Промышленный робот

[править | править вики-текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Промышленные роботы KUKA на автомобильном производстве

Работающие промышленные роботы FANUCмодели R2000iB

Промы́шленный ро́бот — предназначенный для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе манипуляционный робот, т. е. автоматическое устройство, состоящее изманипулятора и перепрограммируемого устройства управления, которое формирует управляющие воздействия, задающие требуемые движения исполнительных органов манипулятора. Применяется для перемещения предметов производства и выполнения различных технологических операций^[1][2].

В литературе на русском языке получило распространение следующее определение промышленного робота, взятое из ГОСТ 25868-85: это — «автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций». В промышленности, впрочем, наряду с манипуляционными роботами, получившими наибольшее распространение, используют также мобильные (локомоционные), информационные, информационно-управляющие, комплексные и другие виды промышленных роботов^[3].

Промышленные роботы обычно являются одним из компонентов автоматизированных производственных систем, применяемых в гибком автоматизированном производстве (РТК, РТЯ, РТУ,РТЛ, РТС, ГПЛ и т. п.), которые при неизменном уровне качества позволяют увеличитьпроизводительность труда в целом.

Экономически выгодно использование промышленных роботов совместно с другими средствами автоматизации производства (автоматические линии, участки и комплексы).

Содержание

[Убрать]

• 1 История

  • 1.1 Начало разработки промышленных роботов

  • 1.2 Появление роботизированного производства

  • 1.3 Дальнейшее развитие промышленных роботов

• 2 Функциональная схема промышленного робота

  • 2.1 Манипулятор

    • 2.1.1 Исполнительный механизм

    • 2.1.2 Рабочий орган

    • 2.1.3 Приводы

  • 2.2 Система управления

    • 2.2.1 Подчинённое управление

  • 2.3 Информационно-сенсорная система

• 3 Применения промышленных роботов

• 4 Достоинства использования

• 5 Структура рынка

• 6 См. также

• 7 Примечания

• 8 Литература

• 9 Ссылки

История[править | править вики-текст]

Появление механических манипуляторов, а затем систем программирования (в т. ч. числового программного управления, ЧПУ) привело к созданию промышленных роботов, т. е. манипуляторов с программным управлением, предназначенных для выполнения разнообразных рабочих операций^[4].

Начало разработки промышленных роботов[править | править вики-текст]

Толчком к появлению манипуляторов промышленного применения стало начало ядерной эпохи. В 1947 году в США группой сотрудников Аргоннской национальной лаборатории во главе с Р. Гёрцем^[en] был разработан первый автоматический электромеханический манипулятор с копирующим управлением, повторяющий движения человека-оператора и предназначенный для перемещения радиоактивных материалов. Выполнять при помощи данного манипулятора такие операции, как вращение гаечного ключа или позиционирование предметов на поверхности, было сложно, поскольку никакойобратной связи по силе он не обеспечивал; однако уже в 1948 году компания «General Electric» разработала копирующий манипулятор «Хэнди Мэн» (англ. Handy Man), в котором такая обратная связь имелась, и оператор мог воспринимать силы, воздействующие на схват манипулятора^[5][6].

Джордж Девол[en]

Первые промышленные роботы в собственном смысле этих слов начали создавать в середине 50-х годов XX века в США. В 1954 году американский инженер Дж. Девол^[en] разработал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт и подал патентную заявку на сконструированное им «программируемое устройство для переноски предметов», т. е. на робот промышленного назначения (патент Деволу был выдан в 1961 году^[7]). Вместе с Дж. Энгельбергом в1956 году он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Её название «Юнимейшн»^[de](англ. Unimation) является сокращением термина «Universal Automation» ‘универсальная автоматика’^[8][9][10].

В 1959 году фирма «Консолидейтед Корпорейшн» (США) опубликовала описание манипулятора с числовым программным управлением (ЧПУ), а в 1960—1961 гг. в американской печати появились первые сообщения о манипуляторах «Transferrobot» и «Eleximan» с программным управлением для автоматизации сборочных и других работ.

Появление роботизированного производства[править | править вики-текст]

В начале 1960-х гг. в США были созданы первые в мире промышленные роботы «Юнимейт»^[en] (фирма «Юнимейшн», 1961 г.) и «Версатран» (фирма«Америкэн Мэшин энд Фаундри»^[en], 1962 г.). Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдалённо напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса^[11][12].

Экспериментальный прототип робота «Юнимейт» был создан уже в 1959 г., а весной 1961 года этот промышленный робот (ныне выставленный вСмитсоновском институте) был введён в эксплуатацию на литейном участке одного из заводов автомобильной корпорации «General Motors», находившегося в городке Юинг^[en] — пригороде Трентона. Робот захватывал раскалённые отливки дверных ручек и других деталей автомобиля, опускал их в бассейн с охлаждающей жидкостью и устанавливал на конвейер, после чего они поступали к рабочим для обрезки и полировки^[13][14]. Работая 24 часа в сутки, робот заменил три смены рабочих на тяжёлой, грязной и опасной работе^[15]. Данный робот имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана^[de] с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.

Промышленный робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскалённых кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счёт механики; сейчас же это соотношение изменилось на противоположное, причём стоимость электроники продолжает снижаться.

Дальнейшее развитие промышленных роботов[править | править вики-текст]

В 1967 году началось использование промышленных роботов на предприятиях Европы: первый промышленный робот (тот же «Юнимейт») был установлен на металлургическом заводе в городе Уппландс-Весбю^[en], Швеция^[12]. В том же году в эру роботизации вступила и Япония, которая приобрела робот «Версатран». Вскоре в Японии и Швеции, а также в Великобритании, ФРГ, Италии и Норвегии начался выпуск промышленных роботов собственного производства (в Японии первой к выпуску роботов приступила компания «Кавасаки Хэви Индастриз», которая в 1968 году приобрела у фирмы «Юнимейшн» лицензию на выпуск промышленных роботов^[16]). Уже к концу 1970-х гг. Япония вышла на первое место в мире как по годовому выпуску роботов, так и по числу промышленных роботов, установленных на предприятиях страны^[17].

В СССР первые промышленные роботы появились в 1971 году; они были создана под руководством профессора П. Н. Белянина (робот УМ-1) и лауреатаГосударственной премии СССР Б. Н. Сурнина (робот «Универсал-50»). В 1972—1975 гг. был создан (усилиями различных научно-производственных организаций) уже целый спектр советских промышленных роботов (в т. ч. роботы серии «Универсал», ПР-5, «Бриг-10», ИЭС-690, МП-9С, ТУР-10 и др.)^[18][19].

С 1960 г. в США разрабатывались роботы с системами управления, основанные на принципе обратной связи. Первоначально задающие устройства в этих системах формировались на коммутаторной плате; в 1974 г. фирма «Цинциннати Милакрон»^[en] впервые применила в системе управления роботомкомпьютер, создав промышленный робот T³ (англ. The Tomorrow Tool  ‘инструмент будущего’)^[9][20].

Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции, как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 1970-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Функциональная схема промышленного робота[править | править вики-текст]

В составе промышленного робота есть механическая часть (включающая один или несколько манипуляторов) и система управления этой механической частью. Кроме этого, робот может иметь средства очувствления (образующие в совокупности информационно-сенсорную систему), сигналы от которых поступают к системе управления^[21].

Манипулятор[править | править вики-текст]

Манипулятор — это управляемый механизм (или машина), который предназначен для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям рукичеловека при перемещении объектов в пространстве, и оснащён рабочим органом^[en][22].

Исполнительный механизм[править | править вики-текст]

Исполнительный механизм манипулятора, как правило, представляет собой открытую кинематическую цепь, звенья которой последовательно соединены между собой сочленениями различного типа; в подавляющем большинстве случаев, однако, встречаются кинематические пары V-го класса (с одной степенью подвижности), а среди последних — поступательные и вращательные сочленения^[23][24].

Сочетание и взаимное расположение звеньев и сочленений определяет число степеней подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота. Обычно предполагают, что первые три сочленения в исполнительном механизме манипулятора реализуют транспортные (илипереносные) степени подвижности (обеспечивая вывод рабочего органа в заданное место), а остальные реализуют ориентирующие степени подвижности (отвечая за нужную ориентацию рабочего органа)^[25]. В зависимости от вида первых трёх сочленений большинство роботов относят к одной из четырёх категорий^[26][27]:

• роботы, работающие в декартовой системе координат — роботы, у которых все три начальных сочленения являются поступательными (например, робот RS-1 компании IBM);

• роботы, работающие в цилиндрической системе координат — роботы, у которых среди начальных сочленений два поступательных и одно вращательное (например, робот Versatran 600 фирмы Prab);

• роботы, работающие в сферической системе координат — роботы, у которых среди начальных сочленений одно поступательных и два вращательных (например, робот Unimate 2000B фирмы «Юнимейшн»);

• роботы, работающие в угловой, или вращательной, системе координат — роботы, у которых все три начальных сочленения являются вращательными (например, роботы PUMA фирмы «Юнимейшн» или T³ фирмы «Цинциннати Милакрон»).

Для некоторых манипуляторов подразделение степеней подвижности на переносные и ориентирующие не принято. Примером могут служить манипуляторы с избыточностью (т. е. с числом степеней подвижности, бо́льшим шести); здесь управление перемещением рабочего органа и управление его ориентацией не «развязаны» по отдельным группам сочленений^[25].

В некоторых случаях манипулятор промышленного робота устанавливают на подвижное основание, что означает наделение его дополнительными степенями подвижности. Так, манипулятор устанавливают на рельсы или же на подвижную каретку, передвигающуюся по напольной колее или вдоль подвесных направляющих^[28].