3.2. Применение робота с целью замены человека

При необходимости иметь дело с жидкими и сыпучими материалами, как, например, на химических заводах, довольно легко автоматизировать погрузку, разгрузку и транспортировку этих материалов при помощи насосов, трубопроводов, распределительных кранов или ленточных и ковшовых транспортеров.

На предприятиях, где основным производственным процессом является механическая обработка и сборка, изделия, которыми манипулируют в процессе производства, представляют собой твердые тела определенной формы, поэтому их транспортировка гораздо сложнее и затруднительнее, чем при химических процессах.

Операции загрузки и разгрузки на складах, распаковки, транспортировки, укладки в определенном порядке, ориентирования, подачи к оборудованию и съема с него, упаковки, перестановки и т. д. - все это операции, где основными являются погрузочно-разгрузочные работы. Кроме того, в процессах механической обработки, при физико-химических процессах, при техническом контроле и т. д., которые по своей сути не связаны с переносом деталей, многие вспомогательные операции также являются погрузочно-разгрузочными. Способы переноса деталей на производственных линиях неодинаковы, и промышленных роботов, которые подходили бы для всех операций переноса, не существует.

Относительно типичных транспортировочных операми можно отметить следующее:

а) Перенос и погрузочно-разгрузочные работы. В этих случаях используются тележки, вилочные подъемники, мостовые краны, штабелеры и т. д. Для этих елей можно использовать копирующие манипуляторы.

б) Внутризаводская перевозка. Для этого издавна применяют подвесные и роликовые конвейеры, цепные транспортеры, лотки или иные передающие устройства. Здесь для погрузки и перегрузки материалов, съема заготовок и других операций можно использовать сравнительно простые программируемые роботы с обучением.

в) Установка и снятие деталей. Для подачи заготовок прессы, установки для горячей обработки, станки и другое оборудование или для съема изделий после обработки можно использовать роботы с обучением. В настоящее время наиболее распространено применение роботов именно на этих операциях.

г) Манипулирование инструментом. Если на схватке робота установить специальное приспособление или смонтировать на руке робота какой-либо инструмент, то робот можно заставить выполнять такие операции, как точечная сварка, нанесение покрытий, затягивание болтов, винтов и т. д.

д) Сборочные операции. Сложность операций сборки часто зависит от размеров объекта, сами же по себе эти операции очень разнообразны, поэтому нельзя говорить сразу обо всех сборочных операциях. Промышленные роботы не всегда пригодны для сборки мелких деталей, во многих случаях такую сборку выгоднее выполнять при помощи сборочных автоматов.

Для сборки сравнительно крупных узлов и изделий можно использовать роботы с обучением и копирующие манипуляторы. Практическое применение роботов для этих целей вызывает немало проблем, требующих дальнейших научных исследований.

е) Циклические операции. Для таких повторяющихся "патрульных" операций, как ликвидация обрыва пряжи в прядильном производстве, смена инструмента на нескольких одинаковых станках и т. д., нужны самостоятельно передвигающиеся роботы.

Как уже указывалось, содержание реальных транспортировочных операций зависит от конкретных целей таких операций и в разных случаях наиболее подходящими оказываются роботы различной конструкции. Роботы, которые целесообразно применять в крупносерийном и массовом производстве, по своим техническим данным отличаются от роботов, пригодных для использования в многономенклатурном мелкосерийном производстве.

При массовом производстве технологические линии формируются с использованием специального оборудования. Однако создание единой линии оборудования, охватывающей весь цикл производства от сырья до готового изделия, является скорее исключением. Как правило, его делят на несколько процессов, каждый из которых формируется на основе специального оборудования. В подобных случаях необходимы транспортировочные операции, связывающие отдельные единицы специального оборудования. В большинстве случаев это простые повторяющиеся операции, поэтому на них можно эффективно использовать программируемые роботы с обучением.

При многономенклатурном мелкосерийном производстве специализированное оборудование использовать нецелесообразно, поэтому большие надежды возлагаются на машины широкого применения, такие, как станки с программным управлением и промышленные роботы. Однако при многономенклатурном мелкосерийном производстве сами индивидуальные операции обычно сложнее, чем при массовом производстве. Поэтому при использовании в этом случае промышленных роботов необходимо, чтобы они обладали первоклассными техническими данными.

В настоящее время на практике используется большое количество моделей промышленных роботов, но диапазон их технических данных не так уж велик. Кратко их можно свести к следующим параметрам:

1. число степеней свободы движения: 3-6;
2. грузоподъемность: порядка 20 кг;
3. скорость перемещения: 1 ^м/_с;
4. зона перемещения: радиус ≤ 1,5 м, высота ≤ 1,5 м;
5. точность позиционирования: 0,5-3 мм;
6. число точек позиционирования: около 200 (исключая роботы с контурной системой управления).

Можно считать, что технические возможности промышленных роботов, по существу, соответствуют физическим возможностям рабочих при выполнении тяжелых операций стоя. Следовательно, такие роботы не подходят для работы с мелкими деталями, для выполнения точных операций и операций с грузами, превышающими по весу возможности человека. Кроме того, за исключением специальных моделей, роботы не могут перемещаться самостоятельно, поэтому в существующем виде они не годятся для автоматизации операций, сопровождаемых переходом с места на место.

Следует подчеркнуть, что промышленные роботы значительно уступают человеку по возможностям выполнения операций, связанных с сенсорными функциями поскольку почти у всех роботов отсутствуют органы зрения, осязания и другие органы чувств. Вследствие этого количество выполняемых вручную операций, на которых человека можно было бы заменить роботом в том виде, как он сейчас существует, весьма ограничено.

Неуклонно ведутся поиски путей расширения сферы применения промышленных роботов, улучшения их управления и переналадки, придания им дополнительно способности к передвижению и т. п. Но в настоящий момент при замене человека роботом необходимо принимать в расчет следующие обстоятельства:

а) Ориентирование объектов определенным образом. У существующих в настоящее время промышленных роботов нет способности распознавания образов, поэтому непосредственно заставить робот выбирать предметы заданной формы и вида является сложной задачей. Ввиду этого на практике приходится перед выполнением роботом тех или иных операций ориентировать детали определенным образом.

б) Подтверждение выполнения операции. При работе вручную сначала убеждаются в завершении определенной операции, после чего переходят к последующим действиям; робот не может самостоятельно определить факт завершения операций, поэтому для каждого процесса необходимо специально предусмотреть устройство подтверждения завершения операции.

в) Расширение технических возможностей робота с помощью дополнительного оборудования. От робота нельзя ожидать точности, превышающей ту, которая указана в его документации. Поэтому при необходимости обеспечения большей точности следует предусмотреть использование вспомогательных устройств.

г) Конструктивные особенности. Нередко изделия, изготавливаемые вручную, заранее конструируются с расчетом на операции, выполняемые руками человека. При выполнении этих операций роботом необходимо предварительно выяснить, подходят ли изделия по своей конфигурации для робота. Таким путем нередко удается значительно упростить процесс автоматизации производства.