Лекция 16. Промышленные манипуляторы и роботы

Автоматизация производственных операций, связанных со сложными пространственными перемещениями объектов – порций металлошихты в бадью для последующей загрузки в плавильную печь, элементов литейной формы в процессе ее сборки, заливочного ковша для подачи расплава в машину литья под давлением и пр. – базируется на использовании специальных устройств, называемых манипуляторами и роботами.

Манипулятор является многозвенным механизмом с числом степеней подвижности (степеней свободы движений звеньев кинематической цепи относительно звена, принятого за неподвижное) от трех до девяти. Управление манипулятором может производится как вручную, так и автоматически – по заданной программе движений, определяемой конструкцией манипулятора. Автоматический манипулятор называют также автооператором.

Выходным звеном манипулятора служит захватное устройство (рабочий орган) для схватывания и удержания переносимого обекта, включая и сменный технологический инструмент.

Каждая степень подвижности оснащается электрическим, гидравлическим, пневматическим или комбинированным приводом.

Пневмопривод, как правило, обеспечивает наиболее высокое быстродействие манипулятора.

Промышленный робот принципиально отличается от манипулятора возможностью гибкого изменения программы движений в соответствии с технологическими потребностями производства. Промышленный робот определен как автоматическая машина, представляющая собой совокупность манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека при перемещении предметов производства и оснастки.

Перепрограммирование робота может производиться при помощи обслуживающего персонала или автоматически.

Роботы первого поколения известны под названием “механическая рука”. Они явились по существу переходной ступенью между манипуляторами и собственно роботами.

Роботы второго поколения получили наименование “глаз – рука”, причем функции технического зрения выполняют фотоэлементы или телевизионные камеры.

Современные роботы третьего поколения характеризуются как “глаз – мозг – рука”, в составе которых роль технического мозга возложена на микропроцессорную систему или компьютер, управляющие роботом.

В состав промышленного робота (рис. 11) могут входить путепровод 1, основание 2, корпус 3, рука 4, захватное устройство 5. На этом же рисунке показана система координат хуz основных движений: поступательного движения корпуса робота уу и его руки хх, zz, а также вращательного движения корпуса φxy и руки φyz, φxz. Сим-волом δ обозначено направление движения захвата.Системы управления промышленными роботами в зависимости от способа задания движения рабочего органа подразделяются на позиционные и контурные. В позиционных системах программой управления предусматривается задание координат отдельных точек траектории перемещения объекта, а в контурных – для повышения точности – вся траектория.

Промышленные роботы второго и третьего поколений обладают способностью к обучению. В процессе обучения в памяти микропроцессорной системы или компьютера запоминаются операции, выполняемые при ручном управлении роботом, которые затем могут воспроизводиться в автоматическом режиме неограниченное число раз.

Рис.11. Пример структурной схемы промышленного робота

Несмотря на то, что современные промышленные роботы значительно уступают человеку по числу степеней подвижности (у руки человека их 27), роботы могут заменить человека при выполнении широкого спектра работ. Роботизация обеспечивает значительную экономию людских и материальных ресурсов, повышает производительность труда и сменность работы оборудования. Объединение прогрессивных форм оборудования, систем автоматизации и робото-технологических линий ведет к созданию гибких автоматизированных производств (ГАП).

К настоящему времени для автоматизации отдельных литейных процессов могут быть использованы универсальные роботы общепромышленного назначения с числом степеней подвижности не менее 6, способные переместить объект по любой траектории с любой его переориентацией в пространстве, и роботы, которые разработаны с учетом конкретной специфики литейного производства.

Освоена роботизация таких процессов, как литье под давление (с объемным дозированием заливаемого металла, съемом отливок и подачей их в пресс для обрубки литников), литье в кокиль, литье по выплавляемым моделям, дробеструйная очистка отливок, вспомогательные работы, транспортные операции. Кроме того, возможно и в ряде случаев практически осуществлено применение достаточно совершенных роботов для автоматизации операций окраски форм и стержней, установки стержней в формы, извлечения отливок из сырых песчано-глинистых форм, снятия горячих отливок с конвейера и манипулирования ими в процессе рентгеновской или гамма-дефектоскопии, сортировки и разбраковки отливок, осторожной (без боя) укладки отливок в тару и др.

Фирма SCRATA (Великобритания) разработала и выпускает роботизированную установку для огневой отрезки прибылей от стальных отливок, некоторые ее модификации служат для абразивной зачистки отливок в условиях интенсивного тепло-, газо- и пылевыделения.

Консольный манипулятор модели “Scobotman-500” (Швеция) при температуре 700…8000С снимает отливки блоков цилиндров массой до 200 кг с выбивной виброрешетки и подвешивает на крюки охладительного конвейера. Один из промышленных роботов той же фирмы снимает отливки массой 2,6 кг с 42-местной тележки и последовательно подает их на позиции отрезки литников абразивным кругом, удаляет остатки формовочной смеси из “карманов” пневмо-зубилом, зачищает остатки питателей абразивной лентой.

Становится технически возможным включение промышленных роботов и автооператоров в автоматические линии литейного производства.