Промышленные роботы

  Ителлектным роботам задание на работу вводится человеком в более  общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решения и  планировать  свои действия в неопределённой и  меняющейся обстановке,  чтобы выполнить  заложенное в его память задание. 

  1.3   Номенклатура основных показателей  промышленных роботов 

  Для ПР номенклатура основных показателей  стандартизована. В го- сударственном стандарте (ГОСТ 4.480–87) показатели  делятся  на  две  группы: качественные (общие сведения) и количественные (технические  характеристики).  В число общих сведений входят: выполняемая функция  (например,  обслуживание токарных станков, точечная сварка),  число сте- пеней  подвижности (с указанием,  сколько  из них  переносных и сколько  ориентирующих),  кинематическая  схема  с  обозначением  вида  степеней  подвижности (поступательных  и  вращательных),  вид  привода (пнев- матический,  гидравлический,  электрический,  комбинированный),  способ  управления,  способ  программирования,  вид  рабочего  органа ( захватное  устройство, сварочные клещи, горелка, распылитель и т. п.), способ его за- мены (вручную  или автоматически),  исполнение (обычное,  пылевлагоза- щищенное). 

  Рассмотрим  подробнее технические характеристики ПР. 

  Номинальная  грузоподъемность.  Для вспомогательных про- мышленных роботов она определяется как «наибольшее значение массы предметов производства  или технологической оснастки, включая массу захватного устройства, при которой гарантируется их удержание и обес- печение установленных значений  эксплуатационных  характеристик»  (ГОСТ 4.480–87). В приведенном определении грузоподъемности не уточняется, какие  именно  эксплуатационные  характеристики  должны  сохранять  установленные  значения.  Важны  скорости  перемещений (при  больших  массах  усилий, создаваемых двигателями, недостаточно для выдерживания требуемых средних скоростей), показатели долговечности (при увеличении  нагрузок увеличивается износ). Грузоподъемность часто не определяется  экспериментально,  а  назначается  проектировщиками  и  изготовителями  весьма приблизительно. Если манипулятор имеет несколько рук, грузоподъемность указывается для каждой из них. 

  Максимальная  абсолютная  погрешность  позиционирования. По- грешность позиционирования рабочего органа манипулятора определяется как линейное отклонение определенной точки (условного центра) рабочего органа от положения, задаваемого программой или специальными  устройствами (например,  упорами,  концевыми  выключателями).  По- грешность позиционирования представляет собой вектор, который харак- теризуется величиной (модулем) и направлением. Когда говорится просто о погрешности позиционирования, то учитывается только величина  (модуль) вектора, но не учитывается его направление. Погрешности могут быть существенно различными в разных точках рабочей зоны. Когда  говорится о максимальной погрешности позиционирования, то имеется в  виду, что во всех точках погрешности не могут быть больше этой максимальной погрешности.  

  Показатели  захватного  устройства (для  вспомогательных  про- мышленных роботов): усилие захватывания, время захватывания, время  отпускания, характерные предельные размеры захватываемого предмета  (например,  минимальный  и  максимальный  диаметры  цилиндрического  предмета).  Если  робот  имеет  набор  сменных  схватов,  то  указываются  общие пределы для всех этих схватов. 

  Показатели  устройства управления: число одновременно управляемых движений  по  степеням  подвижности (в ряде  случаев допускается только  последовательное,  друг  за  другом,  движение  по  степеням  подвижности), число каналов связи с внешним оборудованием (по этим каналам подаются сигналы в устройство управления  и на оборудование),  параметры энергопитания (для роботов с пневмоприводом – давление и расход воздуха, для роботов с электроприводом – напряжение и потребляемая мощность). 

  Показатели  надежности: установленная наработка на  отказ, установленный срок службы до капитального ремонта и до списания.  

  Масса и габаритные размеры. Эти показатели обычно указываются раздельно для манипулятора и устройства управления. Габаритные размеры обычно приводятся для сложенного состояния, приспособленного  для транспортирования.  Если робот обладает какими-либо существенными особенностями, в  паспорте или описании эти особенности указываются отдельно. Из большого числа показателей выделяются основные, по которым подбирается  робот для работы на определенном рабочем месте. Главным параметром  считается грузоподъемность.  Именно в  порядке  повышения  грузоподъемности промышленные роботы перечисляются в каталогах. 

  Геометрические  характеристики, представляющие собой линейные  и угловые величины (вылет, ходы и пр.), также важны для правильного выбора робота. Установлены параметрические ряды для максимальных  линейных и угловых перемещений. Числа этого ряда (в мм) следующие: 12; 20; 32; 50; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500; 630; 800; 1000;  1250; 1600; 1800; 2000. Числа ряда для углов (в град.) следующие: 15; 30;  45; 60; 90; 120; 180 и т. д. Параметрический ряд установлен также для максимальной абсолютной погрешности позиционирования (в мм): 0,05;  0,1; 0,16; 0,25; 0,5; 1,0; 1,6; 2,5; 5,0; 10; 20. Реальные значения перемещений могут отличаться от  чисел,  заданных параметрическим рядом,  ок- ругление при этом производится в меньшую сторону (это будет означать,  что действительное перемещение не меньше указанного). Наоборот,  ре- альные значения погрешностей округляются в большую сторону (действи- тельные максимальные значения погрешностей не больше указываемых).

  Геометрические  характеристики рабочей  зоны. Рабочая зона пред- ставляет собой пространство, в котором может находиться рабочий орган при работе ПР. Помимо рабочей зоны вводятся и другие близкие геомет- рические понятия:  – зона обслуживания (пространство, в котором рабочий орган выполняет свои функции в соответствии с назначением ПР);  – рабочее пространство (пространство, в котором могут находиться  подвижные звенья манипулятора ПР).  В рабочем пространстве  могут находиться  любые части ПР,  а не  только рабочий орган. Рабочая зона и пространство представляются в виде объёмных тел – параллелепипеда, цилиндра, шара  и пр. или их частей.  Простейшими геометрическими характеристиками рабочей зоны являются её габариты.

  Показатели  быстродействия (время перемещений, захватывания и отпускания) зависят преимущественно от  вида  привода (двигателей),  а при одном и том же виде привода изменяются не в очень широких пределах. Так, для наиболее быстрого – пневматического – привода значения  времени перемещения могут быть существенно меньше. 

  Показатели  устройств управления в паспорте промышленного робота обычно приводятся в краткой форме, а более полно даются в отдельном описании устройства управления. Тип и возможности устройства управления очень важны при использовании промышленных роботов в гибких  производственных  системах,  когда необходимо  встраивать  устройство управления в общую систему управления линией или участком.  Также отдельно устанавливаются показатели  рабочих органов технологических роботов (например, расход краски для распылителей окрасочных  роботов, максимальная сила тока электросварочного устройства и т. п.). 

  Необходимо  отметить, что выбор робота по номенклатуре основных  показателей часто не дает правильного ответа на вопрос о возможности  его  применения  в конкретных  условиях.  Робот,  подходящий  по грузо- подъемности, кинематической  схеме, виду  рабочего  органа, возможно- стям устройства управления, вылету и перемещениям по степеням под-вижности (остальные показатели обычно не являются решающими), может  оказаться  хорошим или плохим, удобным  в эксплуатации или  неудобным. При этом могут быть решающими такие факторы, которые не  находят  прямого  отражения  в  номенклатуре  показателей,  в  частности,  обоснованность конструктивных решений отдельных узлов, надежность  крепления наиболее ответственных деталей, доступность основных узлов  для осмотра, возможность быстрой смены блоков в случае их отказа и пр.  Поэтому специалисты, осуществляющие внедрение ПР, должны, помимо  формальных паспортных данных о роботах, знать основные особенности  конструкций манипуляторов, особенности обслуживания и ремонта.   

       1.4 Управление промышленными роботами

    Как уже указывалось, по принципу  управления ПР  разделяются на  программные, адаптивные и интеллектные. Наибольшее распространение   получили  программные,  которые   характеризуются  тем,  что   они  функционируют по жестко  заданной программе. При необходимости  про- грамма их действий легко  перестраивается оператором. Рассмотрим  под- робнее виды программного управления, которых существуют три: цикло- вое, позиционное и контурное. 

  Цикловое  управление является в реализации наиболее простым. При цикловом управлении программируются  последовательность выполнения  движений и условия начала и окончания  движений. Положения, до которых идет движение, задаются на самом манипуляторе (например, упорами), а не в  программе;  скорость перемещения  определяется  характеристиками привода и также  не задается в программе. Однако в  дополнение  к  последовательности  движений  программа  может  задавать  требуемые  выдержки времени (на выполнение команды или на промежутки времени  между командами или движениями).

  При позиционном  управлении команды  подаются  так, что  переме-  щение  рабочего органа происходит от точки  к точке, причем положения  точек  задаются  программой.  Скорость  перемещения  между  точками  не  контролируется и не регулируется. В отличие от циклового управления,  число точек может быть большим. 

  При контурном управлении движение  рабочего органа происходит  по заданной траектории с задаваемой скоростью. В программе задаются  сами траектории (или часто расставленными точками, или более редкими  точками  с соединяющими их прямыми, или дугами окружностей) и режимы движения. Контурное управление используется исключительно в  технологических  роботах (сварочных,  окрасочных  и  пр.).  Контурное  управление  идет от  станков: при движении  резца токарного  станка  по  контуру (вследствие согласованной подачи по двум и более осям) полу- чается поверхность детали заданной формы в виде тела вращения. Заметим, что на холостых ходах (при выходе в исходную точку, с которой на- чинается  рабочее  движение, при возвращении  назад  в исходную  точку  после выполнения рабочего движения) система управления работает как  позиционная. 

  Устройство  управления и другие блоки системы  управления при цик- ловом, позиционном  и контурном управлениях могут  быть реализованы на  одинаковых или разных принципах и элементных базах. Так,  микроэлек- тронные устройства, в частности микроЭВМ, могут быть основой устрой- ства управления любого вида. С другой стороны, привод в  системе контур- ного управления может быть шаговым и следящим. На принципах хорошо  разработанного  числового  программного  управления (ЧПУ)  могут  рабо- тать системы и позиционного, и контурного управления. 

  В особый вид выделяется адаптивное управление, при котором осуществляется автоматическое изменение управляющих программ в зависимости от измеряемых или контролируемых условий работы, или, как  говорят, в функции от контролируемых параметров состояния внешней  среды. В частности, адаптация, или приспособляемость, системы управления может заключаться  в  том,  что устройства системы управления  с  помощью специальных  датчиков  определяют  конфигурацию  объекта и  его положение; возможны также отклонения размеров от номинальных. В  зависимости от результатов измерения захватное устройство смещается  или поворачивается (чтобы удобнее было захватывать объект), после за- хватывания объект переносится на место, предназначенное именно ему  (это необходимо при сортировке или разбраковке). Таким образом адаптивное управление обычно связывается с очувствлением. 

  Программирование. При программировании ПР обычно используются два метода: аналитический (расчётным путём) и метод обучения.

  При аналитическом методе управляющую  программу предварительно рассчитывают, отлаживают и заносят в память устройства управления.  Достоинством  этого  метода является  сокращение  времени простоя  ПР,  связанного с его программированием, а также  возможность заложить сразу несколько  программ для различных технологических  операций. 

  Программирование  путём обучения производится оператором либо с  помощью дистанционного  управления  от  какого-нибудь  управляющего  устройства (кнопочного пульта или «марионетки» – копии  манипулятора  робота), либо с помощью  непосредственного перемещения  конца мани- пулятора рукой человека. Все движения соответствуют ходу требующейся манипуляционной операции, при этом в память устройства управления  записывается программа с необходимыми текущими координатами и  технологической  информацией. 

  В  устройствах  циклового  программного  управления  применяются  другие приёмы программирования, которые рассмотрены  ниже.  

       1.4.1   Цикловое программное управление

  При цикловом программном управлении в устройстве управления программа задает  только  последовательность  команд,  определяющих  движения,  а  крайние  положения, до которых происходят  перемещения, задаются на  самом  манипуляторе.  Типовое устройство  управления  состоит  из  двух  основных блоков: запоминания программ и поэтапного ввода программ.  В блоке запоминания программ в той или иной форме хранится вся последовательность команд цикла и, если нужно, условия выполнения команд. Переход с этапа на этап задает блок поэтапного ввода программ. Существуют два основных принципа ввода программ: кинематический и  статический.  При  кинематическом  вводе  программ  переход от этапа к этапу происходит за счет перемещения программоносителя, при статическом вводе программоноситель неподвижен, а переход от этапа к этапу осуществляется за счет переключений электрических цепей.