Техника безопасности при применении промышленных роботов
Нет смысла говорить о необходимости обязательного соблюдения определенных и весьма строгих правил безопасного поведения обслуживающего робот производственного персонала.
Дело в том, что человек и промышленный робот одновременно находятся в общем трехмерном пространстве, занимая определенные его части. Траектории их перемещений могут пересекаться. Учитывая большие скорости движения звеньев манипулятора, их неожиданные повороты и значительные силовые параметры приводов промышленных роботов, следует считать эти объекты источником повышенной опасности и риска получения травм.
Известны трагические случаи взаимодействия человека и робота. В 1981 году Кэндзи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки промышленного робота. С этого времени число жертв роботов растет, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности.
Еще один случай негативного взаимоотношения: 18 марта 2008 года 81-летний австралиец стал первым человеком, который покончил жизнь самоубийством при помощи робота, которого сам собрал согласно схемам, взятым из сети Интернета.
Следует руководствоваться положениями ГОСТа по технике безопасности при роботизации производства. Здесь же приводится несколько рекомендаций, касающихся отдельных видов технологических процессов.
Обязательно ограждение (в виде сетки) площади, занимаемой робототехническим комплексом (РТК). Для автономно работающего робота необходима разметка в виде цветной линии, по границам рабочей зоны. Вход в такую рабочую зону во время работы робота по программе категорически запрещается.
Планировка РТК должна предусматривать свободный, удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к роботу, основному и вспомогательному технологическому оборудованию, а также к органам управления и аварийного отключения всех видов оборудования и механизмов, входящих в состав РТК. Желательно, чтобы органы управления и аварийной блокировки размещались на одном (общем) пульте управления и дублировались вдоль фронта оборудования по трассе возможных перемещений обслуживающего персонала. Необходимы также нормальные условия освещения и обзора для оператора.
Обслуживающий персонал перед началом работы ПР и обслуживаемого им оборудования должен удалить посторонние предметы, инструменты и т. п. за пределы ограждения. При невозможности вынесения их за ограждение они должны быть установлены вне досягаемости их исполнительными устройствами робота. В соответствии с изложенным выше, перед началом работы промышленного робота из его рабочей зоны должны быть удалены все посторонние предметы. Необходимо проверить надежность крепления подводящего трубопровода. Перед первичным включением робота необходимо проверить срабатывание реле давления и значение давления с помощью регулятора давления.
Автоматические линии и автоматизированные участки с применением промышленных роботов должны оснащаться кнопками аварийных блокировок работы робота и других видов оборудования, расположенными в пределах рабочей зоны оператора на расстоянии не более 4 м друг от друга. При размещении пультов управления РТК в закрытых кабинах последние должны обеспечивать надежную защиту работающих от воздействия вредных факторов производственной среды, свободное и удобное расположение рабочего места, полный обзор технологического участка.
Оптимальные размеры кабины, обеспечивающие требуемый воздухообмен и необходимые удобства для оператора, следующие: высота 2100 мм; ширина 1700 мм; длина 2000 мм; ширина дверного проема 600 мм. В кабину должен подаваться свежий воздух в количестве не менее 20 м3ч на одного человека. Оптимальным является оборудование кабин системой кондиционирования воздуха. Интенсивность лучистого потока через смотровые окна не должна превышать 1260 кДж (м2-ч).
Электрооборудование ПР должно быть оснащено пусковой аппаратурой, исключающей независимо от положения органов управления самопроизвольное включение оборудования при восстановлении внезапно исчезнувшего напряжения. Автоматические действия, высокая скорость линейных перемещений исполнительных устройств, большая зона обслуживания и другие специфические особенности представляют собой повышенную опасность для обслуживающего персонала и лиц, работающих на смежных участках.
Рабочее место оператора должно быть оснащено: контрольно-информационным устройством для наблюдения за функционированием и; системой аварийного отключения как всего РТК, так и его составляющих; системой связи с вспомогательными службами (снабжение инструментом, ремонтная служба, дежурный электрик, диспетчерская служба и пр.). Кроме того, оператор должен вести журнал эксплуатации РТК. Он составляется на основе карт ежедневного учета потерь времени и отказов оборудования, пронумерованных, сброшюрованных и составленных по определенной форме. Испытание РТК осуществляются при непрерывной работе промышленного робота в автоматическом режиме по тест-программе, составленной с максимальным учетом всех возможностей ПР, включая движение по всем координатам и взаимодействие с технологическим и вспомогательным оборудованием или их имитаторами. Время испытаний не менее 4 ч. Визуально проверяют; безотказную работу всех узлов и механизмов; правильное выполнение цикла; четкое взаимодействие с технологическим и вспомогательным оборудованием и их правильную загрузку; отсутствие утечек масла; надежное удержание манипулируемой заготовки в захватном устройстве в процессе всех возможных перемещений.
Следует обратить внимание на удаление отходов производства, которое должно выполняться при неработающем роботе. Так в штамповочном производстве уборка отходов и высечек, если она не предусмотрена автоматически, проводится только после выключения РТК и остановки электродвигателей прессов специальным инструментом, предназначенным для этих целей. Специфика листоштамповочного производства при штамповке штучных заготовок из полосы или карты уже нашла отражение в создании унифицированных серийно выпускаемых РТК.
Поскольку в соответствии с технической документацией стабильная работа промышленного робота обеспечивается при подаче в пневмосистему манипулятора сжатого воздуха давлением не менее, МПа (кгс/см2), то при обрыве подводящего трубопровода манипулятор может еще некоторое время работать. Работа может продолжаться, пока давление в пневмосети не упадет до значения, МПа (кгс/см2), на которое настроено реле давления; при этом давлении реле прерывает автоматическую работу манипулятора, переводя систему программного управления в режим «Наладка».
Настройку и регулировку манипулятора необходимо проводить с использованием пульта ручного управления, с помощью которого можно перемещать захваты манипулятора в нужном направлении.
При одновременном испытании нескольких образцов их следует устанавливать таким образом, чтобы исключить взаимное влияние их друг на друга, а также на средства измерения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы все являемся свидетелями очередной технической революции, которая охватила вторую половину двадцатого и начала двадцать первого веков. Она заключается в появлении и бурном развитии принципиально нового вида технологического оборудования самых широких и подчас неожиданных функциональных возможностей – промышленных роботов. Именно они призваны заменить человека на наиболее тяжелых, физически утомительных и временами опасных технологических операциях при автоматизации современного производства.
Студенты технических специальностей, готовящиеся стать дипломированными специалистами, безусловно, должны быть в курсе процессов развития нового направления в технике, а именно робототехники. Особое значение при этом имеют вопросы практического использования промышленных роботов. Кроме того, весьма важно снабдить робот рациональными средствами технологического оснащения – захватными устройствами, без которых невозможно выполнение любых операций и действий.
Поэтому в данном пособии рассматривается комплекс вопросов, начиная со структуры, устройства промышленных роботов и манипуляторов заканчивая примерами практического применения их в производственных условия и техники безопасности. Большое внимание уделено кинематике роботов, составляющей основу их назначения в смысле обеспечения необходимого набора управляемых движений.
Дана методика проверки этого оборудования на точность работы.
Обоснованному выбору конструкции, расчету и проектированию захватных устройств механического и вакуумного типов также уделено серьезное внимание. Если первая разновидность находит самое широкое применение для любых деталей, то вакуумные захваты, как нельзя лучше подходят под требования деревообрабатывающего производства.
Контрольные вопросы
1. Что такое манипулятор, рабочий орган, автооператор, промышленный робот и их структура?
2. По каким признакам производится классификация и выбор модели промышленного робота для практического использования?
3. Что такое угол сервиса и коэффициент сервиса?
4. Какие структурно-кинематические схемы промышленных роботов Вам известны? Приведите примеры.
5. Какие приводы движений промышленных роботов Вам известны? Назовите их преимущества и недостатки.
6. Опишите гидравлический привод дроссельного регулирования.
7. Как действует пневматическая схема промышленного робота с цикловой системой управления?
8. Каковы разновидности захватных устройств роботов?
9. В чем заключается методика расчета механических захватных устройств промышленного робота? Назовите основные этапы.
10. Какова сущность работы вакуумных захватных устройств?
11. Как устроен и работает групповой схват промышленного робота? В чем состоят его преимущества?
12. Каково устройство и принцип действия «очувствленного» захватного устройства робота?
13. Каков порядок и методика определения погрешности позиционирования промышленного робота?
14. Каковы примеры применения промышленных роботов в производственных условиях? Каков при этом технико-экономический эффект?
15. Каковы основные положения техники безопасности при роботизации производства?
Список литературы
1. Рапопорт, Г.Н., Солин, Ю.В. Применение промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1985. – 272 с.
2. Юревич, Е. А. Основы робототехники. – Л. Машиностроение, 1985. – 271 с.
3. Таланов, В.В. Технические средства автоматизации / Под ред. А.С.Клюева. – М.: Машиностроение, 2002. – 248 с.
4. Спыну, Г. А. Промышленные роботы: конструирование и применение: учеб. пособие /Г. А. Спыну; Под общ. ред. В. И. Костюка. – Киев: Высш. шк., 1991. – 310 с.
5. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы: в 14 кн. / Под ред. Б. И. Черпакова. – М.: Высш. шк., 1989.
6. Шишмарев, В.Ю. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: учебник /В.Ю.Шишмарев. – М.: Академия, 2007. – 364 с.
7. Киселев, Г. А. Гибкие производственные системы в машиностроении /Г. А. Киселев, В. Ю. Гуленков. – М.: Изд-во стандартов, 1987. – 288 с.
8. Белянин, П.Н. Промышленные роботы и их применение: Робототехника для машиностроения 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 311 с.
9. Белянин, П. Н. Сбалансированные манипуляторы». – М.: Машиностроение, 1988. – 264 с.
10. Робототехника и гибкие автоматизированные производства: учеб. пособие: в 9 кн./ Под ред. И. М. Макарова. – М.: Высш. шк., 1986.
11. Роботизированные производственные комплексы /Под ред. Ю. Г. Козырева, А. А. Кудинова. – М.: Машиностроение, 1987. – 270с.
12. Козырев, Ю. Г. Промышленные роботы: справочник / Ю. Г. Козырев. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 392 с.
13. Робототехника. / Под ред. Е. П. Попова, Е. И. Юревича. - М.: Машиностроение, 1984. – 288 с. - (АМ и РС: Автомат. манипуляторы и робототехн. системы).
14. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов: учеб. пос. – М.: Машиностроение, 2005. – 380 с.
15. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн. 1 /Под ред. Ш.Нофа; Пер. с англ. – М: Машиностроение, 1989. – 480 с.; Кн. 2 /Под ред. Ш.Нофа; Пер. с англ. – М: Машиностроение, 1990. – 480 с.
16. Гибкие сборочные системы. / Под. ред. А.М.Покровского. – М.: Машиностроение, 1988. – 400 с.
17. Капустин Н.М. Комплексная автоматизация в машиностроении: учебник. /Капустин Н.М., Дьяконова Н.П., Кузнецов П.М. – М. : Академия, 2005. – 368 с.
18. Соломенцев, Ю.М. Промышленные роботы в машиностроении: Альбом схем и чертежей. – М.: Машиностроение, 1987. – 140 с.
19. Промышленные роботы: Каталог. – М.: Машиностроение, 1988. – 109 с.
20. Апатов Ю.Л. Расчет и проектирование захватных устройств механического типа для промышленных роботов. Методические указания для лабораторных работ и РГР. – Киров: ВятГУ, 2006. – 27 с.
21. Авторское свидетельство СССР №975389 «Групповой схват промышленного робота» МКИ B25J15/00. Апатов Ю.Л., Корсаков В.С., Васильевых Л.А. от 21.07.1982.
22. Авторское свидетельство СССР №1454690 «Сват промышленного робота» МКИ B25J15/00. Апатов Ю.Л., Васильевых Л.А., Светлаков Г.Б., Вожегов С.П. от 1.10.1988.
23. Перечень ГОСТов. Роботы промышленные. Роботизированные технологические комплексы. Требования безопасности и методы испытаний.Industrial robots. Robotized technological systems. Safety requirements and testing methods. Дата введения 1.01.2002.
ГОСТ 12.1.019-79 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты;
ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности;
ГОСТ 12.2.007.0-75 Изделия электротехнические. Общие требования безопасности;
ГОСТ 12.2.040-79 Гидроприводы объемные и системы смазочные. Общие требования безопасности к конструкции;
ГОСТ 12.2.049-80 Оборудование производственное. Общие эргономические требования;
ГОСТ 12.2.062-81 Оборудование производственное. Ограждения защитные;
ГОСТ 12.3.001-85 Пневмоприводы. Общие требования безопасности к монтажу, испытаниям и эксплуатации;
ГОСТ 12.4.026-76 Цвета сигнальные и знаки безопасности;
ГОСТ 12.4.040-78 Органы управления производственным оборудованием. Обозначения;
ГОСТ 21786-76 Система «человек-машина». Сигнализаторы звуковые неречевых сообщений. Общие эргономические требования;
ГОСТ 22269-76 Система «человек-машина». Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования;
ГОСТ 23000-78 Система «человек-машина». Пульты управления. Общие эргономические требования;
ГОСТ 25686-85 Манипуляторы, автооператоры и промышленные роботы. Термины и определения.