной модели.

Далее в следующем разделе настоящего пособия перейдем к рассмотрению механической части промышленных роботов, которая в значительной степени определяет эффективность их действий по достижению поставленных технологических целей.

Там же достаточно подробно будет рассмотрена кинематика манипуляторов производственного назначения. На основании конкретного примера устройства механической части робота первого поколения рассматривается принцип его действия и пневматическая схема привода.

2. МЕХАНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

(МАНИПУЛЯТОР)