Робот на работе - незаменимая вещь

Эти полушутливые слова можно услышать сегодня в цехах многих наших предприятий. И это не случайно. Ведь без робота, выполняющего при изготовлении самой разнообразной продукции различные трудоемкие операции, подставляющего свои "плечи" там, где человеку приходится трудно, порой не обойтись.

Производство с каждым годом все больше оснащается новейшим оборудованием - станками-автоматами, автоматическими линиями, обрабатывающими центрами и другой современной техникой. Но, к сожалению, эту технику обслуживает все еще множество людей, в обязанности которых входит подача деталей на обработку, закрепление заготовки в шпинделе, снятие готовых изделий, транспортировка этих деталей от станка к станку и их складирование. Происходит нечто парадоксальное. Чем совершеннее оборудование, чем выше уровень автоматизации, тем меньше требуется станочников высокой квалификации, и наоборот - растет удельный вес рабочих, занятых на тяжелых, однообразных и утомительных операциях.

Мириться с таким положением сегодня нельзя. Уже очень монотонным, однообразным оказался труд рабочего на новейших станках: взять заготовку, закрепить ее в шпиндель, запустить станок, снять готовую деталь, взять следующую заготовку, закрепить, запустить станок... И так целую смену, все восемь часов.

Да что же это такое? Неужели чисто механическую работу не могут выполнять механизмы? И если уже с ней не справляется обычная автоматика, то почему бы не использовать другие "умные" машины - роботы?

И роботы широко внедряются в нашу жизнь, и поэтому небезынтересно будет проследить за их первыми, но уже уверенными шагами, увидеть, что они могут сегодня, заглянуть в их недалекое будущее.

Как и у людей, у роботов есть поколения. К первому поколению относятся роботы жестко программируемые, так называемые роботы-манипуляторы.

Современный промышленный робот - это чаще всего механическая "рука", имитирующая руку человека и подчиняющаяся устройству программного управления. Следует сказать, что такая конструкция родилась не случайно. Ведь с точки зрения механики - рука человека - исключительно гибкое транспортное средство. Она легко сгибается в плече, у локтя и кисти, вооружена пятью пальцами. Отсюда нетрудно понять, что рука, как механизм, имеет 27 степеней свободы. Это позволяет ей брать различные предметы на разном удалении и высоте, переносить их по сложной траектории в нужную точку и в требуемом положении.

Давайте проследим за тем, как выполняют "вспомогательные" операции руки рабочего. Предположим, что ему необходимо установить деталь на рабочий стол фрезерного станка. Для этого ее нужно взять со стеллажа отнести к станку, опустить, подвинуть, повернуть..! Благодаря своей природной системе "глаз - мозг - рука" человек уверенно справляется с этими операциями. Более того, если потребуется, он может поменять их порядок, повторить одну операцию несколько раз, может практически без переподготовки начать работать с деталями иной формы, веса, размеров. Словом, человек легко приспосабливается к изменяющимся условиям производства, чего не умеют делать обычные автоматы.

Руки же наших современных роботов в лучшем случае имеют 8-9 степеней свободы. Больше им и не нужно для доставки детали в рабочее пространство станка или пресса. У робота гибкость механическая сочетается с гибкостью функциональной, которую обеспечивает устройство программного управления. Как мозг человека посылает сигнал руке, что ей надо делать, так и система управления робота, работающая по заложенной в нее программе, вырабатывает команды для манипулятора. И чтобы изменить ее "поведение", надо изменить программу.

Стремление хоть в какой-то мере приблизить рабочие качества машин к возможностям человека и привело к идее создания промышленных роботов. Программное управление наделило роботов особыми качествами. Достаточно стало сменить магнитную ленту с записью программ и робот можно быстро перенастроить на выполнение других операций. В этом нельзя не заметить важное преимущество роботов. Их можно быстро переключить на изготовление других изделий.

Что же может делать такой робот?

Если пройтись по технологической цепочке рождения современных машин и приборов, то можно обнаружить, что большинство операций по их изготовлению по плечу сегодняшним роботам.

С чего, например, начинается создание любой новой машины? С отливок для будущих ее деталей. И участие роботов в изготовлении машин начинается с литейного производства.

... Вот автоматическая линия для литья под давлением. Ее литейную машину обслуживают сразу )три робота-манипулятора. Первый из них выполняет обязанности заливщика. Зачерпнув ковшом порцию металла из печи, он переносит ее на некоторое расстояние и точно выливает в отверстие пресс-формы. Обязанность второго робота-манипулятора - следить за качеством отливок. Делает он это с большой скрупулезностью. С помощью форсунки он очищает пресс-форму и наносит на ее поверхность тонкий слой смазки.

Но больше всего работы у третьего манипулятора: он не только вынимает отливки из пресс-формы, но и опускает их в ванну с охлаждающей жидкостью, подает под обрезной штамп. И последнее, что он делает - сбрасывает отливку в тару.

Избавив рабочего от утомительных операций, роботы-манипуляторы свели его обязанности к контролю за ходом процесса.

Особенно интересно наблюдать за тем, как работают роботы-манипуляторы в прессово-штамповочном производстве, где труд рабочего также монотонен и мало интересен.

Вот "рука" повернулась и взяла двумя пальцами, которые во многом напоминают рачьи клешни, заготовку, понесла ее к рабочим органам пресса. Удар - и деталь по специальному желобу заскользила в контейнер. А "рука" тем временем уже подносит следующую заготовку. Движения "руки" точны и скоординированы с работой пресса...

Что же еще могут делать роботы-манипуляторы? Поставить на станок и снять со станка сложные детали самого различного веса и формы; переставить деталь с одной позиции на другую на одном станке; переместить деталь с одного станка на другой, когда обработка на первом станке закончена; снять детали со станка и аккуратно уложить их в накопитель.

... Автоматический участок обработки валов для мощных электродвигателей на Московском электромашиностроительном заводе "Динамо" имени С. М. Кирова.

Здесь станки с числовым программным управлением автоматически производят полную обработку валов - протачивают шейки, канавки, конусные поверхности, нарезают резьбы. Время обработки одного вала - примерно 15 минут, поэтому конструкторы решили не ставить робот у каждого станка, а сделали "прислугу" для нескольких станков.

Универсальный манипулятор движется по порталу над станками, свесив мощную "руку" с крепкими стальными пальцами. Захватное устройство, подойдя к ряду уложенных в начале линии в призмах деталей, находит и захватывает очередную заготовку, поворачивает ее на 90 градусов, подносит к первому станку. Робот прижимает торец заготовки к датчику станка, чтобы правильно установить ее в зажимном приспособлении.

Станки линии работают независимо; окончив операцию, станок посылает вызов роботу, и тот спешит к нему, чтобы снять обработанную деталь и поставить новую заготовку. Перед установкой детали на вторую токарную операцию робот поворачивает ее на 180 градусов. Робот легко манипулирует с тяжелыми валами, устанавливает и снимает их при обслуживании металлорежущих станков, переносит их от станка к станку, измеряет длину и диаметр детали, укладывает готовые изделия.

Ну, а если бы робота не было? Тогда пришлось бы иметь для обслуживания линии специальную транспортную систему с погрузчиками у каждого станка, кантователем, накопителем заготовок и приемным магазином. Применение робота позволило обойтись без всего этого дорогостоящего дополнительного оборудования. До недавнего времени у станков линии неизменно находился рабочий, который устанавливал заготовки, снимал обработанные детали. Он же перевозил их со станка на станок, складировал.

А вот как работает другой робот, предназначенный для автоматизации вспомогательных операций по загрузке токарных станков с ЧПУ и станков полуавтоматов. Необычна конструкция этого робота. У него не одна, а две "руки". Это сделано для того, чтобы станок не простаивал. В тот момент, когда робот подойдет к станку, чтобы одной "рукой" снять обработанную деталь, в другой у него уже будет очередная заготовка, которую он тут же установит на станок. Не придется роботу лишний раз возвращаться и к магазину за заготовкой, благодаря чему значительно уменьшается простой станка.

По-новому здесь решена и проблема перемещения робота-манипулятора с заготовками, деталями от станка к станку, или от станка к магазину и обратно. Манипулятор удобно крепится на транспортном устройстве, которое представляет собой каретку, обхватившую двутавр, и натянутую над ним медную полосу. Эта полоса служит развернутой обмоткой линейного асинхронного двигателя, которая создает бегущее магнитное поле, перемещающее подвижную часть двигателя, смонтированную на каретке. Собирается манипулятор из модулей, что позволяет компоновать его в соответствии с требованиями того или иного технологического процесса. Привод такого манипулятора - пневматический, управляется он с помощью цикловой системы программного управления. Программы работы формируются в процессе обучения, по пробному перемещению, которое проводится вручную по командам с пульта управления.

Большое достоинство манипулятора - это точность позиционирования: отклонения от запрограммированных координат не более 0,05 мм. Такие роботы могут обслуживать различные станки, манипулировать с разными деталями.

Промышленные роботы, как мы уже видели, трудятся без устали: устанавливают заготовки на станки, снимают и укладывают их в тару. А как доставить те же заготовки к станкам, а изготовленные изделия - на склад готовой продукции? Применить конвейеры? Дорого. Вот почему специалисты Ленинградского политехнического института разработали специальный робот-тележку.

В его корпусе помимо отсека для аккумуляторной батареи предусмотрены два кузова, вмещающие по 5 ящиков с деталями. А сверху установлена механическая "рука", которая загружает и выгружает эти ящики. По цеху робот движется по трассам, "обозначенным" под полом ленточным кондуктором. Связь же со станками и другим оборудованием поддерживается с помощью электронно-оптических датчиков. Опыт применения таких роботов-тележек показал, что они позволяют высвободить при двухсменной работе механического цеха не менее 60 человек.

На примере самых различных операций машиностроительного производства роботы-манипуляторы наглядно доказали свое преимущество. Не знающие усталости, они в полтора-два раза увеличивают производительность труда, повышают коэффициент использования оборудования и ритмичность производства. Применение роботов способствует и повышению качества продукции.