Перспективы развития промышленных роботов и некоторые вопросы их использования в производстве (вместо заключения)

В зависимости от назначения и сложности выполняемых операций промышленные роботы по аналогии с ЭВМ принято условно разделять па три поколения (а иногда еще и на промежуточные - 1,5- и 2,5-поколения). Первое поколение промышленных роботов, широко применяемых в настоящее время, имеет электромеханические системы, программы и память, разомкнутую систему регулирования без обратной связи, определение координат осуществляется с помощью механических стопорных устройств и аналоговых преобразователей положения (высокоточных потенциометров). Роботы первого поколения могут перемещать груз массой от несколько десятков грамм до нескольких тонн и закладываемые в их запоминающие устройства программы могут включать до 1024 движений.

Большая часть промышленных роботов первого поколения имеет рычажное устройство, обладающее тремя степенями свободы, захватное устройство, обладающее обычно еще двумя степенями свободы, и часто передвижную станину, способную перемещаться еще на одну степень свободы. У части находящихся в эксплуатации промышленных роботов первого поколения рычажно-захватное устройство имеет пять степеней свободы, поворот в горизонтальной плоскости, линейное перемещение в вертикальной плоскости и вдоль своей оси, поворот вокруг своей оси и наклон в вертикальной плоскости.

У промышленных роботов второго поколения последовательность операций и запоминание координат реализуются с помощью электронных схем, большая емкость памяти позволяет фиксировать координаты в цифровой форме, что допускает составление сложных программ операций. По сравнению с роботами первого поколения они обладают повышенной мапевренпостью (6-7 степеней свободы) и возможностью хранить в запоминающем устройстве большее число более сложных программ. Часть таких промышленных роботов имеет фотоэлектрические и датчиковые (тактильные и др.) устройства, воспринимающие форму и положение деталей наощупь, хотя это наиболее характерно для роботов третьего поколения. Работа Промышленных роботов второго поколения с высокой степенью точности синхронизируется с работой основного технологического и другого оборудования, повышенная надежность системы числового программного управления обеспечивает длительную бесперебойную эксплуатацию роботов.

Промышленные роботы второго поколения могут применяться для управления оборудованием, автоматизации сборки, замены операторов, средней квалификации в ряде производств, а также для автоматизации процессов управления. Их грузоподъемность - 10 кг и более, они обладают системой упрощенной переналадки и способны к автоматическому самоперепрограммированию, восприятию изменений окружающей обстановки, способностью ведения. Их можно использовать в различных и изменяющихся условиях производства.

Роботы третьего поколения характеризуются наличием некоторых чувствительных устройств с высокой степенью восприятия, обратной связи, состоящей из координации движения рычажно-захватных устройств с помощью теле- зрительного или лазерного устройства, логического устройства значительной емкости, позволяющей принимать решения в зависимости от конкретной обстановки. Роботы третьего поколения с системой управления от ЭВМ могут самостоятельно координировать свои действия восприятием формы, размеров и положения захватываемых деталей или изделий. Объединяя в себе черты и способности ЭВМ и исполнительного механизма, они способны не только обрабатывать, собирать и испытывать отдельные виды изделий, но и управлять производством из нескольких групп оборудования. Роботы третьего поколения могут использоваться для систематического слежения за состоянием парка оборудования, управлять контрольно-измерительными установками и ходом производства, вести учет продукции на различных стадиях производства в складском хозяйстве, выполнять некоторые конструкторские работы, работы в лабораториях и на испытательных станциях, помогать хирургам при операциях, участвовать в космических и глубоководных исследованиях совместно с ЭВМ и т. п.

При внедрении робототехники необходим предварительный анализ условий конкретного производства, чтобы робот стал органической частью технологического процесса. При этом должны учитываться не только основные параметры робота (грузоподъемность, точность позиционирования, число степеней свободы, тип привода, тип рычажного, захватного и других устройств, возможности и скорости их перемещения), не только сочетание его отдельных движений, системы управления и т. п., по и степень автоматизации и использования прочего оборудования, единообразие технологического цикла, источники энергии, возможности размещения робота и вспомогательного оборудования, доступность всех точек оборудования, предполагаемая загрузка робота, частота изменения размеров изделий и их серийности, продолжительность цикла и пр. Необходимо также выявить соответствие технологического, транспортного и вспомогательного оборудования, их расположение, технологическую оснастку.

При применении промышленных роботов (как и при использовании другого автоматического оборудования) необходимо соблюдать определенные правила по технике безопасности, вытекающие из специфических особенностей конструкций робота в целом и его отдельных частей. Степень опасности во многом зависит от размеров робота, его грузоподъемности, рабочего диапазона, системы управления.

Роботы для подъема и установки заготовок и деталей небольшой массы, применяемые для загрузки оборудования с пневматическим приводом, работающие при сравнительно низких (4-6 атм) давлениях, не могут представлять серьезную опасность, особенно когда строго соблюдаются общепринятые правила по технике безопасности при использовании автоматического оборудования с такими приводами. Но при производственной эксплуатации промышленных роботов, работающих на высоких скоростях, инерция их движущихся частей может стать причиной производственного травматизма, особенно там, где робот имеет выступающие захватные и другие устройства.

Роботы большой грузоподъемности с высокими рабочими скоростями требуют соблюдения определенных мер безопасности, например установки защитного заграждения на расстоянии, соответствующем максимальному вылету рычажно-захватного устройства, или ограждения с блокировками, останавливающими работу всех устройств при входе человека в зону ограждения, оборудования проходов микровыключателями, блокирующими систему управления, которая, в свою очередь, останавливает робот^*. Помимо ограждения зон расположения и обслуживания устанавливаются защитные экраны, чтобы устранить неприятные ощущения, возникающие у операторов, обслуживающих оборудование, из-за быстрых движений робота.

^* (У промышленных роботов, имеющих электронные системы управления, как одну из мер по технике безопасности можно использовать в качестве блокирующих систем фотоэлементы, ультразвуковые преобразователи и т. п. При этом следует учитывать, что такие элементы способны останавливать действие робота, яогда человек только входит в опасную зону. Как выход из положения за рубежом иногда устраивают вокруг роботов полы, чувствительные к давлению, и таким образом сигнализируют специальными приборами о появлении на таком настиле человека.)

Следует также учесть, что промышленные роботы первого поколения требуют предварительного и постоянного ориентирования изделий для возможности их захвата, для чего применяются разнообразные лотки, питатели, поддоны, установка и работа которых требуют определенной производственной площади, причем по мере увеличения грузоподъемности точность позиционирования робота снижается (точность позиционирования зависит от точности работы рычажно-захватного устройства, определяемой его видом и размерами, типом привода, а также от вибрации трубопроводов и состояния насоса или компрессора, чувствительности управляющих золотников, погрешности преобразователей и пр.).

В условиях крупносерийного и массового производства, а также переналаживаемых комплексов, для формообразования различными методами, в которых процессы технологии состоят из отдельных непродолжительных по времени операций, возможно широкое применение промышленных роботов с несложной системой управления. Это используется при создании автоматизированных производств, в которых функции управления выполняют роботы.

Вопросы технико-экономической эффективности внедрен и я промышленных роботов в различных видах производств имеют важное значение для автоматизации основных и вспомогательных работ на базе их использования. Как уже отмечалось, использование роботов позволяет решить важную социальную проблему, направленную на улучшение условий труда. Но кроме того их внедрение способствует достижению значительной технико-экономической эффективности.

При определении технико-экономической эффективности внедрения промышленных роботов следует учитывать (как и при внедрении других средств автоматизации) экономию от уменьшения всех затрат, достигнутых при этом: повышение производительности труда, снижение трудоемкости, расхода основных и вспомогательных материалов, энергии, сокращение производственного цикла, брака, повышение использования оборудования и др. С другой стороны - необходимые дополнительные затраты, связанные с роботизацией, затраты на эксплуатацию, включая амортизационные отчисления, техническое обслуживание, новое программирование и наладку, перепрограммирование и переналадку и др. При определении экономического эффекта от повышения производительности труда за счет сокращения трудоемкости следует учитывать, что один робот может обслуживать несколько единиц оборудования и высвободить соответственное число рабочих, а в ряде случаев несколько установленных последовательно роботов могут заменить большее число рабочих (например, три робота могут заменить от четырех до пяти человек). Экономический эффект достигается также от сокращения производственного цикла, устранения межоперационного перемещения, сокращения потерь от брака, из-за устранения повреждений при складировании и т. п.

Сокращение общего цикла производства при использовании промышленных роботов достигается от повышения производительности оборудования и лучшего его использования (особенно в условиях выполнения монотонных работ, приводящих к .быстрому утомлению рабочего-оператора), а также от устранения непроизводительных потерь времени (из-за болезни рабочего, между сменами, на переход от одного вида работы к другому и т.п.).

При использовании промышленных роботов для загрузки и разгрузки металлорежущего оборудования для обеспечения надежного захвата заготовки должны иметь повышенную геометрическую и размерную точность - это дает возможность снизить припуски на обработку и массу заготовки.

При листовой штамповке использование промышленных роботов позволяет внедрить рациональный раскрой материала, уменьшить его отходы, снизить трудоемкость изготовления деталей, а также освободить рабочего от выполнения ручного, неквалифицированного и утомительного труда и удалить его из опасных зон обслуживания.

Применение стационарного напольного робота с двумя синхронно работающими рычажно-захватными устройствами с захватом типа пальцев, поворачивающихся вокруг горизонтальной оси при перемещении под матрицей штампа при вырубке листовых заготовок в последнем ряду, обеспечивает полное использование исходного листа. При этом достигается экономия металла от сокращения отходов при вырубке круглых и прямоугольных заготовок из широкого рулона соответственно на 62 и 40%, а из листа на 60 и 38%. Применение роботов при листовой штамповке заготовок и деталей круглой формы позволяет снизить количество отходов в 2,5 раза, прямоугольной формы - 1,7 раза, а при штамповке деталей электрических машин и аппаратов можно сэкономить 10-15% дорогостоящей электротехнической стали^*.

Эти и другие подобные им многочисленные примеры наглядно показывают необходимость учета при внедрении промышленных роботов в производство экономии от снижения при этом самых разнообразных затрат.

^* (Марпаутов Г. Е., Шумаев В. А. Роботы и экономия металла.- Машиностроитель, 1978, № 1)