Основы роботизации промышленного производства
В общем случае роботизация является одним из направлений, одним из составляющих элементов комплексной автоматизации производства и представляет собой использование промышленных роботов и их систем в промышленном производстве.
Промышленные роботы эффективно включаются в автоматические линии, становятся частью гибких автоматизированных производств, способны быстро и без существенных затрат перестраиваться на производство изделий различных видов, приспосабливаться к изменяющимся условиям производства.
Представляя собой новый вид рабочей машины, роботы могут эксплуатироваться изолированно или целыми комплексами, управляемыми ЭВМ. Особенно ценное достоинство промышленных роботов - способность к быстрой переналадке на изготовление новой продукции (нередко достаточно для этого поменять программу). Это свойство роботов важно для обрабатывающих отраслей промышленности, где около 50 % объема производства приходится на малые и средние партии. В условиях традиционного производства при изготовлении изделий небольшими партиями непосредственно чистое время механической обработки занимает 5 % общего рабочего времени, а остальное приходится на подготовку станка и деталей, настройку инструмента, крепление и снятие деталей и т.д. Применение промышленных роботов изменяет это соотношение и значительно повышает производительность обработки. Кроме того, использование роботов дает значительный эффект в экономии сырья, материалов при рациональной организации производственного процесса.
Промышленный робот - многократно программируемое многофункциональное устройство, предназначенное для манипулирования и транспортирования деталей, инструментов, специализированной технологической оснастки посредством программируемых движений для выполнения разнообразных задач.
С точки зрения истории развития робототехники различают три поколения промышленных роботов:
· роботы первого поколения (программируемые роботы) характеризуются тем, что они выполняют совокупность жестко запрограммированных операций, эти роботы “глухи”, “немы” и “слепы”;
· роботы второго поколения (адаптивные роботы) используют сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции;
· роботы третьего поколения - это интеллектуальные роботы, наделенные “здравым смыслом”, “чувствами”, способные распознавать разнообразные объекты внешнего мира, обладающие способностью действовать самостоятельно.
По роду деятельности промышленные роботы подразделяются на три группы:
· технологические роботы, непосредственно выполняющие технологические операции (сборку, сварку, окраску и т.д.);
· подъемно-транспортные роботы, занятые выполнением операций складирования, перемещения, подачи заготовок и т.д.;
· комбинированные роботы, выполняющие действия роботов первых двух групп.
В производстве промышленные роботы применяются:
· для выполнения основных операций технологического процесса изготовления изделия (сборки, сварки, нанесения покрытий и т.д.);
· для обслуживания основного технологического оборудования (станков прессов, литейных машин) и выполнения других вспомогательных операций.
На основе промышленных роботов создаются роботизированные технологические комплексы (РТК).
Различают следующие разновидности роботизированных технологических комплексов:
· манипуляционные РТК, у которых основной исполнительный орган оканчивается захватом или каким-либо инструментом;
· мобильные РТК (колесные, шагающие, гусеничные), используемые, как правило, в экстремальных условиях работы
(в космических полетах, под водой, в полевых условиях и т.д.);
· информационно-управляющие РТК могут не иметь механически движущихся исполнительных устройств, они следят за ходом протекания технологических процессов, обрабатывают информацию, поступающую от каких-либо внешних источников, и в случае необходимости вносят коррективы в протекание контролируемого технологического процесса.
Обычно конструкцию промышленного робота разделяют на три основных компонента:
· механическую руку (рабочий орган);
· механический привод;
· управляющую часть (контроллер).
Механическая рука - это рабочий орган промышленного робота. Рабочие органы могут иметь различное функциональное назначение и, соответственно, иметь разнообразную форму: захватов, инструментов, приспособлений, датчиков и т.д.
К механической руке робота кроме различных захватных устройств прикрепляют различные инструменты и датчики.
Типичными инструментами являются аппараты для точечной сварки, дуговой сварки и резки, нагревательные паяльные лампы, пистолеты для окраски напылением, клейкие и изоляционные ленты, приспособления для автоматического завинчивания гаек, сверла, зенкеры, шлифовальные устройства, лазеры и т.д.
Сенсорные датчики используют при определении точности физических размеров деталей, ультразвуковые - для обнаружения трещин и т.д.
Вторым структурным компонентом промышленного робота является механический привод.
Источником питания любого промышленного робота является в большинстве случаев электрическая энергия, которая в конечном счете преобразуется в механическую энергию движения рабочих органов робота, осуществляющих какие-либо манипуляции в соответствии с целью технологического процесса.
Третьим существенным элементом любого промышленного робота является его управляющая часть (контроллер), или, как иногда говорят “мозг” робота.
На нижнем уровне своего функционального назначения контроллер выполняет несколько функций: начинает, управляет и заканчивает любые движения руки робота, перемещая ее к определенным точкам в определенной последовательности; контроллер должен хранить в памяти все эти точки, ориентации и последовательности, так же как и взаимодействия с любыми внешними датчиками и устройствами, которые могут быть связаны с роботом. Таким образом, контроллер регулирует потоки энергии в системе, чтобы выполнить заданную операцию.
Наибольшее применение промышленные роботы и робототехнические комплексы нашли в машиностроении.
Использование роботов на всех операциях технологического процесса литья от сборки форм и заливки жидкого металла до обрубки литниковых систем и очистки отливок увеличивает производительность, точность, обеспечивает безопасность работ, повышает коэффициент использования основного оборудования.
В процессах обработки металлов давлением промышленные роботы нашли наибольшее применение в операциях ковки, штамповки, прессования. Роботы способны в течение длительного времени переносить раскаленные тяжелые заготовки с высокой скоростью, работая в агрессивной среде. Рука робота способна, например, обеспечить четкое фиксирование заготовки в полости штампа.
Термообработка и химико-термическая обработка являются идеальными технологиями для роботизации, причем достаточно использование сравнительно простых конструкций роботов с позиционным управлением. Кроме того, замена человека роботом в этих процессах, осуществляемых в агрессивных средах и при высоких температурах, несомненно, является прогрессивным мероприятием.
Роботы освоили и такой трудоемкий вид создания неразъемных соединений, как электродуговую сварку. Робот, снабженный устройствами переработки зрительной и осязательной информации, способен образовывать шов сложной конфигурации, обеспечивая высокое качество соединения за счет поддержания устойчивой дуги по мере продвижения вдоль сварного шва.
Самой ответственной стадией машиностроительного производства является сборочный процесс. В настоящее время роботы осваивают технологию сборочного производства. В ряде производств, например, успешно работают автоматические системы роботов-манипуляторов по сборке трансформаторов, отдельных узлов автомобилей, интегральных микросхем и т.д.
В последнее время роботы начинают применять и в других отраслях: при производстве изделий из пластмасс, в промышленности строительных материалов, в легкой и пищевой промышленности и даже в сельском хозяйстве. Известны, например, конструкции роботов для работы в садах, ягодниках, роботов-животноводов и т.д.