Промышленные роботы в автоматизированном производстве

Пром. роботом принято считать манипулятор, выполняющий физические функции человека в производственных условиях, оснащены системой управления, информации. 

По сравнению с другими средствами автоматизации ПР явл-ся универсаль­ными и наиболее эффективно применяются в гибком автоматизированном произ­водстве, т.к. обладают свойством быстрой переналадки к меняющимся условиям производства. 

Существует три поколения промышленных роботов, характеризуемых уров­нем организации системы управления. 

ПР первого поколения работают по жёсткой программе, составленной опера­тором для конкретных условий тех. процесса. 

ПР второго поколения могут самостоятельно адаптироваться к изменениям внешней среды, т. е. обладают свойством самоорганизации. 

ПР третьего поколения обладают свойствами искусственного интеллекта. 

ПР в настоящее время применяются для выполнения основных технологиче­ских операций и вспомогательных операций. 

Возможность использования ПР в конкретных тех. процессах определяется его технологическими или эксплутационными характеристиками — паспортными характеристиками. 

-         грузоподъёмами;    - степенью подвижности;    - величинами перемещений; 

-         скоростями перемещения каждой степени подвижности; 

-         погрешностью позиционирования;    - количество манипуляторов с ЗУ; 

-         формой рабочей зоны; 

-         системой координат в которой работает робот. Конструкторские особенности ПР. 

Порядок проектирования и расчёты ПР должны быть изложены в конспекте лек­ций. 

  

Агрегатно-модульные автоматизированные системы. 

Последнее время при разработке новой техники получил широкое распро­странение агрегатно-модульный принцип. Сущность модульного принципа со­стоит в построении унифицированных механических, аппаратных и программных частей, в частности ПР из более мелких унифицированных частей — элементов. Крупные модули, которые позволяют осуществлять различные компановки из не­которого их набора. 

Унификация — это наиболее эффективный метод стандартизации, заключаю­щийся в рациональном сокращении числа объектов одинакового и функциональ­ного назначения с целью повысить производительность труда (в том числе инже-нерно-констр.), экономическую эффективность, улучшить качество и обеспечить взаимозаменяемость. 

Система таких модулей обычно строится по иерархическому многоуровнему принципу, сверху до низу, когда внизу элементы, а вверху агрегат. С применени­ем модульного принципа создаются следующие возможности — преимущества: 

-         сокращение цикла разработки ПР — изготовление, внедрение ПР; оборудова­ния, т. к. при его создании используются готовые унифицированные модули; 

-         расширение области применения оборудования; 

-         снижение стоимости разработки, изготовления и внедрения оборудования, скомпанованного из серийно выпускаемых модулей. 

Недостатки агрегатно-модульного принципа: 

-         разработка механической системы из ограниченной номенклатуры деталей, уз­лов и модулей, иногда может привести к неоправданному снижению функцио­нальных возможностей; 

-         получение заданной траектории движения исполнительных органов с помо­щью имеющихся простейших узлов, каждый из которых, обеспечивает один или два движения, может вызвать утяжеление конструкции, увеличение числа стыков (большое кол-во звеньев), снижение жёсткости, ухудшения динамиче­ских характеристик и точностных параметров. В некоторых случаях идут на 

решения менее выгодные с конструкторской точкой зрения, но более соответ­ствующим принципам агрегатно-модульного построения и получая при этом преимущества по другим направлениям. 

Частным случаем модуля является агрегат. Он представляет собой унифици­рованную сборочную единицу определённого функционального назначения. Примером агрегатного построения явл-ся агрегатные станки. 

Рассмотрим пути реализации модульного принципа на примере построения механической части (ПР — манипулятор). 

Унификация манипуляторов определяется на основе следующих основных принципов: 

1.     Однообразие конструкций — это значит создание развёрнутой по двум направ­лениям системы модулей. По вертикали — уровень сложности модуля. По го­ризонтали — количество типоразмеров модуля данного уровня и назначения. 

2.     Обеспечение максимально возможной конструктивной независимости моду­лей от вида используемой в них энергии (гидро пневмо электро) и от способа управления (цикловой, позиционный, контурный). 

3.     Модуль должен обладать максимальной функциональной и конструктивной законченностью и быть автономными. 

4.     Наличие системы базовых модулей и ограниченного числа их типоразмеров. Типовой состав модуля в общем виде можно представить в три уровня: 

  

-         агрегат; 

-         модуль; 

-         элемент. 

Каждый из уровней делится на подсчёт: 

1.     Механический. 

2.     Управляющий. 

3.     Информационно-измерительный. Рассмотрим состав. 

  

№ 

Наименование 

Уровень сложно­сти 

Свойства 

1 

Моноблок: пневмати-чекий,гидравличе­ский, электромехан. 

1 

Выполняет конструктивн., приводные, информационные функции (2,3) степе­ней подвижности ПР 

2 

Модуль — привод: пневмо, гидро, элек­тромеханический 

2 

Выполняет конструктивн. и приводные функции одной степени подвижн.. При компановке ПР требуется добавлять СИ модуль и модули 4-го и 5-го уровней 

3 

Исполнительный мо­дуль: пневмо, гидро, электро 

3 

Осуществляет функции исполнительно­го механизма 

4 

Аппаратный модуль 

3 

Выполняет функции блока управления приводами модулей 1-го и 2-го уровней

5  

Информационный мо­дуль  

3  

Выполняет информационные функции  

6  

Механизм  

4  

Предназначен для передачи и преобра­зования движения  

7  

Элементы: сборка, де­таль  

5  

Неприводные механические или аппа­ратные простейшие узлы, неразборные составные части робота  

   

Унификация устройств управления на основе модульного принципа позволяет создать средства управления и контроля оборудования на базе единой системы модулей и унифицированного интерфейса.  

Основными принципами создания такой системы модулей явл-ся:  

-         иерархическая структура системы;  

-         проблемная ориентация модулей на решение задач управления и контроля;  

-         функциональная ориентация, т. е. специализация модулей для наиболее эффек­тивного выполнения определённых функций;  

-         структурно-логическое соответствие функциональных свойств модулей;  

-         незамкнутость системы модулей, т.е. возможность наращивать как уровни, так и функциональный набор модулей каждого уровня и направления.  

Пример: силовые головки, поворотные столы, основа агрегатных многошпин­дельных, многоинструментальных специальных автоматов и полуавтоматов.  

   

Гибкие автоматизированные системы.  

ГАП - предназначены для автоматизации тех. процессов со сменным объек­том производства, в том числе для единичного и мелкосерийного производства. Включает в себя основное и вспомогательное оборудование работающее от одной  

СУ.  

Использование ГАП в Японии и Европе даже в автоматизированном режиме и при недостаточном опыте работы приводит увеличению отдачи станков на 80%-200%, к сокращению продолжительности их обслуживания на 60%-70%, что в свою очередь уменьшает время производственного процесса и стоимость живо­го труда примерно на 80%.  

Создание ГАП явл-ся очень сложным и многоэтапным процессом, поэтому он по возможности автоматизируется, в результате образуется системное окружение
  Создание такой сложной системы (рис.1) должно протекать поэтапно, тем бо­лее что эксплуатация её обуславливает значительные изменения в структуре предприятия. Начальным этапом явл-ся разработка подсистемы АСНИ, САПР, АСТПП, ГАП, АСКИД. Основным элементом при создании такой подсистемы -унификация банка данных (БД) для информационного обеспечения функциони­рования подсистемы. Унификация банка данных предполагает прежде всего при­менение групповой технологии, технологических процессов обр-ки деталей объе­динённых рядом технологических и конструктивных признаков.  

Блок-схема алгоритма реализации групповой технологии в ГАП на уровне моделирования см. таблицу (рис.2).  

В состав ГАП включены подсистемы: обработки, манипулирования, контроля и управления. Проектирование, разработка и внедрение осуществляется в уста­новленном нормами и правилами порядке.