Глава I. Классификация и структура промышленных роботов

Классификация промышленных роботов

Современные промышленные роботы можно условно классифицировать по назначению, специализации, основным параметрам (грузоподъемность, мобильность, тип привода, тип системы управления и др.), кинематическим признакам и т. п.

По назначению роботы можно условно разделить на два основных класса: производственные и транспортные. Производственные роботы осуществляют основные операции процессов технологии различных видов производств - литейного, кузнечно-прессового, штамповочного, сварочного, изготовления деталей из порошковых материалов, механообрабатывающего, сборочного, окрасочного и т. д. и обычно оснащены соответствующим инструментом или устройством, например для нанесения покрытия литейной формы, покраски, сварки, завертывания гаек и т. п. Транспортные роботы выполняют работы по межоперационной передаче заготовок, деталей и изделий с автоматической загрузкой и разгрузкой различного оборудования, передают готовые детали и складируют их, например, в конце сборочных линий укладывают готовые изделия в контейнеры или на поддоны, обслуживают технологическое и транспортное оборудование, часто работая с ними совместно и синхронно. В ряде случаев транспортные роботы могут выполнять как основные технологические операции, так и вспомогательные работы по транспортированию, аналогично и производственные роботы часто приспособлены к определенным транспортным операциям.

Каждый из этих типов роботов может быть универсальным или специализированным. Универсальные роботы предназначены для выполнения основных, вспомогательных, транспортных и других работ в различных видах промышленных производств, а специализированные имеют целевую область применения: отдельные операции процессов технологии соответствующих видов производств, например точечной сварки, окраски методом распыления, обслуживания различного технологического и другого оборудования по формообразованию и т. п. Универсальные промышленные роботы для выполнения вспомогательных работ (например, обслуживания различного технологического и транспортного оборудования) могут также при их оснащении соответствующим инструментом выполнять операции некоторых процессов технологии. Специализированные роботы предназначены как для* целевого выполнения определенных технологических операций, так и для вспомогательных работ по обслуживанию оборудования, автоматизированных технологических комплексов, поточных линий, участков, отдельных видов производств: литейного (при производстве отливок в разовые песчаные формы, в постоянные формы - в кокиль, под давлением и т. п.), холодно- и горячештамповочного, кузнечно-прессового, металлообрабатывающего, гальванического и др.

К основным параметрам промышленных роботов относятся мобильность, грузоподъемность, число степеней свободы, точность позиционирования, рабочая зона, тип и число основных рабочих органов, вид, величина и скорость их перемещения, тип привода и системы управления и др.

Под мобильностью подразумевается способность роботов в целом (помимо движений рабочих органов) осуществлять перемещение в пространстве. По мобильности роботы могут быть стационарными (напольными, подвесными) или передвижными напольными (по рельсам, на катках и т. п.) и подвесными, перемещающимися по балкам или рельсам над рядами установленного оборудования. Такие роботы могут одновременно обслуживать группу различного технологического оборудования, например металлорежущих станков, штамповочных прессов и т. п. или конвейеров. В настоящее время преобладает стационарная конструкция промышленных роботов, что в определенной степени объясняется тем, что у передвижных роботов, успешно используемых для обслуживания групп различного оборудования, при перемещении, например по рельсовому пути, возникают некоторые затруднения с обеспечением требуемой степени точности позиционирования, с питанием энергией, созданием связей со средствами управления.

Промышленные роботы могут устанавливаться стационарно по отношению к обслуживаемому оборудованию, обеспечивая подачу к нему заготовок, деталей, изделий, или перемещаться от одного станка к другому. В последнем случае следует учитывать конфигурацию и ориентацию деталей на всех этапах, положение приспособлений и захватов роботов и некоторые другие факторы. Применяемые стационарные роботы обслуживают площадь в пределах окружности, описанной их радиусом действия: 1000-2600 мм, а чаще всего менее 1000 мм. Для расширения зоны действия практикуется установка роботов на рельсы или на другие устройства, при помощи которых они становятся передвижными и получают возможность совершать дополнительные движения.

Грузоподъемность робота характеризуется общей наибольшей массой, с которой он способен оперировать - наибольшей силой, развиваемой его рабочими органами в любом их положении, а также (дополнительно) каждым из них в отдельности при наибольшей скорости движения. Кроме номинальной грузоподъемности, важным параметром является грузоподъемность при пониженных скоростях перемещения, существенно возрастающая при этом. Число степеней свободы, характеризующее подвижность робота, определяет общее число степеней свободы робота, суммарное число всех движений, совершаемых всеми рабочими органами. В отдельных отечественных и зарубежных роботах не рекомендуется почему-то в этот параметр включать движения, совершаемые таким важным рабочим органом робота, как захват, что вряд ли оправдано.

К одним из наиболее важных параметров роботов, часто влияющих на возможность их использования в конкретных производственных условиях, относится точность позиционирования. Она определяет степень точности движения рабочих органов робота при многократном перемещении изделий заданной массы в предусмотренное положение и в какой-то степени характеризует его надежность. На точность позиционирования влияют грузоподъемность, конструкция и кинематика рабочих органов, тип приводов и системы управления и другие факторы. Наиболее высокие требования в отношении точности позиционирования предъявляются к роботам, предназначенным для обслуживания сборочных операций, в особенности таких, как запрессовка, сборка с высокоточным сопряжением деталей и т. п.

Рабочая зона характеризует пространство, занимаемое рабочими органами робота при осуществлении ими всех видов предусмотренных наибольших по величине движений (линейных и вращательных). Используемые в настоящее время промышленные роботы имеют грузоподъемность от нескольких десятков грамм до трех и более тонн, число степеней свободы - от 2 до 6 и более, точность позиционирования 0,05-5 мм, объем обслуживаемого пространства 0,01 - 10 м³. Например, в США выпускаются промышленные роботы грузоподъемностью 2722 кг, в Англии создан робот для установки валков массой до 12 т на шлифовальный станок. Однако, как показало специальное обследование, более 80% промышленных роботов применяются для манипулирования деталями и изделиями массой менее 1 кг, чаще всего цилиндрической формы диаметром до 50 мм.

Системы управления промышленными роботами осуществляют формирование логической последовательности выполнения операции их рабочими органами по заданным параметрам, запоминание пространственных координат каждой операции и (в отдельных системах) корректирование (при отступлении от заданных) параметров - скорости, ускорения и др. К основным типам систем управления промышленными роботами можно условно отнести жесткопрограммируемые системы и управляемые от ЭВМ (микроЭВМ, микропроцессоров). Жесткопрограммируемые системы бывают позиционные (цикловые, аналоговые, числовые), контурные (импульсные, числовые) и комбинированные - позиционно-контурные. В жесткопрограммируемых системах используются различные элементы управления - электрические, электронные, пневматические, комбинированные и программоносители - штекерные панели, перфоленты, магнитные барабаны и др.