Область применения робототехнических устройств и требования, предъявляемые к ним

Основной задачей, возлагаемой на промышленные роботы (ПР) при автоматизации транспортно-складских работ, является обеспечение связи между транспортными потоками и технологическими опера­циями; основными же источниками экономической эффективности является повышение производительности технологического обору­дования, обслуживаемого ПР, или производительности труда на ряде вспомогательных операций: загрузке, выгрузке, транспортирова­нии и т.п.

Так, например, при мелкосерийном и индивидуальном произ­водстве применение промышленных роботов (ПР) и манипуляторов (М) с автоматическим управлением часто экономически нецелесообразно, выгоднее применять М с ручным управлением. На складах роботы и манипуляторы могут эффективно использоваться при загрузке и разгрузке ячеек стеллажей, различных транспортных средств, штабе­лировании, укладке грузов в тару и т. п. Робототехнические устройст­ва, оснащенные дистанционным управлением и микропроцессорной техникой, дают наибольший эффект при пакетных перевозках.

8.72. Классификация и структура промышленных роботов и манипуляторов

По методу управления все манипуляторы можно разделить на биотехнические и автоматические. В процессе управления в биотех­нических манипуляторах непрерывно участвует оператор, задавая поочередно движение суставов отдельно по каждой степени подвиж­ности (командное управление) или дистанционное управление с задающего устройства, кинематически подобного исполнительной руке робота (копирующее управление).

Возможно также полуавтоматическое управление, при котором оператор нажимает на рукоятку, управляющую несколькими степе­нями подвижности; малая ЭВМ или специальный вычислитель преоб­разуют сигналы с рукоятки в сигналы, управляющие движением исполнительных или рабочих органов. Все биотехнические манипу­ляторы в процессе управления не имеют устройств памяти и требуют непрерывного участия оператора.

В автоматических манипуляторах процесс управления происходит без участия человека. Роль оператора сводится к первоначальной наладке и пуску системы. Автоматические манипуляторы в отличие от биотехнических имеют устройства памяти для автоматического выполнения действия.

Промышленные роботы классифицируют по следующим при­знакам:

по специализации: специальные Р, предназначенные для выпол­нения какой-либо одной технологической операции; применяются в массовом и крупносерийном производстве; целевые (специализиро­ванные) Р, предназначенные для выполнения технологических опе­раций одного вида (например, штабелирование); многоцелевые (уни­версальные) Р, предназначенные для выполнения нескольких опе­раций;

по характеру выполняемых операций: технологические Р, пред­назначенные для выполнения основных операций технологического процесса; подъемно-транспортные Р, предназначенные для выполне­ния вспомогательных операций (установка и снятие заготовок, дета­лей) и операций ПРТС-работ; универсальные Р, предназначенные для выполнения как основных, так и вспомогательных технологических операций.

Основными показателями, характеризующими технические возможности ПР, являются: номинальная грузоподъемность, число степеней подвижности, погрешность позиционирования, размеры и форма рабочей зоны.

8.7.3. Типы роботов и манипуляторов

На предприятиях для выполнения погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ широкое применение получили специальные ПР (роботокары, робототележки, сбалансированные подъемники и манипуляторы, роботизированные конвейерные линии).

Универсальньм и массовым средством механизации ручного труда являются сбалансированные манипуляторы (СМ), которые обладают значительными достоинствами по сравнению с традиционными гру­зоподъемными машинами типа тельферов, кран-балок, талей и т.д.: жесткая подвеска груза, исключающая его раскачивание; наличие механизированного или автоматического грузозахватного устройства, не требующего стропальных операций; простота управления; малая масса; невысокая стоимость; универсальность.

Манипуляторы с ручным управлением изготовляются в виде шарнирно-рычажного механизма, устанавливаемого на стационарной колонне или тележке. Как правило, такие манипуляторы выполняют по кинематической схеме с двумя вращательными парами. Особен­ности управления М с ручным управлением определяют области их применения, прежде всего в индивидуальном мелкосерийном произ­водстве: передача деталей с конвейера на конвейер; укладка изделий на стеллажи; перемещение их на складах.

К недостаткам М с ручным управлением можно отнести их огра­ниченную грузоподъемность (до 500 кг).

На рис. 8.29 показан наиболее характерный представитель группы подъемно-транспортных манипуляторов - манипулятор типа МП-100. Манипулятор установлен на тележке, устойчивость М обеспечивается выносными опорами; привод - электромеханический. Уравновешен­ность М обеспечивается устройством пружинного типа. Максимальное горизонтальное и вертикальное перемещение М - 1500 мм, скорость подъема - 0,2 м/с. Манипулятор имеет несколько вариантов испол­нения: для установки на полу (рис. 8.29, а, б), на передвижной балке (рис. 8.29, в), стационарно на потолочном перекрытии (рис. 8.29, г).

Техническая характеристика М с ручным управлением приведена в табл. 8.10.

Для разгрузки конвейерных систем, технологического оборудо­вания, доставки тары и транспортирования грузов достаточно широкое применение получили подвижные (тельферного типа) ПР моделей ТРТ-1-250, МАК, МП-1, СМ80Ц, УМ160Ф2, РС25П и др. ПР такого типа занимают небольшие произ­водственные площади, что является их преимуществом. На рис. 8.30 приведены структурная схема и конст­рукция манипулятора транс­портного робота TPT-1-250 "Спрут-1", предназначенного для разгрузки и загрузки конвейеров, доставки тары и т. п.

На тельферной тележке закреплены две телескопические направ­ляющие с автоматическим захватом. Робот состоит из двух манипу­ляторов M₁ и М₂, рельсовой трассы Т_рс и устройства управления (пуль­та оператора - ПО, программного блока - БП и блока связи - БС). Программный блок обеспечивает автоматическое выполнение транс­портных операций; блок связи - передачу команд роботу и прием от него сигналов по бесконтактной линии связи.

Робот функционирует следующим образом: оператор набирает на пульте два адреса - адрес, с которого надо снять груз, и адрес, на который необходимо груз поставить; нажимают кнопку "Пуск". Программный блок обеспечивает автоматическое выполнение опе­раций с перемещением по кратчайшему пути. Грузоподъемность манипуляторов - 250 кг, скорость передвижения - 0,5 м/с.

Для перегрузки изделий с конвейерных систем на другие транс­портные средства, укладки изделий на поддоны, тару, на загрузочные позиции технологического оборудования и т.п. во ВНИИПТМаше разработан транспортный робот МАК-1-50 (рис. 8.31). Робот перемеща­ется по двум швеллерам (рис. 8.31, б). Механизм передвижения со­стоит из гидромотора и одноступенчатого цилиндрического редуктора,

на выходном валу последнего установлена звездочка, которая входит в зацепление с втулочно-роликовой цепью, жестко укреп­ленной на путях.

Кинематическая схема (рис. 8.31, а) реализует следую-

щие движения: перемещение вдоль конвейера, подъем колонны, пере­мещение тележки с М по направлению, перпендикулярному к трассе конвейера, поворот манипулятора, замыкание захвата, выдвижение водила. Управление М осуществляется в двух режимах: ручном и ав­томатическом. Движение вверх осуществляется гидроцилиндром, а вниз - под действием собственной массы механизма.

Напольные роботы с горизонтальной выдвижной рукой широко используют для выполнения технологических операций и сборочно-монтажных работ. К ним относят гамму агрегатно-модульных ПР моделей РПМ-25, РИТМ, ПР-4, ПР-117, "Циклоп" и ряд других. Такие роботы могут быть оснащены одной или двумя выдвижными руками.

Напольные передвижные грузонесущие тележки перемещаются по монорельсу или искусственно обозначенной трассе. Диспетчер задает программу: пункт назначения, число и место остановок (адреса). Здесь действуют датчики релейного типа.

При использовании оптической системы на полу цеха наносится белая линия, служащая указателем фотоэлектрическому дальномеру. Останов происходит в местах разрыва белой линии.

Такие тележки комплектуются подъемниками или манипуля­торами, монтируемыми на грузовой площадке.

Технические характеристики ряда подъемно-транспортных робо­тов приведены в табл. 8.11.

Манипуляторы и роботы можно применять в комплекте с паке­тоформирующими и штабелирующими машинами. На рис. 8.32 пока­зана схема работы манипуляторов, предназначенных для захвата и перемещения двух ящиков одновременно: ящики поступают на ро­ликовый неприводной конвейер-накопитель 1. Захват 2 посредством механизма вертикального перемещения опускается, захватывает оба ящика и возвращается в исходное положение. После этого тяговый элемент цепного конвейера 3 перемещается на определенное расстоя­ние, и манипулятор с грузами поступает в зону штабелирования конвейера 4, а в зону накопления входит свободный манипулятор. В зоне штабелирования манипулятор опускает ящики на поддон, уста­новленный на платформе 5 конвейера 4, освобождает их от захвата и возвращается в верхнее положение. Второй манипулятор выполняет операцию со смещением относительно первого манипулятора в попе­речном направлении, что обеспечивает формирование на поддоне ряда из четырех ящиков.

После освобождения от захвата и возвращения второго манипу­лятора в верхнее положение платформа с установленным на ней поддоном и рядом из четырех ящиков опускается вниз на высоту ящика. Следующий ряд из четырех ящиков формируется на преды­дущем.

После завершения формирования пакета заданной высоты плат­форма перемещается на горизонтальный участок конвейера 4, откуда пакет 6 забирается автопогрузчиком. На верх штабелирующей части конвейера 4 подается пустая гибкая платформа, на которую устанав ливается новый поддон, после чего осуществляется формирование следующей грузовой единицы.

На рис. 8.33 представлен роботизированный комплекс для ук­ладки продукции в потребительской таре в транспортную тару. Это единый автоматизированный технологический процесс, связывающий транспортную систему и технологическое оборудование.

Процесс идет в такой последовательности: съем порожней тары с подающего конвейера, установка ее на рабочую позицию и сталкива­ние заполненной и закрытой тары на отводящий конвейер. Возможны и другие схемы обработки тары.

Система управления роботизированным комплексом состоит из: микроЭВМ для обработки сигналов с пульта; устройства сопряжения пульта и исполнительного механизма с микроЭВМ (интерфейс связи) и группы усилительно-преобразовательных устройств для приводов.

Система управления РК вырабатывает управляющие сигналы на исполнительные механизмы в соответствии с заданным алгоритмом работы оборудования. Система управления работает следующим образом: при включении питания на все исполнительные механизмы поступают сигналы, по которым они возвращаются в исходное по­ложение.

Выполнение цикла алгоритма начинается с перемещения захвата из зоны ожидания в зону захвата при полном заполнении питателя: подается сигнал (в цифровом коде) на перемещение захвата в цифро-аналоговые преобразователи, где они сравниваются с сигналами датчиков, определяющими текущее состояние манипулятора-уклад­чика. Разность этих сигналов поступает на соответствующие усили­тели, которые приводят в действие электрогидравлический привод манипулятора-укладчика. Когда будет выполнена эта операция, микроЭВМ после сравнения заданных сигналов цифрового аналого­вого преобразователя с сигналами датчиков состояния исполнитель­ных механизмов вырабатывает сигнал на подключение следующей группы исполнительных механизмов и выполняется следующая операция.

Для остановки работы РК предусмотрен сигнал "Стоп", по кото­рому все ИМ отключаются, но состояние системы в ЭВМ остается без изменения. По команде "Пуск" алгоритм будет выполняться с того места, где он был прерван.

Широкое распространение роботы получили в автоматизированных складах. Так, для складирования тары с материалами и для ее транспортирования между рабочими местами применяют роботы-штабелеры с управлением от микроЭВМ (роботы-штабелеры АСК-10, МАК-0 и др.). Для перемещения деталей и заготовок в таре со склада-накопителя на рабочие места применяют монорельсовые транспортные роботы типа "Спрут", ТРТ-2-250, РТШ8-50, РТШ-250. Роботы этого типа обслуживают только адреса отправки и получения груза, расположен­ные непосредственно под трассой монорельса. Транспортные роботы мостового типа позволяют обслуживать площадь в заданной сетке координат адресов.

Следует отметить, что большинство типов транспортных роботов предназначены для перемещения грузов массой 250...500 кг.