/
Author: Белянин П.Н.
Tags: самодействующие системы машиностроение автоматика робототехника автоматизация технологических процессов
Year: 1975
Text
6П5
Б43
УДК 007.52
Рецензент д-р техн, наук А. Е. Кобринский
Белянин П. Н.
Б43 Промышленные роботы. М., «Машиностроение», 1975. 400 с.
с ил.
Книга посвящена новому средству комплексной автоматизации
производства — промышленным роботам. В ней кратко описаны
конструкции отечественных промышленных роботов первого поко-
ления, в том числе первого робота, выпускаемого серийно, а так-
же показаны конструкции лучших зарубежных роботов и приве-
дены их характеристики.
Изложены принципы применения роботов в целях полной ав-
томатизации как отдельных операций, так и технологических ли-
ний. В книге дан анализ особенностей построения технологических
процессов с использованием роботов и проектирования автомати-
ческого технологического оборудования, работающего в общем
контуре с роботами. Описаны примеры практического применения
роботов и дана оценка эффективности их применения.
Намечены некоторые перспективы развития робототехники.
Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических ра-
ботников, занимающихся вопросами механизации и автоматиза-
ции производственных процессов. Кроме того, книга может быть
полезна студентам и аспирантам вузов.
„ 31301-54
Б --------------54-75
038(01)-75
6П5
с. Издательство «Машиностроение», 1975 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Перед работниками промышленности стоят очень
важные задачи: создать машины для комплексной механиза-
ции и автоматизации производства, повысить эффективность ис-
пользования трудовых ресурсов, а также последовательно сокра-
щать применение ручного, тяжелого и неквалифицированного
труда во всех отраслях народного хозяйства.
Одним из наиболее эффективных путей решения этих задач
является создание машин, способных заменить рабочих, выпол-
няющих на производстве множество вспомогательных операций
(загрузку и разгрузку металлорежущих станков, прессов, литей-
ных машин, складирование готовой продукции), а также произ-
водящих сварку, окраску и ряд других работ. В последние годы
для этих целей у нас в стране и за рубежом начали применять
манипуляторы с программным управлением, выделенные в осо-
бый класс машин, получивших наименование «промышленные
роботы».
Промышленные роботы позволяют освободить человека от
выполнения тяжелого, быстроутомляющего ручного труда, часто
не требующего от него высокой и даже средней квалификации.
Они способны заменить человека на производстве и там, где его
труд связан с опасностью, например во взрывоопасных поме-
щениях, при работе с вредными веществами, в условиях, где
велика вероятность травматизма и т. д. Все это позволяет на-
ряду с технико-экономическими аспектами применения промыш-
ленных роботов особо рассматривать и подчеркивать социаль-
ный аспект их применения.
Промышленные роботы позволяют, и это подтверждается
практикой, интенсифицировать использование технологического
оборудования, повысить сменность его работы. Робот не утом-
ляется, он практически нечувствителен к условиям труда. Как
следствие этого, сокращается процент брака выпускаемых
изделий.
Применение промышленных роботов коренным образом
изменяет характер производства, позволяет осуществить его
полную комплексную автоматизацию.
Робототехника сегодня переживает период бурного
развития. Интенсивно ведутся работы в этой области в США,
Японии, Англии, Швеции, ФРГ и других странах. Постоянно
расширяется объем исследований и опытно-конструкторских
разработок в области промышленных роботов и в нашей стране,
наращиваются мощности по их серийному изготовлению. Совер-
з
шенствуются конструкции и создаются новые модели роботов
первого поколения, а также более сложные роботы, способные
«ориентироваться» в окружащей их среде и (в перспективе)
обладающие искусственным интеллектом. Такие роботы будут
иметь высокую степень автономности и потребуют широкого
использования средств вычислительной техники.
В связи с большим интересом, который проявляют к робото-
технике специалисты в области механизации и автоматизации
производственных процессов, выход в свет первой у нас книги
по промышленным роботам является весьма своевременным.
Книга содержит обширные сведения по конструкциям промыш-
ленных роботов как зарубежных, получивших наибольшее рас-
пространение, так и отечественных. Несомненным достоинством
книги является то, что в ней большое внимание уделено воп-
росам рациональной технологии применения роботов, в том чис-
ле при комплексной автоматизации производства с применением
ЭВМ и роботов.
Автор книги, известный специалист в области промышлен-
ных роботов, хорошо знает проблему не только по литературным
источникам; он изучал робототехнику в Японии в 1974 г.
Опыт непосредственного участия в разработке оте-
чественных конструкций роботов позволил автору написать кни-
~у, которая, несомненно, будет полезным практическим пособием
для специалистов, работающих в области механизации и
автоматизации промышленного производства.
Академик АН СССР И. И. Артоболевский
ОТ АВТОРА
Большим резервом роста производительности труда
является автоматизация вспомогательных операций и процессов
обслуживания транспортных, складских, погрузочно-разгрузоч-
ных работ, операций установки и съема заготовок и деталей
и т. п.
Использование этого резерва позволит высвободить тысячи
вспомогательных рабочих и направить их в основное производ-
ство.
Сложную проблему автоматизации вспомогательных работ
с успехом могут решить автоматические манипуляторы с про-
граммным управлением (АМПУ)*, применение которых наибо-
лее целесообразно на вредных и опасных для человека опера-
циях в литейных, малярных, кузнечных и других цехах.
Широкое применение АМПУ (промышленные роботы) най-
дут также на складах и в цехах механической обработки.
Промышленные роботы позволяют полностью автоматизиро-
вать (с использованием оборудования с числовым программным
управлением (ЧПУ) и универсального оборудования с цикловой
автоматикой) не только отдельные операции, но и по-новому,
более рационально и комплексно решать задачу создания
поточных и автоматических линий самого разного назначения.
Применение роботов позволит:
— избавить рабочих от выполнения многих вредных, опас-
ных для здоровья и утомительных ручных операций;
— автоматизировать работу значительной части морально
устаревшего оборудования (прессов, молотов, станков и др.)
благодаря использованию системы ЧПУ робота для управления
технологическим оборудованием, при этом будут автоматизиро-
ваны операции, которые сейчас выполняют только вручную;
— повысить коэффициент использования технологического
оборудования в результате повышения коэффициента сменности
его работы и интенсификации режимов работы и обработки;
— повысить общую культуру труда и частично решить
проблему нехватки кадров по некоторым профессиям (кузнецы,
литейщики, станочники и т. д.).
Информация по вопросам роботов рассеяна в большом коли-
честве отечественных и зарубежных изданий, часто труднодоступ-
* В дальнейшем АМПУ для краткости будем называть промышленными
роботами.
5
ных для инженеров, конструирующих и эксплуатирующих про-
мышленные роботы.
В целях облегчения работы исследователей, конструкторов
и технологов-производственников в настоящей книге описаны
наиболее существенные достижения в практике конструирования
и применения промышленных роботов.
В первой главе приведены общие сведения о роботах и их
классификация. Вторая глава посвящена методам расчета ди-
намики исполнительных механизмов роботов. Третья глава
книги содержит сведения о разработке, производстве и приме-
нении промышленных роботов как в нашей стране, так и в веду-
щих капиталистических странах. В четвертой главе описаны
и проанализированы конструктивные схемы роботов, а в после-
дующих главах (V, VI и VII) —конструкция систем (гидравли-
ческих и пневматических) и элементов конструкции — схватов,
передаточных механизмов, датчиков и т. д.
В главе VIII изложен материал о системах управления
роботами (дана их классификация и описаны конструкции).
В главе IX рассмотрены вопросы применения роботов для
автоматизации и механизации различных технологических
процессов, приведена методика определения технико-экономиче-
ской эффективности применения промышленных роботов.
Десятая глава посвящена проблеме комплексной автомати-
зации производства на базе применения ЭВМ и роботов.
В заключительной, одиннадцатой главе книги изложены
перспективы развития конструкций роботов и робототехники,
приведены краткие сведения о создании «интеллектуальных»
роботов в США и Японии.
Автор выражает глубокую благодарность канд. техн, наук
Б. Ш. Розину и В. Н. Данилевскому, а также инженерам
Е. И. Самсоновой и Б. Г. Краснову за помощь, оказанную при
работе над книгой.
Все замечания и рекомендации по содержанию книги следует
направлять по адресу: 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный
пер., 3, изд-во «Машиностроение».
ВВЕДЕНИЕ
Комплексная автоматизация производства в машино-
строении является одной из важнейших народнохозяйственных
задач.
В последние годы в нашей стране выполнена огромная
работа по созданию средств комплексной автоматизации: созда-
ны и производятся в больших количествах ЭВМ, станки с про-
граммным управлением, автоматические приборы, пневмоавто-
матика и т. д.
Все это позволило решить многие важные задачи автомати-
зации производства изделий машиностроения.
Однако до последнего времени не удавалось автоматизиро-
вать такие операции, как установка заготовок на станок и
снятие обработанных деталей, укладка готовой продукции
в тару, подача листовых заготовок в штамп, манипулирование
деталью сложной формы при окраске, установка инструмента
и т. д. Часто такие операции не только трудоемки, но и одно-
образны, утомительны, а иногда и вредны для работающих.
На универсальных металлорежущих станках с ЧПУ до настоя-
щего времени остаются ручными операции установки и съема
деталей. Эти операции не поддавались автоматизации из-за их
особой сложности, однако в последние годы найдено приемлемое
решение по автоматизации перечисленных операций. Им являет-
ся применение роботов с числовым программным управлением
(ЧПУ).
Первой такой системой был манипулятор с ЧПУ, сделанный
в 1961 г. в США и получивший название «Рука Эрнста» (42].
В 60-х годах над моделями роботов начали работать специали-
сты различных научных организаций нашей страны. В частности,
в 1968 году в Ленинградском политехническом институте
им. М. И. Калинина при участии ученых Ленинградского инсти-
тута авиационного приборостроения и Института океанологии
АН СССР была создана модель робота для проверки возмож-
ности ее использования при глубоководных работах. В это же
время были начаты работы по созданию промышленных робо-
тов первого поколения с ЧПУ. В 1971 г. уже работали опытные
образцы таких машин — робот УМ-1, созданный под руковод-
ством автора и Б. Ш. Розина, робот «Универсал-50», созданный
под руководством Б. Н. Сурнина, а также робот УПК-1, создан-
ный под руководством В. И. Аксенова. Промышленный робот
УМ-1 с аналого-трансформаторной системой ЧПУ был первым
отечественным роботом, примененным на серийных предприяти-
7
ях. В 1972—1973 гг. впервые в нашей стране было освоено се-
рийное производство промышленных роботов УМ-1.
Усилиями нескольких научных коллективов (МВТУ им. Бау-
мана, ОКБ ТК ЛПИ, Институт машиноведения, Институт при-
кладной математики, НИИТМ, Институт проблем управления)
и ряда ученых (академик И. И. Артоболевский, А. Е. Кобринский,
Е. П. Попов, Е. И. Юревич, М. Б. Игнатьев, Н. А. Лакота,
Ф. М. Кулаков, Д. А. Поспелов, В. С. Кулешов, Г. Н. Рапопорт,
Д. Е. Охоцимский, А. К- Платонов, Г. П. Катыс, А. М. Покров-
ский, В. С. Ястребов и др.) создан большой научный задел по
проблеме роботов (исследованы вопросы кинематики и динамики
роботов, управления ими от ЭВМ, разработаны алгоритмы управ-
ления, изучены вопросы синтеза и т. д.).
Следует отметить, что в последнее время к решению пробле-
мы промышленных роботов подключаются все новые и новые
научные и конструкторские организации. Среди них в первую
очередь следует назвать Институт электросварки им. Е. О. Па-
тона (академик Б. Е. Патон и Г. А. Спыну), ЭНИМС, Оргстанк-
инпром, ВПТИ Тяжмаш, а также Горьковский автомобильный
завод, Московский завод «Хромотрон» и др.
Широкий размах приобрели исследования и разработки про-
мышленных роботов за границей.
Первыми были признаны и нашли сбыт американские про-
мышленные роботы «Юнимейт» и «Версатран», разработанные
соответственно фирмами «Юнимейшн» и «Американ Машин энд
Фаундри».
В 1972 г. ежемесячно выпускалось 25—30 роботов «Юнимейт»,
к 1974 г. эта цифра удвоилась. Практическое применение таких
роботов в автомобильной и металлургической промышленности
оказалось экономически выгодным [50]. Не требуя остановки на
обслуживание, робот может действовать 500—700 ч. Общие
потери, связанные с простоями для ухода, ремонта и переналад-
ки, не превышают 2% отработанного роботом времени. В этих
условиях затраты на приобретение роботов «Юнимейт» или «Вер-
сатран», в сумме 25—35 тыс. долл., окупаются за 1,5—2,5 г. Об-
щий срок службы промышленных роботов в настоящее время
доведен до 40 тыс. часов и больше. Ежегодная экономия от
25 таких роботов составляет более 100 тыс. долл.
В 1969 г. в США было продано 100 промышленных роботов,
а в 1970 г.— 200 (на сумму около 2 млн. долл.). В 1974 г. фран-
цузский бюллетень «Индюстри э сосвете» сообщал, что в Соеди-
ненных Штатах, Норвегии, Великобритании, Японии, Франции
«трудятся» свыше 3 тыс. роботов. Это автономные серийные
роботы «Тралфа», «Юнимейт», «Версатран» и др., с помощью
которых их создатели пытаются освободить человека от труд-
ной, монотонной работы.
Конечно, «Юнимейт» и «Версатран» еще довольно примитив-
ны — они способны лишь брать и перемещать в нужном направ-
8
лении определенные предметы. Но есть у них и преимущества:
они могут в самых трудных условиях бесконечно повторять одни
и те же движения. А если сменить программу, они будут «уз-
навать» другие предметы и манипулировать ими.
По данным американских ученых Лео Дрисколла и Джона
Котли, в Японии в 1969 г. было продано промышленных роботов
на сумму 6,3 млн. долл., а в 1975 г. эта сумма возрастет до
126 млн. долл., т. е. будет продано примерно 3000 роботов.
В настоящее время в Японии разработкой и производством
промышленных роботов занято около 80 фирм, 115 различных
моделей роботов уже разработано, более 1500 японских роботов
проданы и используются на японских предприятиях для метал-
лообработки, литья, прессования пластмасс и на других рабо-
тах [52].
Промышленные роботы создаются сейчас в ФРГ, Швеции и
других странах Европы [44]. В США разработкой и выпуском
роботов занято около 20 фирм, а в Западной Европе — более
15 фирм.
По прогнозу американских ученых в 1973 г. в одном Детройте
число применяемых промышленных роботов должно было
достигнуть 5000, а к 1975 г. в США прогнозировалось использо-
вание 50000 роботов. Хотя эти прогнозы и не оправдываются,
тем не менее применение промышленных роботов имеет устойчи-
вую тенденцию роста.
Средняя почасовая оплата труда американских рабочих к
1975 г. может достичь 4,5 долл., в то время как при двух-
сменной работе эксплуатационные расходы на мини-роботы
ближайшего будущего не будут превосходить 3 долл, в час
(данныё Л. Дрисколла и Д. Котли). Это и является основной
причиной, побуждающей американских промышленников по-
купать и использовать роботы сейчас и в будущем [38].
Растущую популярность роботов семидесятых годов можно
сравнить только с популярностью станков с ЧПУ в шестидеся-
тые годы (известно, что число этих станков в США возросло
с 1959 по 1968 г. со 193 до 16013 шт.).
В условиях социалистического хозяйства роботы привлекли
к себе внимание ученых и инженеров, чтобы избавить рабочих
от тяжелой, вредной и однообразно-утомительной работы, а
также уменьшить дефицит вспомогательного персонала и рабо-
чих основного производства.
Непрерывно увеличивающийся объем социалистического
производства ведет к нехватке рабочей силы, а повышающийся
образовательный и профессиональный уровень населения уско-
ряет процесс утечки рабочей силы из производств, отличающих-
ся монотонностью и примитивностью. Немаловажное значение
имеет также увеличение сложности и стоимости труда и необ-
ходимость повышать производительность, особенно в сфере
вспомогательного производства.
9
Роботов в производственных процессах используют в настоя-
щее время в трех основных направлениях:
1) для работы в смертельно опасных и агрессивных средах;
2) при выполнении тяжелых односложных примитивных
операций;
3) в технологических процессах, для которых характерны
тяжелые условия труда, вызывающие профессиональные забо-
левания рабочих и быструю их утомляемость из-за высокой
температуры, шума, вибраций [25, 26].
Многообразие функций, которые выполняют или могут вы-
полнять роботы, уже сейчас позволяет перейти к созданию авто-
матизированных комплексов, объединяющих обрабатывающее,
транспортное, сборочное, контрольно-измерительное и испыта-
тельное оборудование. В таких комплексах промышленные
роботы будут выполнять все вспомогательные и часть основных
операций.
Использование ЭВМ для управления автоматическими и
автоматизированными комплексами обеспечит оптимизацию
управления всеми элементами комплекса, а также позволит
применить методы и средства адаптивного контроля для повы-
шения устойчивости и точности комплексно-автоматизирован-
ного технологического процесса.
Создание автоматизированных производственных комплек-
сов так же, как и проектирование промышленных роботов, пред-
ставляет собой сложную научную и техническую задачу, поэтому
инженеры, конструкторы и ученые должны быть знакомы с по-
следними достижениями робототехники.
Предлагаемая книга содержит сведения по конструкциям
лучших отечественных и зарубежных роботов. В кнюе кратко
приведено довольно много сведений о 'практическом применении
роботов для автоматизации промышленного производства (в том
числе описан опыт первого применения робота УМ-1).
В настоящее время созданы универсальные роботы, которые
применяются для автоматизации массового или крупносерий-
ного производств. Перспективы более широкого внедрения робо-
тов связаны с созданием роботов, предназначенных для мелко-
серийного и единичного производства. Задача поиска конструк-
ции таких специализированных и специальных роботов и систем
управления для них является в настоящее время чрезвычайно
важной и срочной, так как область применения универсальных
роботов первого поколения (лучше приспособленных к условиям
массового производства), видимо, ограничена.
Тем не менее универсальные роботы будут достаточно широ-
ко использоваться, поэтому опыт применения роботов первого
поколения (типа робота УМ-1) имеет большое значение для
развития их конструкций и эксплуатации.
Глава I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РОБОТАХ
1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Самым эффективным показателем технического про-
гресса является уровень производительности труда. Основными
направлениями повышения производительности труда в настоя-
щее время являются автоматизация технологических процессов
(в том числе, благодаря использованию вычислительной техни-
ки), а также применение легко обрабатываемых материалов.
Проникновение электронной вычислительной техники в раз-
личные сферы деятельности людей вызвало существенные пере-
мены в промышленности. Первые вычислительные машины по-
явились немногим более 20 лет тому назад. К 1965 г. количество
их в США достигло 30 000 и к 1970 г. удвоилось.
Темпы производства и применения ЭВМ у нас и за рубежом
до сих пор остаются очень высокими.
Качественно новым решением задачи автоматизации основ-
ных операций серийного производства явилось создание автома-
тизированного оборудования с программным управлением, а
также машин нового класса — манипуляторов с программным
управлением, получивших название «промышленные роботы».
Это название в наибольшей степени отражает существо идей,
которыми руководствуются разработчики при создании и при-
менении этих машин для построения автоматических технологи-
ческих систем [15, 73].
Идея создания робота зародилась давно. Впервые слово «ро-
бот» употребил Карел Чапек. Созданное им слово «робот» (от
чешского слова «робота» — барщина, каторжный труд) вошло
в международный лексикон и стало общеупотребительным.
У Чапека «механические люди» — роботы, не чувствующие
боли и не испытывающие человеческих чувств, заменяли живых
людей, работающих на фабриках и заводах.
В то время уровень техники еще не позволял создать про-
мышленный робот. Более 40 лет понадобилось для того, чтобы,
опираясь на достижения в развитии автоматических систем уп-
равления и успехи электроники и гидравлики, ученые и специа-
листы смогли создать первые промышленные роботы.
В статье из журнала «Машинери мэгэзин», посвященной появ-
лению роботов на заводах США, сообщалось, что в американ-
11
ской металлообрабатывающей промышленности появился но-
вый тип производственного рабочего. Он не состоит в проф-
союзе, не пьет кофе в обеденном перерыве, работает 24 ч в сутки
и не интересуется пособиями или пенсионной оплатой. Он ос-
ваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет
ее хорошо. Он никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и
никогда не получает увечий на работе. Он — промышленный
робот.
Появление роботов промышленного назначения как нового
класса машин, предназначенных для автоматизации производ-
ства, требует уточнения определений некоторых широко извест-
ных средств механизации и автоматизации производственных
операций.
Механическая рука — это автоматически действующее (без
участия в управлении человека) устройство для выполнения
вспомогательных и транспортных производственных операций,
переналадка которого с одной операции на другую требует ре-
гулировки или замены кинематических звеньев (удлинения или
укорочения рычагов, замены кулачков, перестановки упоров
и пр.).
В основе управления механической рукой лежит цикловая
автоматика — применение упоров, концевых выключателей и
релейных схем.
Примером таких устройств являются механические руки,
применяемые в автоматических линиях для установки и съема
обрабатываемых деталей на станках, входящих в линию.
Возможность выполнения одной или нескольких простых
операций, наличие жесткой программы, сложность и длитель-
ность переналадки, требующей остановки, а также отсутствие
человека в контуре управления являются главными общими
признаками механических рук, которые в будущем станут более
широко применяться в промышленном производстве.
Телеоператор — это устройство с дистанционно управляемым
исполнительным (рабочим) органом для выполнения вспомога-
тельных и основных производственных операций, управляемое
человеком, который по своему желанию осуществляет переход
(переналадку) от одной операции к другой (в пределах воз-
можных операций). Телеоператоры конструируют для работы
в очень трудных условиях.
Примером устройств типа телеоператора являются «Луно-
ход-1» и «Луноход-2», использованные при изучении Луны для
оценки свойств лунного грунта, перемещения телекамеры и об-
следования особенностей лунной поверхности.
К телеоператорам относят также устройства для подачи и
поворотов нагретой заготовки при открытой ковке, для засыпки
шихты в плавильные печи и другие машины, управляемые
человеком-оператором (в том числе автооператоры для работы
с радиоактивными изотопами).
12
Возможность выполнения достаточно большого количества
простых операций, отсутствие программы, обязательное участие
человека в управлении, простой переход (переналадка) от одной
операции к другой в различных последовательностях без пре-
кращения работы, ограниченность числа выполняемых производ-
ственных операций являются основными признаками телеопера-
торов.
При управлении телеоператорами используются огромные
информационные и адаптивные способности человеческого моз-
га, поэтому телеоператоры будут очень широко применяться для
работ в опасной для человека среде, в том числе для работы в
космическом пространстве.
Промышленный робот — это автономно функционирующая
машина-автомат, предназначенная для воспроизведения неко-
торых двигательных и умственных функций человека при выпол-
нении вспомогательных и основных производственных операций
без непосредственного участия человека и наделенная для этого
некоторыми его способностями (слухом, зрением, осязанием,
памятью и т. п.),.а также способностью к самообучению, самоор-
ганизации и адаптации, т. е. приспособлению к внешней среде.
Промышленных роботов в таком их понимании человечество
еще не создало; пока разработаны и применяются роботы, не
обладающие устройствами типа органов чувств человека и спо-
собностью «мыслить», однако существующие машины этого
класса, характеристики которых по ряду параметров превосхо-
дят механические руки, стали называть промышленными робо-
тами. Во всех случаях промышленный робот состоит из програм-
матора, (системы управления) и манипулятора (силового испол-
нителя), являясь автоматическим манипулятором с программ-
ным управлением.
Для выполнения сложных производственных функций робот
должен иметь:
1) рабочие органы — «руки» с приводами, а иногда и органы
перемещения в пространстве («ноги» или другие устройства);
2) управляющую систему или вычислительную машину с
памятью (ею может быть централизованная ЭВМ, осуществляю-
щая групповое управление несколькими роботами, снабженны-
ми более простыми индивидуальными управляющими устрой-
ствами);
3) комплекс датчиков состояния внешней среды, а также
датчиков рабочих органов робота.
Для обеспечения работы робота нужен комплекс средств
общения человека с роботом, необходимых для ввода команд,
контроля функционирования и т. п.
Внедрение роботов является дальнейшим развитием процес-
са механизации и автоматизации труда, когда функции человека
передаются машине.
13
Промышленные роботы создают условия для качественного
скачка в автоматизации путем организации комплексно-автома-
тизированных участков и цехов, управляемых ЭВМ, при этом
роботы восполняют недостающее звено в цепи автоматизации.
В отличие от традиционных методов автоматизации массового
производства на базе автоматических линий автоматизация
с применением промышленных роботов имеет ряд преимуществ:
— сравнительная простота обеспечения сколь угодно слож-
ной циклограммы работы исполнительных органов, включая их
движение по плоским и пространственным траекториям, измене-
ние скоростей, ускорений и нагрузок, смену рабочего инструмен-
та и т. д.;
— простота переналадки циклограммы работы оборудования;
— средства, затраченные на проектирование универсальных
и специализированных роботов, не требуется расходовать вто-
рично при переходе роботов от одной работы к другой;
— стоимость внедрения автоматических линий обычно
выше стоимости внедрения роботов (последние подвергают
отладке при их изготовлении, а отладку и регулировку линий
производят непосредственно при их внедрении).
При внедрении роботы требуют, как правило, только кратко-
временной ручной настройки на заданную программу и выбор
блокировок, в то время как с момента принятия решения об
автоматизации производства до его реализации без применения
роботов проходит значительное время, за которое оборудование
и технология нередко успевают устареть.
Специалисты одной американской фирмы изучили различные
проекты автоматизации производства на основе специальных
автоматических машин и сопоставили их с возможностями про-
мышленных роботов. Было исследовано 74 различных проекта
автоматизации с учетом времени проектирования и внедрения.
Были получены следующие данные: для восьми проектов это
время не превышало шести месяцев, для 47 проектов составило
больше года, для остальных — от шести месяцев до года. При-
нятым проектом автоматизации предусматривалось использова-
ние специального станка-автомата. Пока этот механизм проек-
тировали, изготовляли и отлаживали, уже эксплуатировался
промышленный робот «Юнимейт» (семь дней в неделю при трех-
сменной работе) и полностью окупил затраты на его покупку и
уход.
С применением роботов связано новое направление автома-
тизации ручных работ в серийном производстве, основанное на
комплексном применении автоматизированного технологическо-
го оборудования и промышленных роботов, что позволяет вы-
свободить часть основных и вспомогательных рабочих нз произ-
водственного цикла.
Применение роботов стимулирует переход на прогрессивные
методы поточного производства и создает предпосылки автома-
14
тизации как отдельных производственных позиций, так и про-
изводства в целом.
На основе роботов можно объединить оборудование в коор-
динированно работающие технологические комплексы различ-
ного масштаба, не связанные жестко по планировке и числу
комплектующих агрегатов. Такие комплексы обеспечивают
оптимальную структуру технологических процессов в широком
диапазоне серийности изделий. Открываются новые возможно-
сти эффективной организации серийного производства, суть
которых заключается в автоматизации и централизованной ко-
ординации материальных и информационных производственных
потоков на основе применения роботов и средств вычислитель-
ной техники.
При ручной загрузке станков или сборке изделий выпуск
продукции за определенное время является переменной величи-
ной, колебания которой обусловлены физическим состоянием
рабочего и его квалификацией.
В таких условиях трудно синхронизировать работу станков
и добиться оптимальной их производительности. С применением
роботов эти задачи упрощаются. Роботы выравнивают и стаби-
лизируют производительность отдельных станков, что упорядо-
чивает производство и создает предпосылки для оптимальной его
организации.
Особо благоприятные условия для применения промышлен-
ных роботов создаются в связи с развитием программного
управления различным технологическим оборудованием, приме-
нением высокопроизводительного специализированного и уни-
версального оборудования, повсеместным внедрением вычисли-
тельной-техники в производство.
Высокопроизводительные металлорежущие станки, контроль-
ные установки, литейное, кузнечно-штамповочное, сварочное,
гальваническое, термическое и другое оборудование с программ-
ным управлением, конвейеры с автоматическим адресованием
грузов, автоматизированное складское хозяйство требуют ис-
пользования гибких и производительных средств автоматизации
ручных операций по загрузке — разгрузке и управлению авто-
матизированным технологическим оборудованием. В этих усло-
виях промышленные роботы становятся необходимым элементом
автоматизированного производства.
Важная особенность применения роботов состоит в том, что
они позволяют наиболее просто совмещать в едином цикле не
только загрузочно-разгрузочные, но и основные технологические
операции. Учитывая накопленный опыт, можно указать следую-
щие области наиболее рационального применения промышлен-
ных роботов в настоящее время:
1) при транспортировке, загрузке и выгрузке заготовок и
изделий; смене инструмента и оснастки на технологическом
оборудовании и машинах;
15
2) для автоматизации процессов складирования заготовок,
деталей и инструмента;
3) при непосредственном осуществлении ряда технологиче-
ских операций (мойка, очистка, окраска, сварка, газовая резка
и др.);
4) для автоматизации процессов сборки и разборки узлов и
изделий, а также для автоматизации контроля и испытаний.
Промышленные роботы позволяют более полно использовать
возможности технологического оборудования, повысить произво-
дительность труда, высвободить большое количество людей,
занятых на вспомогательных операциях, и тем самым создают
предпосылки для повышения коэффициента сменности работы
оборудования, а главное — дают важный социальный эффект
в связи с освобождением человека от неквалифицированного,
тяжелого, утомительного, однообразного, а также вредного для
здоровья труда.
В условиях планового социалистического хозяйства ком-
плексная автоматизация обеспечит огромный рост производи-
тельных сил, повысит эффективность общественного производ-
ства в интересах всего народа.
В будущем человек не будет участвовать в производственных
процессах, которые могут выполняться автоматами намного луч-
ше его. Человеческий мозг с его удивительной способностью
быстро принимать и менять решения будет использоваться для
решения сложных творческих задач.
В зависимости от степени совершенства и главным образом
от их информационных возможностей промышленные роботы
подразделяют в настоящее время на три поколения.
К первому поколению относятся роботы УМ-1, «Версатран».
«Юнимейт» и другие аналогичные модели, не обладающие
устройствами типа органов чувств человека для сбора инфор-
мации о внешней среде, однако имеющие память, которая
позволяет легко обучаться. По сравнению с механической рукой
роботы первого поколения легко переналаживаются на выполне-
ние различных операций. Они универсальны и применяются,
в основном, в машиностроительной (металлообрабатывающей)
промышленности.
Роботы первого поколения работают по жесткой программе,
для управления ими используется память на твердых элементах,
на магнитных лентах, дисках, барабанах и других программоно-
сителях. В большинстве роботов первого поколения используют-
ся системы с ЧПУ. Роботы запоминают программу и способны
выполнять ее в автоматическом цикле любое число раз. Приме-
нение жестких программ, введенных в память робота, существен-
но упрощает его конструкцию, облегчает переналадку. Однако
многие производственные операции (например, сборочные, мон-
тажные) из-за сложности не могут быть запрограммированы
жесткой программой. Для таких процессов требуются роботы,
16
обладающие способностями самообучения, адаптации к внешним
условиям и большей информационной мощностью.
В роботы второго поколения частично закладываются само-
организующиеся системы управления, обучения и адаптации
с использованием ЭВМ. Информация о внешней среде соби-
рается в процессе движения руки человека или робота. Управ-
ляющей ЭВМ задается только конечная цель процесса.
Первым представителем этого поколения роботов, вероятно,
можно считать «руку Эрнста», созданную в Массачузетском
технологическом институте. Этот робот обладает зачатками це-
лесообразного «поведения» при взаимодействии с внешней сре-
дой. Программа носит общий характер, содержит лишь алгоритм
поиска. Схват руки очувствлен благодаря расположенным на
нем датчикам; спереди схвата вмонтирован фотодиод, подаю-
щий сигнал еще до соприкосновения с деталью или препят-
ствием.
Экспериментальные образцы роботов второго поколения уже
создаются в СССР, США, Японии и других странах.
Начата разработка роботов третьего поколения [9, 23, 61, 75].
Созданные системы этих роботов относятся к первым экспе-
риментальным вариантам, способным распознавать предметы
в пространстве, вырабатывать планы решения поставленных
перед ними задач и контролировать их выполнение с использо-
ванием совокупности анализаторов (зрительных, слуховых
и др.). Круг задач, решаемых этими системами, пока еще очень
ограничен. Объектами манипулирования могут быть предметы
с плоскими поверхностями или поверхностями тел вращения;
внешняя среда для перемещения робота также имеет упрощен-
ный вид, но уже проводят эксперименты по созданию роботов
для решения более сложных задач.
Информационные возможности роботов третьего поколения
значительно выше, чем второго. Они обладают большей автоном-
ностью и «разумностью» действий, более высоким быстродействи-
ем и точностью позиционирования по сравнению с роботами
второго поколения. В роботах третьего поколения сбор инфор-
мации может осуществляться независимо от движения руки и
предшествовать ему.
Роботы третьего и следующих поколений должны обладать
гораздо большей информационной мощностью, более эффектив-
ной обработкой собираемой информации и совершенством
программ.
В будущем, очевидно, будут созданы устройства распознава-
ния не только зрительных, но и звуковых образов, а также
адаптивные системы рационального «поведения» роботов в слож-
ной, опасной и быстроменяющейся обстановке.
Академик И. И. Артоболевский отмечает, что в наше время
качественно изменилось само понятие машины [1]. Теперь маши-
2 Заказ 3483
17
на в ряде случаев служит для замены, облегчения и повышения
производительности не только физического, но и умственного
труда, а иногда и физиологических функций человека.
При создании промышленных роботов не ставят задачу
скопировать форму человека и «конструкцию» его руки, не тре-
буют воспроизведения бесконечного по богатству и сложности
набора движений, который может применить человек. Живому
организму свойственно чрезвычайно большое число степеней
свободы (только рука человека имеет их 27). Этого не имеют
самые сложные механизмы.
Труд сделал человеческую руку тончайшим, непревзойден-
ным инструментом. Ее пальцы по желанию могут двигаться
медленно или быстро, способны к самым тонким дифференци-
рованным движениям, а при надобности проявляют достаточную
силу, что очень трудно воспроизвести в механизмах.
В промышленных роботах заложена идея функционального
моделирования производственных процессов, состоящих из цик-
лически повторяющихся вспомогательных и основных операций.
Роботы обладают сейчас грузоподъемностью до 40—50 кг, име-
ют пять-шесть степеней свободы рабочих органов и снабжены
сменными операционными механизмами: схватами, силовыми
головками и т. п. «Рука» робота является приближенным анало-
гом руки человека и может выполнять те же действия, которые
выполняются рабочим при взятии, перемещении и установке
деталей или изделий.
Движения осуществляются от системы программного управ-
ления (ПУ). Быстрота и точность действий роботов уже сегодня
соизмеримы или превосходят возможности человека. Функцио-
нальная универсальность, программируемый рабочий цикл,
быстрота переналадок обеспечивают широкие технологические
возможности роботов.
При переносе грузов малой массы (до 1,5 кг) человек дви-
жется быстрее робота (рис. 1),
щается на расстояние, наиболее
лах 40 см от плеча). Различие
особенно когда груз переме-
удобное для человека (в преде-
во времени перемещения груза
малой массы для человека и
'робота становится небольшим,
когда расстояние превышает
50 см. Время перемещения тя-
желого груза (более 10 кг) че-
ловеком больше при любом
расстоянии и увеличивается
пропорционально расстоянию.
Рис. I. Время движения человека с
грузом свыше 10 кг (/); человека с
грузом до 1 кг (2); робота с грузом
до 40—50 кг (5).
18
Рис. 2. Области использования ручного тру-
да (У); роботов (2); средств специальной
автоматизации (3); средств механизации (4)
Таким образом, наиболее эффективная
область применения роботов — это пе-
ренос грузов массой свыше 10 кг на
расстояние, превышающее радиус дей-
ствия руки человека.
На симпозиуме по роботам, прохо-
дившем в 1972 г. в Чикаго, много вни-
мания было уделено использованию
роботов в разных отраслях промыш-
ленности. В докладе представителя Центральной научно-исследо-
вательской лаборатории фирмы «Хитачи» (Япония) отмечалось,
что есть некоторые области, где роботы более предпочтительны,
чем другие средства механизации и автоматизации.
На рис. 2 показаны области использования ручного труда
и различных средств механизации и автоматизации. На этом
графике видно, что ручной труд рационально применять при
очень малой продолжительности работ и малой массе изделий,
а специальную автоматизацию — для гораздо большей продол-
жительности и более тяжелых изделий. Между этими двумя
областями лежит область оптимального использования ро-
ботов.
Однако ряд факторов может оказать существенное влияние
и сместить область рационального применения роботов в ту
или иную сторону, например, на рискованных работах с
малой ’продолжительностью предпочтение следует отдать робо-
там. Такой широкий диапазон «профессий» роботов в
сочетании с быстрой переналадкой обеспечивает успех их
применения.
Некоторые роботы могут обладать органами чувств, которых
нет у человека, например, реагировать на радиоактивность,
изменение температуры в тысячные доли градуса, «чувствовать»
электромагнитные поля, «слышать» ультразвуки. Что же каса-
ется рабочих движений, то робот может в некоторых случаях
выполнять движения, недоступные для человека.
Механические руки, телеоператоры и промышленные роботы
как машины состоят из двух обязательных частей: командного
(или управляющего) устройства и исполнительного механизма,
который в последнее время часто называют манипулятором,
т. е. механизмом, воспроизводящим некоторые двигательные
функции рук человека.
Исполнительный механизм, воспроизводящий двигательные
функции ног, называют педипулятором или шагающей
машиной.
2*
19
2. КЛАССИФИКАЦИЯ РОБОТОВ
Несмотря на обширность издаваемой литературы по
роботам и манипуляторам, научно-обоснованной классификации
их пока еще нет. Предлагаемая классификация (рис. 3) по мере
получения результатов теоретических и экспериментальных
исследований должна быть уточнена и дополнена.
Многообразие устройств, относящихся к классу промыш-
ленных роботов и предназначенных для автоматизации ручного,
тяжелого, вредного, опасного или монотонного труда, можно
классифицировать по
— назначению;
— степени универсальности;
— кинематическим, геометрическим, энергетическим пара-
метрам;
— методам управления (степени участия человека в про-
граммировании работы робота).
По назначению известные в настоящее время роботы могут
быть укрупненно распределены на следующие три группы: для
научных целей, для использования в производстве, в сфере об-
служивания.
Ниже приведены примеры использования телеоператоров и
роботов для научных и промышленных целей.
К человеку все чаще и чаще предъявляются требования, вы-
полнение которых ограничено его биологическими возможностя-
ми (в условиях космоса, повышенной радиации, больших глубин,
химически активных сред и т. п.).
При обследовании планет и других космических тел тран-
спортные средства должны быть оснащены манипуляторами
для связи экипажа с внешним миром. Если же аппарат не оби-
таем, то манипуляторы должны иметь телеуправление с Земли.
В таких автоматических аппаратах «руки» телеоператора —
важнейшее средство активного взаимодействия с окружающей
средой.
При выполнении разнообразных работ на спутниках с успе-
хом могут быть применены телеоператоры и роботы.
Телеоператоры на спутниках предназначены для их ремонта
и обслуживания.
Для исследования планет разработано много проектов кос-
мических роботов и телеоператоров. Американский проект
«Викинг» предусматривает посадку на Марс лаборатории для
взятия проб грунта с помощью перемещаемых дистанционно
управляемых аппаратов типа советского «Лунохода-1».
Применение телеоператоров при космических исследованиях
может быть самым разнообразным.
Характерным примером устройства, управляемого человеком
и предназначенного для выполнения трудовых процессов в нежи-
20
Рис. 3. Классификация роботов
лой среде, является рабочая платформа «космическое такси»
(рис. 4).
Пользуясь этими платформами, не связанными с космическим
кораблем, можно выполнять строительные, ремонтные и эксплуа-
тационные работы. Указанные платформы сконструированы и
изготовлены отделением «Мисайлс энд спейс» фирмы «Эйр спейс
корпорэйшн» ЛТВ с участием «Линг-Темко-Вот, Инк» по кон-
тракту с Космическим центром NASA. Маневрируемая рабочая
21
Рис. 4. Маневрирующая рабочая платформа — «космическое такси»
платформа представляет собою миниатюрный цех, работающий
в открытом космосе, в котором одетый в скафандр астронавт
может маневрировать, перемещаться к собираемым конструк-
циям, закрепляться на рабочей площадке с помощью растяги-
вающихся элементов крепления и якорных схватов. Кроме
якорных схватов, у нее есть манипуляторы с дистанционным
или ручным управлением, своя силовая установка, система ав-
томатической стабилизации, источник питания, система жизне-
обеспечения, средства связи, индикаторное и другое оборудова-
ние. Все это работает независимо от основного космического
корабля. Рабочая платформа может манипулировать массой
100 кг.
При использовании дополнительной грузовой платформы,
которая может быть собрана в космосе без инструментов из
взаимозаменяемых алюминиевых труб, она может вместить зна-
чительно больше грузов: около 160 кг бортового оборудования
и 320 кг материалов, получаемых извне. Перемещение и манев-
рирование рабочей платформы осуществляется с помощью
25 реактивных двигателей.
Телеоператор может управляться с Земли или космического
корабля и выполнять самые разнообразные операции. Экономия
в результате применения телеоператоров по сравнению с полетом
человека в космос составляет соотношение 1 : 50.
В ФРГ Министерством по науке и технике разработана
антропоморфная машина — телеоператор «Синтельмэн» (сокра-
щение от «Синхронтеле-манипулятор»). Через усилители опера-
тор может манипулировать грузами до 25 кг на больших рас-
стояниях с помощью стереотелевизионной системы.
22
Человек, с закрепленными на его руках и ногах датчиками
(рис. 5, а), управляет движениями машины (рис. 5,6), находя-
щейся на большом расстоянии (например, на поверхности Луны).
Не менее обширное применение телеоператоры и роботы
нашли при различных работах на больших глубинах морей и
океанов. Раньше человек опускался на глубину в специальном
аппарате и был несколько пассивным наблюдателем, теперь по-
строенные в последнее время подводные аппараты оснащены
«руками», которыми управляет человек, находящийся внутри
глубоководного аппарата.
Мировой океан занимает свыше 70% площади земного шара
и его богатства неисчислимы. Полезные ископаемые, скрытые
под толщей воды, могли бы обеспечить потребности нашей пла-
неты на десятки и сотни тысяч лет. Без телеоператоров невоз-
можно производить подводную геологическую разведку и добычу
полезных ископаемых.
Телеоператоры и роботы применяются для прокладки кабеля
на глубине, поиска и подъема затонувших кораблей и грузов,
для различных исследований недоступных морских глубин.
С 1964 г. начата разработка подводных лабораторий, которые
размещаются в батискафах. В Японии был создан батискаф для
прокладки подводного кабеля без участия людей. Были созданы
для этих целей телеоператоры «Кёрв» и «Мобот», которые управ-
ляются дистанционно с судна или подводной станции и оснащены
гидролокаторами и телевизионными камерами.
Рис. 5. Возможное применение «Синтельмэна» при исследовании Луны:
а — человек, управляющий «Синтельмэном»; б — «Сннтельмэн» на Луне
23
Во Франции разработана подводная лаборатория для кино-
съемок, захвата и перемещения предметов.
Центр подводных исследований и разработок военно-морско-
го флота США проводит испытания подводного телеоператора,
дистанционно управляемого с корабля. Телеоператор снабжен
телевизионной камерой и двумя «руками» — схватами, которые
могут на глубине манипулировать грузом до 90 кг (на суше этот
груз эквивалентен 230 кг). Телеоператор находится на платфор-
ме длиной 33 м, длина кабеля, соединяющего его с оператором,
более 6 км. Телеоператор может укладывать кабель, заверты-
вать гайки, менять инструменты, поднимать грузы с глубины
более 6000 м.
В СССР создан и прошел испытания электрогидравлический
робот с управлением от ЭВМ для геологических исследований на
морской глубине.
Кроме перечисленных областей применения в опасных
условиях телеоператоры и роботы используются при ремонте и
замене ядерных двигателей, во время работ в зараженных зонах,
в шахтах.
Профессор Меридит Тринг (Англия) ведет работы по созда-
нию телеоператора-шахтера. Его прототип—двухметровая тан-
кетка, снабженная особыми «гусеницами», которые позволяют
ей не только двигаться по земле, но и прикрепляться к кровле
выработки. Оператор остается на поверхности в особой кабине,
откуда руководит действиями машины, «руки» которой повто-
ряют движения рук человека наверху. Телевизионный экран дает
оператору возможность следить за ходом работы.
В японском городе Иокогаме уже действует робот-пожарный.
Это аппарат 1,8 м высотой, массой — 600 кг. Он самостоятель-
но перемещается, проникает на те участки пожара, где человеку
угрожает гибель. Робот снабжен двумя огнетушителями и теле-
визионной камерой.
Многие виды производства требуют применения роботов.
Использование их освобождает рабочего от труда в изнуритель-
ных и тяжелых условиях.
В кузнечном цехе для перемещения и установки на молот
тяжелых раскаленных заготовок можно поставить робот.
Роботы могут окрашивать изделия, освобождая человека от
пребывания в помещении с распыленной краской.
Наиболее опасными и вредными являются операции с радио-
активными веществами и атомным оборудованием. Такие рабо-
ты давно выполняют «руками» телеоператоров.
Для работы с ядерными реакторами и радиоактивными уста-
новками разработаны подвижные телеоператоры, у которых
герметичная кабина снабжена защитными стенками для работы
в радиоактивной среде.
24
В последнее время начинают применять роботы для испыта-
ния автомашин, ведутся разработки в целях использования
роботов для испытаний летательных аппаратов.
Примеров использования роботов и телеоператоров на вред-
ных и тяжелых работах можно привести множество. Роботы
рационально применять на однообразных повторяющихся опе-
рациях, например, установка заготовок и деталей на станок.
Робот может брать и перемещать хрупкие стеклянные и мелкие
детали.
Следует также отметить еще одно направление в технике —
это создание специальных усилителей физических возможностей
человека — так называемых киборгов (от слов «кибернетиче-
ский» и «организм»). Это устройство управляется человеком.
Наиболее типичной конструкцией такого рода является шести-
метровый киборг, созданный специалистами компании «Джене-
рал Электрик» (США) для переноски грузов. Эта машина зна-
чительно расширяет физические возможности человека и не яв-
ляется автоматом с искусственным интеллектом; в отличие от
роботов она не может действовать самостоятельно (по програм-
ме), а управляется ногами и руками человека. Машину приво-
дит в движение гидросистема с двигателем мощностью 75 л. с.;
максимальная скорость передвижения 8 км/ч. Груз в 225 кг
киборг поднимает без особого напряжения оператора, так как
нагрузка на его руки и ноги в этот момент не превышает 9 кгс.
Создание машины потребовало три года и очень больших зат-
рат. Киборги оборудуются устройствами, способными видеть и
слышать дальше и лучше человека. Киборг может воспроизво-
дить руками и ногами любое рациональное количество движений
и перемещать при этом огромные грузы.
Фирмой «Дженерал Электрик» создается крупный киборг
«Хардимэн», принадлежащий к семейству так называемых экзо-
каркасов, то есть внешних металлических конструкций — карка-
сов для оператора.
В лаборатории аэронавтики Корнелльского университета
(США) уже десять лет ведутся работы по созданию экзокаркаса,
который позволит человеку легко ходить и поднимать одной
рукой груз до 340 кг. Киборг состоит из двух каркасов, причем
внутренний, легкий металлический каркас находится на теле
человека и имеет систему датчиков, передающих команды во
внешний силовой каркас, усиливающий действия человека-опе-
ратора с помощью гидроприводов. В настоящее время за
рубежом ведутся интенсивные исследования взаимоотношений и
связей в системе «человек — машина», а также предпринимают-
ся попытки связать киборг с ЭВМ и осуществить дистанционное
управление им (работы Бернарда Рота, Шеридана, Марвина
Мински, Мошера, Уильяма Брэдли и др.). Целью последних
исследований является ввод в киборг программ, которые позво-
ляют ему автоматически (без команд человека) реагировать на
25
возникновение опасных ситуаций, избегать их или устранять.
Недорогие киборги простой конструкции уже находят примене-
ние в промышленности США.
Уже сейчас можно назвать ряд областей медицины, где при-
меняются телеоператоры. Советскими учеными созданы протезы
рук с биоэлектрическим управлением.
На Выставке достижений народного хозяйства демонстриро-
вался «биоточный манипулятор», который действует как мы-
шечный усилитель, значительно увеличивая силу схвата по
сравнению с силой, развиваемой человеком.
В настоящее время ведутся работы по использованию био-
электрических сигналов, отведенных от здоровых мышц, для
восстановления двигательной активности парализованных мыши.
Над этой важной и интересной проблемой нового вида взаимо-
действия человека с техническим устройством (биоэлектриче-
ским управлением) в разных странах работают десятки научно-
исследовательских организаций. В будущем предстоит решить
проблему использования для управления не только биотоков
мышц, но и биотоков центральной нервной системы.
С помощью роботов моделируются функции и поведение
живых организмов, чтобы создать совершенные конструкции
автоматов, а также моделируются биологические процессы, что-
бы проверить правильность их понимания.
Кроме производственного и научного назначения, следует
отметить еще применение роботов в сфере обслуживания, на-
пример для расфасовки пищевых продуктов. Ведутся разработ-
ки проектов домашних роботов с автоматическим управлением,
предназначенных для уборки квартиры и мытья посуды. Иде-
альный автомат для домашних работ будет иметь высоту 1 м,
сверху одну складывающуюся «руку». Ее радиус действия —
2 м по горизонтали, а «потолок» — 3 м. Она может перемещать
предметы массой до 40 кг. У робота два «чувства»: зрение и
осязание. Он будет способен накрыть на стол и убрать с него,
загрузить посудомойку, приготовить постель, произвести в квар-
тире уборку— от стирания пыли до чистки ванны и раковин,
может стирать, сушить и гладить белье, чистить овощи.
М. Трингом создан робот-официант — подобие столика на
колесах, снабженного большими «щипцами». Он передвигается
из кухни в обеденный зал, останавливается перед столом,
щипцы захватывают тарелку, стакан, нож, складывают посуду
и приборы на поднос. Все это робот «уносит» на посудомойку.
Принцип действия этого автомата очень прост: фотоэлемент
«просматривает» стол, обнаружив на нем предмет, включает ме-
ханизм щипцов, захватывающие и складывающие устройства.
В ближайшем будущем планируется даже создание роботов-
нянек и роботов-сиделок. Пока это еще идеи, далекие от их
осуществления. Каким будет внешний облик этих роботов? Дол-
26
жен ли робот походить на человека или это не обязательно?
Предстоит решить эти и множество других вопросов.
По степени универсальности все роботы можно разделить на
три группы:
1) специальные, например, манипулятор для переворачива-
ния и установки в вакууме кинескопов или манипулятор для ус-
тановки заготовок в специальный штамп. Как правило, эти
устройства обладают одной-тремя степенями свободы и рабо-
тают по строго зафиксированной программе, выполняя простую
операцию;
2) специализированные, область применения которых огра-
ничена определенными условиями и пространством. Например,
роботы,- имеющие регулируемую длину рук и несколько степеней
свободы в пространстве для выполнения только «горячих»
работ — литья или термообработки;
3) универсальные устройства, перемещающиеся в простран-
стве, например, роботы с большим количеством степеней свобо-
ды и регулируемой длиной функционирующих конечностей,
способные выполнять самые разнообразные операции с широкой
номенклатурой деталей. Универсальный промышленный робот
общего назначения можно переключить на другую работу и
быстро перепрограммировать для выполнения любого в пределах
технических возможностей цикла.
По кинематическим, геометрическим и энергетическим пара-
метрам устройства подразделяются следующим образом.
По кинематическим параметрам роботы можно классифици-
ровать в зависимости от количества степеней свободы, возмож-
ных вариантов действия и перемещения функциональных орга-
нов, а также по скорости их движения.
По геометрическим параметрам как классификационному
признаку роботы подразделяют в зависимости от размеров
функционирующих органов и диапазонов их линейных и угловых
перемещений.
По энергетическим параметрам роботы делят на группы по
грузоподъемности (см. рис. 3) и развиваемой мощности.
По методам управления промышленные роботы первых поко-
лений можно разделить на роботы:
— управляемые от систем числового программного управле-
ния;
— с цикловыми системами управления;
— управляемые от ЭВМ (управляющих машин, способных
собирать и анализировать информацию в процессе действия,
реагировать на эту информацию, соответственно изменяя
программу).
В настоящее время еще не выработаны четкие принципы и
стройная система классификации промышленных роботов, но,
как правило, их классифицируют по методам управления.
27
Некоторыми зарубежными фирмами ведутся разработки те-
левизионных систем дистанционного управления работой мани-
пуляторов. Американская фирма «Стереотроник телевижн» раз-
работала телевизионную систему дистанционного управления,
обеспечивающую стереоскопическое изображение зоны действия.
Эта система используется в лаборатории Окриджского универ-
ситета (Англия) при управлении телеоператором, работающим
с радиоактивными материалами.
В системах ЧПУ роботов записанная программа многократно
повторяется. Изменение характера движений робота может быть
достигнуто только вследствие ввода новой программы. Програм-
мирование работы таких роботов несложно и является простей-
шим видом их «обучения».
В этом случае человек осуществляет только периодический
контроль за работой робота и смену программы, которая нане-
сена на магнитную ленту, барабан или перфоленту.
В настоящее время выпускаются роботы, в основном, с двумя
видами программного управления: контурным (непрерывным)
и позиционным (дискретным). Большинство роботов («Верса-
тран», «Юнимейт», «Аутобот») с позиционным управлением,
программирование которых проще программирования роботов
с контурным управлением (оно заключается в перемещении
механической руки от точки к точке). Количество доступных то-
чек определяет технические возможности робота.
У роботов пока отсутствует функция анализа обстановки;
они производят только расшифровку и реализацию программы
работы.
Роботы, управляемые от ЭВМ, обладают системой управле-
ния, способной собирать необходимую информацию в процессе
выполнения работы, перерабатывать ее с помощью электронного
«мозга» и вносить необходимые изменения в заранее введенную
программу.
Глава II
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ДИНАМИКИ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ РОБОТА
К промышленным роботам, управляемым от програм-
мирующего устройства или ЭВМ, предъявляют довольно
жесткие требования. Время движения как отдельных звеньев,
так и всего механизма в целом должно быть минимальным, по-
скольку длительность перемещения рабочих органов робота
влияет на производительность всего технологического процесса.
Отсюда вытекают требования к динамическим характеристикам
робота. Поскольку каждое звено исполнительного устройства
робота имеет свой привод, для математического описания дви-
жений робота необходимо составить систему со значительным
количеством конечных и дифференциальных уравнений. Реше-
ние такой системы уравнений позволяет обеспечить качествен-
ные переходные процессы, устойчивость системы, а также выб-
рать оптимальные элементы конструкции и параметры управ-
ления.
В работах А. Е. Кобринского [11], Ю. А. Степаненко [28, 29,
30], М. Б. Игнатьева (2, 5, 7, 8], Р. Пола [18] предложены мето-
ды, позволяющие решать задачи динамического анализа и
оптимального управления роботами.
Большие возможности при исследовании динамики простран-
ственных механизмов «рук» представляет метод, излагаемый
в работах Ю. А. Степаненко. При разработке этого метода ста-
вилась задача максимально использовать возможности ЭВМ,
освободить человека от необходимости составлять дифферен-
циальные уравнения движения механизма. Предлагаемый
в работах [28, 29] алгоритм «составления» уравнений универса-
лен и позволяет анализировать любые кинематические схемы
«рук» манипуляторов, содержащих пары I—V классов. Алго-
ритм заключается в том, что, оперируя численными значениями
параметров и начальных условий (исходные данные), ЭВМ
шаг за шагом повторяет те операции, которые выполняет чело-
век с исходными данными при выводе уравнений.
Для перехода от одной кинематической схемы робота к дру-
гой не требуется производить каких-либо переделок в програм-
мах, достаточно лишь подготовить соответствующие входные
данные. Учитывая многообразие задач, Ю. А. Степаненко создал
29
библиотеку программ (процедур). Каждая такая процедура
рассчитана на решение частной задачи, например, расчет поло-
жений механизмов «рук», расчет сил инерции и т. п. С помощью
такой библиотеки можно решать самые разнообразные задачи.
В качестве модели звена манипулятора Ю. А. Степаненко
предложил рассматривать идеализированный объект — мате-
риальный стержень, под которым подразумевается однородное
твердое тело цилиндрической формы, характеризующееся дли-
ной, массой и двумя моментами инерции: относительно продоль-
ной оси стержня и относительно оси, перпендикулярной стер-
жню, проходящей через его центр масс. Введение такой модели
значительно упростило внешний вид уравнений динамики по
сравнению с аналогичными уравнениями для твердого тела
произвольной формы.
В общем случае движения твердого тела относительно его
центра масс дифференциальное уравнение можно записать в ви-
де производной от кинетического момента:
М = —(/й)=/ —+ —и, (1)
dt dt dt
где М — главный момент внешних сил относительно центра
масс; со— вектор угловой скорости тела;/ — тензор инерции
тела; t — время.
Для стержня выражение (1) можно упростить и привести
к виду более простому, удобному для программирования на
ЭВМ.
Последние слагаемые уравнения (1) можно представить
в виде
— ® = /т, (2)
dt
где вектор т имеет размерность углового ускорения.
Учитывая выражение (2), уравнение (1) для стержня можно
записать в виде
м = /(^-+Л (3)
\ dt )
Для т получено выражение
t = s(coX (wXs))= (s-(o)(sX®), (4)
где s — единичный вектор оси стержня.
«Полное» ускорение
Q = e + r, (5)
где е — угловое ускорение.
30
Рис. 6. Блок-схема алгоритма, «моделирующего» работу манипулятора
После подстановки выражения (5) в (3) получено оконча-
тельное выражение главного момента сил для стержня
М = /Q. (6)
Величина ошибки, возникающей в расчете главного вектора
сил инерции при замене звена манипулятора стержнем, зависит
от отношения длины цилиндра к его диаметру и убывает с рос-
том этого отношения; в тех случаях, когда отношение больше
пяти, относительная ошибка всегда меньше 3%,
В качестве примера на рис. 6 приведена блок-схема алго-
ритма, «моделирующего» работу манипулятора. Алгоритм
состоит из отдельных программ (процедур), графически изо-
браженных прямоугольниками. Условно алгоритм можно разде-
31
лить на две части: составление дифференциальных уравнений и
их интегрирование. Блок алгоритма «расчет усилий приводов» ।
нестандартный и должен программироваться в зависимости j
от типа привода и его режима работы. В этом блоке должно
рассчитываться усилие или момент, развиваемые приводом в мо-
мент времени tx. Для этого же момента времени Л ведутся рас-
четы и во всех остальных блоках алгоритма.
В блоке (процедуре) «расчет положений» по известным
относительным перемещениям звеньев в каждом шарнире х; (х, '
х — относительные скорость и ускорение в t-м шарнире) рассчи-
тываются положения осей всех звеньев Si и осей шарниров е,:
в абсолютной системе координат. В основу расчета процедуры
положено уравнение Родрига
+ + <7) 1
где
0 =7tg ;
е — единичный вектор оси вращения;
s° — вектор оси стержня до поворота;
s — вектор оси стержня после поворота;
<р — угол поворота вокруг оси е.
В этой процедуре могут использоваться и другие методы.
В блоке «расчет скоростей и ускорений» выполняется кине-
матический анализ для определения угловых и линейных уско-
рений центров масс всех звеньев механизма. Для единообразно-
го описания как вращательных, так и поступательных переме-
щений в шарнирах использован аппарат комплексных чисел
с множителями Клиффорда. В результате выполняемых в блоке
расчетов линейные и угловые ускорения центра масс каждого
звена механизма представляются в виде
i i
= 2 <М/ + *к> = + (8)
/= i i=i
где i, j — индексы, обозначающие звенья и шарниры.
Векторы a-tj, р»-д тц, & рассчитываются в процессе выполне-
ния процедуры. Векторные формулы (8) позволяют определить
искомые ускорения, не прибегая к дифференцированию уравне-
ний положения. Из-за нежелательности численного дифферен- !
цирования на ЭВМ в данном алгоритме не используются урав- j
нения Лагранжа 2-го рода. При расчете используется инфор-
мация о положении механизма и об обобщенных скоростях х,, ;
которые известны, поскольку известны начальные условия. Что |
32 !
1
касается ускорений Xi, то они принимаются на этом этапе рав-
ными единице. Действительные значения ускорений будут най-
дены в процедуре «определение обобщенных ускорений» из ус-
ловия удовлетворения принципа Даламбера.
Реализация такого подхода оказалась возможной потому,
что уравнения механики линейны относительно вторых произ-
водных от обобщенных координат, поэтому для вторых производ-
ных справедлив принцип суперпозиции.
В блоке «расчет сил инерции» вычисляются силы и моменты
сил инерции
I
Fi= — тЯ= — ацх—т-^ (9)
/=1
Я = — = — л 2 1 + (si “»•) (si x
где /и, — масса i-го звена.
Значения Wi, е, определены в предыдущей процедуре по урав-
нениям (8). «Полное» ускорение находится по выражению (5)
П, = е; + = 2 М/ + ?>• + (sr«z) (*i X w();
(Ю)
эквивалентное угловое ускорение — по выражению (4).
В уравнениях (9) обозначим коэффициенты при слагаемых,
содержащих Xj через Ау, В^, а остальные слагаемые — через Сг.
При этих обозначениях уравнения (9) будут иметь вид
(Н)
Mi= -У ВцХ. + С?.
В блоке «расчет коэффициентов уравнений равновесия» со-
ставляются уравнения равновесия механизма согласно принципу
Даламбера. Для этого определяются суммы внешних сил и
моментов сил, развиваемых приводами, а также сил и моментов
инерции для каждого звена. Суммарные векторы приводятся
к центрам масс. Последовательно «разрывается» кинематиче-
ская цепь механизма в каждом из шарниров и составляются
условия равновесия свободного конца цепи относительно «разор-
ванного» шарнира. В программе заложен алгоритм приведения
всех сил и моментов к соответствующей оси шарнира. Уравне-
ния, характеризующие движение механизма, имеют вид
LijXj 4- Qi = ?/ (t = 1, 2,. . ., п),
3 Заказ 3483
(12)
33
где Lij, Qi являются сложными нелинейными функциями обоб-
щенных координат Xi и скоростей х,; у,— усилие или момент,
развиваемые приводом в i-м шарнире. Численные значения
Lij, Qi, уг для каждого момента времени рассчитываются с по-
мощью данного алгоритма.
В результате решения системы линейных алгебраических
уравнений (12) относительно неизвестных Xi определяются дей-
ствительные значения ускорений. Этим этапом заканчивается
«составление» уравнений.
Считая найденные ускорения постоянными в течение малого
отрезка времени At, можно осуществить интегрирование уравне-
ний и определить значения координат х,- и скоростей х,- в момент
времени t2 = t\ + At. Если процесс расчета на этом не закан-
чивается, то координаты и скорости можно рассматривать как
начальные условия для момента времени t2. Используя эти на-
чальные условия, можно вновь «составить» дифференциальные
уравнения для момента времени t2, т. е. вернуться к первому
этапу рассматриваемого алгоритма и т. д.
Вопросы управления роботами рассматриваются в работах
М. Б. Игнатьева и др. [2, 5, 6, 8].
Робот (манипулятор) может быть описан системой конечных
или дифференциальных уравнений в форме уравнений Пфаффа,
которые являются квазилинейными относительно дифференциа-
лов переменных, а конечные уравнения могут быть приведены
к квазилинейному виду путем дифференцирования. Особенно-
стью таких систем уравнений является то, что число переменных
больше или равно числу уравнений связи. Таким образом, зада-
ча анализа поведения робота (манипулятора) сведена к задаче
исследования системы уравнений с избыточностью.
Алгоритм решения системы уравнений методом избыточных
переменных заключается в следующем.
Имеется система из k уравнений связи в n-мерном простран-
стве '
fP/Qci, х2, ..., х„); / = 1, 2.. ., k. (13)
Требуется найти дифференциальные уравнения, решения
которых удовлетворяют исходным уравнениям связи. Ищем
решение в виде
-^ = UlDi+U2D2+ ...+UsDr,
at
^- = UlDi+l+U2D, + 2+ ...+UsD2f,
at
(14)
—~ = U\D(n—i)j+i + Б'2О(П_1)7-+2 + . .. + UsDnj,
at
где Us — произвольные переменные коэффициенты [2, 6]. Коли-
чество различных произвольных коэффициентов равно числу
34
сочетаний S=C^+1 ; D — сумма произведений частных произ-
водных от функций (13) по некоторым из переменных.
Порядок формирования UsDj и знаков перед слагаемыми
в уравнениях системы иллюстрируется приводимым ниже при-
мером.
Исходные уравнения
х2, х3, х4) = 0; j = 1, 2. (15)
Число произвольных коэффициентов S = = 4, С7]=(1 2 3),
U2 = (124), U3= (134), U4 = (234).
Эта запись означает, что коэффициент Ux соответствует со-
четанию 123; коэффициент U2 — сочетанию 124 и т. д.
Коэффициенты, которые соответствуют сочетаниям, содержа-
щим 1, располагаются в правой части первого уравнения систе-
мы вида (14); коэффициенты, которые соответствуют сочетани-
ям, содержащим 2, располагаются во втором уравнении и т. д.:
^± = uxdU + u2d\4 + u3d\4,
at
= -UxD2x3-U2D2X4 + U4Dl4,
/ (16)
at
^ = u2dV2 + u3dU + u4dU-
di )
Индексы при D соответствуют сочетаниям коэффициентов Us,
причем, индекс строки переносится вверх. Оставшиеся нижние
индексы соответствуют переменным, по которым берутся частные
производные от исходных функций, например,
D = -Ёк. __ 2L
дх, дх2 дх2 дхх
Знаки перед членами уравнений (16) определяются по
следующему правилу: рассматривается порядок верхних и ниж-
них индексов у буквы D, например против часовой стрелки, и,
если имеется нечетное число нарушений порядка, перед этим
членом ставится минус; в других случаях — плюс. Для членов
верхней строки имеем порядки: 123, 124, 134; в них нет нару-
шений— они со знаком «плюс»; во второй строке в первом сла-
гаемом 213 одно нарушение (2 больше 1), оно со знаком «минус»,
214 — со знаком «минус», 234 — со знаком «плюс» (нарушений
нет) и т. д.
В работе [8] приведен пример, иллюстрирующий рассмот-
ренный метод. На рис. 7 показана кинематическая схема мани-
пулятора с пятью степенями свободы. Допустим, что манипуля-
тор должен переместить схват из точки с координатами х0, у0, z0
3* 35
Рис 7. Кинематическая схема манипулятора
(17)
в точку с координатами хк, ук, zK по прямой в плоскости, парал-
лельной плоскости хоу и отстоящей от нее на величину Zo.
Структура конечных алгебраических уравнений для рассмат-
риваемой схемы имеет вид
ft = [/1sin<p2—/2sin(q>2 + <p3)]cos<p1—х = 0;
f2 = Ui sin <р2 — /2 sin(<p2 + <Рз)] sin <p,—у = 0;
f з = I3— ^cos(<P2 + фз) + /1 cos q>2~ Zo = 0;
f4= (x —XK)2 + (r/—t/K)2 —A2 = 0;
fs = (Уо—Ук)х+ (xK—x0)j/ + j/k(x0—хк)—хк(г/о—t/K) =0,
где li — длина t-го звена.
Последние два уравнения определяют уравнение прямой и
движение схвата по этой прямой (А — текущее расстояние от
схвата до точки цели).
Исходя из геометрии манипулятора можно задать контроль-
ное условие перпендикулярности схвата плоскости, в которой
происходит перемещение, т. е. <р4 = — (<р3 + <рг).
Величина <р4 в этом случае уже не является переменной, а
определяется положением углов <р2 и <р3.
36
Перейдем к системе эквивалентных дифференциальных
уравнений типа (14).
Число неопределенных коэффициентов для рассматриваемого
примера равно 1. После вычисления частных производных и со-
ответствующих преобразований получим систему эквивалентных
дифференциальных уравнений в окончательном виде
Ф1 = _ i/K)cos <pi + (хк—Xo)sin<p1]/1/2sin<p3;
Ф2 = — t7,2A [(г/о— г/к) si n q>i — (хк—x0)cos <р,] /2 sin (<р2 +
+ <р3) [/1 si п <р2—/2 si п (<р2 + <р3)];
<р3 = L^A [/2 sin(<р2 + <р3) —/1 sin ф2] [/] sin <р2—/2 sin(<p2 +
+ <Рз][(*/о—^sinqjj — (хк—X0)cosq)1]; J (18)
х = — t/^A^,—х0)П1 sin<p2—/2sin(<p2 + <p3)]Z1/2sin<p3;
У = U j2А (у0—ук) [/, sin <р2—/2 sin (<р2—<р3)] ltl2 sin <р3;
А = — ^[(х—хк) (хк—х0) — (у—ук) {Уо— Ук)] Pi sin <р2—
—/2 sin (<р2 + фз)]/j/2 sin <р3.
Система уравнений (18) может быть решена на ЭВМ.
В системе имеется всего один неопределенный коэффициент t/b
задавая который можно изменять скорость движения по траек-
тории.
В статье Р. Пола [18] изложен один из методов управления
манипулятором с помощью ЭВМ, осуществленный в США.
Теория и методы расчета эффекторных систем роботов
в настоящее время очень быстро развиваются. Существенный
вклад в развитие теории роботов, а также в разработку методов
управляющих систем роботов, в анализ и синтез исполнительных
механизмов сделан советскими учеными.
В работах Д. Е. Охоцимского {16] изложены теоретические
вопросы управления и моделирования шагающими роботами,
наделенными органами зрения и реализующими достаточно
сложные алгоритмы поведения — распознавания и классифика-
ции препятствий с выработкой оптимальной «походки» для
преодоления препятствий и т. п.
Вопросы, связанные с расчетом конструкций и управлением
телеоператоров (копирующих манипуляторов), изложены в ра-
ботах [4, 12]. Управление этими машинами осуществляется от
«задающей руки», приводимой в движение человеком-операто-
ром.
Важной особенностью роботов, предназначенных для
эксплуатации в условиях серийного производства, является
цикличность их работы, зависящая от цикличности выпуска
деталей, что ведет к необходимости введения управления робо-
том с возможно более быстрой сменой программ. Осуществление
37
технологических операций, требующих высокой точности пози-
ционирования и отслеживания заданной траектории, наклады-
вает на конструкцию механических систем робота и приводов
дополнительные жесткостные требования. Все эти вопросы ис-
следуются сейчас и экспериментально, и теоретически.
Основные итоги теоретических разработок последних лет
были подведены на V Всесоюзном симпозиуме «Теория, прин-
ципы устройства и применение роботов и манипуляторов»,
состоявшемся в марте 1974 г. в г. Ленинграде [27]. В работе сим-
позиума приняли участие около 700 представителей более
150 НИИ, вузов, заводов и КБ.
На симпозиум были представлены доклады по следующим
основным направлениям: 1) разработка и применение роботов
и манипуляторов; 2) теория, расчет и конструирование; 3) про-
блемы управления; 4) проблемы создания искусственных орга-
нов чувств и искусственного интеллекта; 5) шагающие системы.
В СССР за два последних года, прошедших после IV симпо-
зиума, достигнуты значительные результаты, соответствующие
мировому уровню развития робототехники.
Большое количество исследований советских ученых посвя-
щено теории роботов и их элементов.
Существенные особенности телеоператоров и роботов — боль-
шое число управляемых координат рабочего органа, разомкну-
тость кинематической цепи, управление на больших расстоя-
ниях — не всегда позволяют использовать традиционные
подходы и методы теории машин и механизмов.
Указанные особенности определяют в качестве основного
метода исследований математическое моделирование на ЭВМ.
Большой вклад в эту область исследований сделан Ф. М. Ку-
лаковым, Е. И. Воробьевым и другими учеными.
Следует отметить разработанные в последнее время
А. Ф. Верещагиным алгоритмы автоматического составления
дифференциальных уравнений движения многозвенной разомк-
нутой цепи и анализа их динамики.
Кинематическому анализу и синтезу многозвенных цепей
посвящены работы П. А. Лебедева [13], Б. Г. Аветикова, И. В. Ка-
лабина, С. Н. Андреенко. Результаты исследования устойчивости
системы управления манипулятором и измерения нагрузочного
момента исполнительного органа изложены в работах В. С. Ку-
лешова. Разработаны методы исследования динамики позицио-
нирования робота (В. П. Степанов), оценок точности позицио-
нирования при различных режимах приводов в различных
конструкциях роботов (Н. А. Дроздецкий, А. Е. Кобринский,
А. П. Алексеев).
Работы по проблемам создания искусственных органов
чувств и искусственного интеллекта охватывают как вопросы
создания различных информационных систем роботов, позво-
ляющих собирать информацию о свойствах и характеристиках
38
внешней среды (объектах и препятствиях), так и задачи
алгоритмической обработки этой информации и использования
ее в процессе управления. В настоящее время известны три
основных подхода к созданию информационных систем роботов:
а) оснащение схвата робота тактильными датчиками
(осязание), позволяющими собирать информацию о среде лишь
в процессе движения (робот «слепой»);
б) оснащение робота системами искусственного зрения
с помощью телекамер; при этом информация собирается впредь
до реализации движения, и робот получает возможность строить
свои движения «разумно», исходя из условий достижения задан-
ной цели;
в) оснащение робота информационными системами на осно-
ве «чувствительных» поверхностей.
Вопросам создания и алгоритмической структуры системы
осязания робота посвящены работы В. С. Гурфинкеля, в кото-
рых экспериментально и теоретически показана возможность
распознавания формы объектов с помощью осязательного
устройства, установленного на схвате робота. При этом из всей
совокупности воспринимаемой информации уже на нижнем
уровне выделяются характеристики, определяющие свойства
объекта, которые и передаются на вышестоящие уровни управ-
ления, что позволяет уменьшить объем передаваемой информа-
ции. Таким образом, удается различать такие предметы, как
шары, цилиндры, конусы.
Проблемам обнаружения объектов в поле зрения робота,
определения их конфигурации и расположения были посвящены
работы В. П. Андреева, Д. И. Николаенко, Е. И. Юревича,
И. А. Базилевича и др. Проблемам организации стереозрения
робота посвящена работа А. И. Болдырева. Основные трудности
здесь связаны с большим объемом перерабатываемой информа-
ции и с необходимостью устранения различных помех, поступаю-
щих через канал искусственного зрения. Эти недостатки приво-
дят к существенному увеличению времени обработки информа-
ции (несмотря на высокое быстродействие используемых ЭВМ),
в результате чего время, необходимое для вычислений и приня-
тия решения, значительно превышает время выполнения
движений.
Эта диспропорция устраняется при использовании «чувстви-
тельных» поверхностей, например «информационного поля»,
предложенного А. Е. Кобринским, А. И. Корендясовым,
А. А. Кобринским и Б. Л. Саламандрой.
Все объекты и препятствия располагаются на поверхности
«поля», содержащей сетку электрически активных точек. По их
состоянию можно судить о конфигурации и координатах
расположения деталей, с которыми работает робот. Время
получения информации о состоянии точек такой поверхности
достаточно мало, что позволяет роботу работать с подвижными
39
объектами. Такие системы могут использоваться как для отра-
ботки новых алгоритмов управления роботами, так и непосред-
ственно в технологических системах. В последнем случае устра-
няется необходимость в исходном позиционировании и!
ориентации детали в рабочем пространстве робота.
Возможность работы с объектами, движущимися по тран-
спортеру, показана в работе М. Б. Игнатьева. Над транспорте-
рами устанавливается ряд фотодиодов, фиксирующих располо-
жение и конфигурацию перемещающихся объектов. Эта
информация передается в управляющую ЭВМ, далее решается
задача идентификации объекта, и робот по полученным от ЭВМ
сигналам снимает с движущегося транспортера детали заданной
конфигурации, т. е. выполняет наиболее характерную для про-
мышленных роботов технологическую операцию.
Для развития промышленных роботов важным является
моделирование «окружающей среды», включающей в себя час-
тично или полностью моделирование условий производства
изделия, а также разработку алгоритмов типовых технологиче-
ских операций.
В конечном счете полнота модели «окружающей среды»,
качество алгоритмов, описывающих технологические процессы и
конструкцию механических и электрогидравлических систем,
определяют эффективность применения роботов в производ-
ственных условиях.
В заключение краткого обзора работ, посвященных методам
моделирования и расчета промышленных роботов, следует
отметить, что, несмотря на интенсивность и высокий уровень
научных разработок (особенно отечественных) в этой области,
работа по созданию инженерных методов расчета кинематики,
динамики, прочности, точности и надежности функционирова-
ния промышленных роботов еще далеко не завершена. Поэтому
в ближайшее время предстоит выполнить большой объем тео-
ретических исследований в этом важном научном направлении.
Глава III
РАЗРАБОТКА, ПРОИЗВОДСТВО
И ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
В СССР И ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ
1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ СССР
Проблемой создания промышленных роботов ученые
и инженеры нашей страны начали заниматься в конце шести-
десятых годов. В настоящее время эту проблему решают многие
научные учреждения и предприятия.
В течение последних пяти лет создано много опытных образ-
цов промышленных роботов (в основном универсальные роботы
с позиционными и цикловыми системами ПУ). В числе первых
опытных образцов были роботы УМ-1, «Универсал-50» и
УПК-1.
Робот УМ-1
Промышленный робот УЖ-1 (рис. 8) предназначен
для выполнения вспомогательных операций технологических
процессов механической обработки, холодной штамповки, на-
несения гальванических покрытий, очистки деталей и других
процессов (заменяет рабочего на операциях установки и снятия
заготовок и деталей). Робот имеет пять степеней свободы, не
считая движение схвата. Рука робота перемещается в цилин-
дрической системе координат (два ее движения прямолиней-
ные). Система управления позиционная. Движения руки осу-
ществляются в следящем режиме, кисти и схвата — от упора
до упора, т. е. имеются только две точки остановки (крайние).
Положения упоров, ограничивающих движение кисти, регули-
руются. Исполнительный привод гидравлический, с электроуп-
равлением. Поворот и вертикальное перемещение руки, а также
движения кисти и схвата осуществляются от гидроцилиндров,
продольное перемещение руки — от гидромотора. Робот имеет
пульт ЧПУ и пульт ручного управления.
Носителем программы является перфолента. Объем записан-
ной программы ограничен только длиной перфоленты, которая
может быть уложена в бункере. Программа записывается в коде
БЦК-5 при последовательном проведении руки робота с помо-
щью пульта ручного управления по заданным точкам програм-
мы, при этом определяются фактические координаты заданных
точек.
41
Рис. 8. Универсальный промышленный робот УМ-1
В системе управления робота предусмотрена возможность
подачи сигналов команды в системы управления обслуживаемо-
го оборудования и получения сигналов об исполнении команд
рабочими органами этого оборудования. Последние сигналы
«разрешают» продолжать выполнение рабочего цикла.
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм:
по вертикали....................................... 760
по горизонтали................................... 760
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град . . 240
Поворот кисти вокруг продольной и вертикальной
осей, град........................................... 180
Точность позиционирования, мм...................... ±2
Линейные скорости перемещения руки по вертика-
ли и по горизонтали, мм/с........................... 1000
Скорость поворота руки вокруг вертикальной оси,
град/с................................................ 90
Грузоподъемность при максимальной скорости и за-
крепленной кисти, кг . ....................... 20
Грузоподъемность при скорости 22,5 град/с и
0,25 м/с при закрепленной кисти, кг.................. 40
Грузоподъемность кисти, кг......................... 10
Давление в гидросистеме, кгс/см2................... 40
Объем бака, л....................................... 53
Температура рабочей жидкости в рабочем режиме,
град..............................................35—60
42
Электропитание ............................... 220/380 В,
50 Гц
Потребляемая мощность, кВт.................... 7
Число внешних сигналов об исполнении команд . 6
Габаритные размеры манипулятора (длина X шири-
на х высота), мм................................ 1630Х750Х
X 2070
Масса, кг..................................... 900
На базе робота УМ-1 были созданы две модели специализи-
рованных роботов — УМ-IT в теплозащищенном исполнении и
УМ-Ш в пылезащищенном исполнении. У них одна и та же
система управления — позиционная, аналого-трансформатор-
ная, выполненная на логических и релейных элементах.
Робот УМ-1Т
Робот УМ-IT предназначен для установки заготовок
в штамп и снятия готовых деталей с прессов горячей штамповки,
а также для обслуживания термических печей и машин литья
под давлением.
Техническая характеристика
Грузоподъемность с работающей кистью, кг . . до 10
Число степеней свободы............................... 4
Линейные перемещения руки, мм:
по вертикали.................................... 580
по горизонтали.................................. 700
Угол поворота колонны, град........................ 240
Скорость:
линейных перемещений, м/с......................... 0,7
поворота колонны, град/с..................... 60
Точность позиционирования, мм....................... +2
Для обеспечения возможности захвата нагретых заготовок
из кисти манипулятора (рис. 9) робота УМ-IT вынесены в зад-
нюю часть руки все гидравлические коммуникации. Энергетиче-
ский блок гидросистемы выполнен в виде отдельного выносного
блока, что позволяет эксплуатировать манипулятор в зоне
повышенных температур. Защитный кожух предохраняет мани-
пулятор от радиационного нагрева и пыли.
Конструкция робота УМ-IT позволяет использовать его для
работы с заготовками, нагретыми до 400° С.
Робот УМ-1П
Специализированный робот УМ-Ш предназначен для
выполнения различных технологических операций в условиях
повышенной запыленности воздуха и, прежде всего, для обслу-
живания процессов дробеструйной обработки и пескоструйной
очистки деталей и заготовок.
43
Рис. 9. Манипулятор специализированного промышленного робота УМ-1Т
Техническая характеристика
Грузоподъемность с работающей кистью, кг . . 10
Число степеней свободы.............................. 5
Линейные перемещения руки, мм:
по горизонтали...................................580
по вертикали.....................................580
Угол поворота колоииы, град........................240
Скорость:
линейных перемещений, м/с........................0,7
поворота колонны, град/с..................... 60
Точность позиционирования, мм...................... ±2
Для сохранения высокой надежности робота УМ-Ш
(рис. 10) при работе в запыленной среде манипулятор робота
снабжен защитным кожухом, внутри которого создается избы-
точное давление. Защищена от попадания пыли также кисть ро-
бота, что позволяет вводить схват внутрь камер, где непосред-
ственно осуществляется дробеструйная обработка при очистке
деталей и заготовок.
44
Рис. 10. Специализированный промышленный робот УМ-1П
Робот «Универсал-50М»
Универсальный промышленный робот с ПУ «Универ-
сал-50М» предназначен для автоматизации тех же вспомога-
тельных операций, что и робот УМ-1.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг........................... 50
Тип привода....................................электрогид-
равлический
Количество степеней свободы:........................ 5
транспортных...................................... 3
ориентирующих..................................... 2
Наибольшее линейное перемещение руки, мм . . 900
Угол качания руки, град . . .... ±25
Угол поворота руки, град.........................±340
Сгибание кисти, град...............................±100
Вращение схвата, град..............................±180
Скорости перемещений рабочих органов:
Угловые, град/с:
поворот руки.................................. 45
качание руки..................................... 20
сгибание кисти .............................. 90
вращение схвата.............................. 90
Линейные, м/с:
выдвижение руки.................................. 0,9
Точность позиционирования, мм......................±3,0
Потребляемая мощность, кВт...................... 8,5
Габаритные размеры, мм:
манипулятора.................................... 1400х900х
Х1400
45
пульта ПУ
800X600X
ХИ00
Масса, кг.....................................1600
Робот УПК-1
По схеме, близкой к схеме робота УМ-1, были вы-
полнены опытные образцы робота УПК.-1 (рис. 11) (в отличие
от УМ-1 в них предусмотрена еще одна степень свободы — про-
дольное перемещение всего робота по рельсам). Движения
руки и перемещение робота осуществляются в следящем режи-
ме, движения кисти и схвата — от упора до упора.
Привод передвижения по рельсам, состоящий из гидромото-
ра и редуктора, закреплен на основании. Выходная шестерня
привода, обкатываясь по зубчатой рейке, укрепленной на рель-
се, перемещает робот.
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм:
по вертикали.............................. 770
по горизонтали............................... 770
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град . . 240
Передвижение по рельсам, мм.................... 500
Поворот кисти вокруг продольной и вертикальной
осей, град.......................................... 180
Точность позиционирования, мм.................. + 2
Скорость перемещения руки с грузом 10 кг:
по горизонтали и вертикали, мм/с .... до 500
при повороте вокруг вертикальной оси, град/с . 30
Скорость продольного перемещения робота, мм/с . до 500
Грузоподъемность максимальная, кг ... . 40
Габаритные размеры с вытянутой рукой, мм . . 2505Х708Х
Х2300
В качестве программоносителя в роботе УПК-1 использована
магнитная лента. Перемещения руки и манипулятора робота по
рельсам записываются на ленте в виде фазомодулированных
сигналов, что обеспечивает задание движений по контуру.
На ленте записываются также сигналы, обеспечивающие с пуль-
та робота управление технологическим оборудованием, которое
робот обслуживает.
Приводы робота гидравлические, с электроуправлением.
Энергетический блок гидросистемы располагается на основании
манипулятора. Охлаждение рабочей жидкости воздушное.
46
Рис. 11. Универсальный промышленный робот УПК-1
Робот «Универсал-5»
Универсальный промышленный робот модели «Уни-
версал-5» предназначен для комплексной механизации и авто-
матизации вспомогательных работ в заготовительных, кузнеч-
ных, литейных и механосборочных цехах.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг.............................. 5
Количество степеней свободы:...................... 6
из них программируемых.......................... 4
Транспортные программируемые перемещения:
поворот платформы, град . ................ 360
наибольший вертикальный ход платформы, мм . 650
поворот руки, град........................... ±120
горизонтальный ход руки, мм................... 700
Ориентирующие перемещения по упорам:
вращение кисти, град.............................±90
сгибание кисти, град...........................±90
Наибольший радиус рабочей зоны, мм . . . 1600
Наибольший регулируемый эксцентриситет осей по-
ворота, мм ... .................... 200
Точность позиционирования, мм.................±2,0
Максимальные скорости линейных и угловых пере-
мещений рабочих органов:
поворот платформы, град/с ..................... 60
подъем платформы, м/с.........................0,25
поворот руки, град/с.......................... 120
выдвижение руки, м/с............................0,87
вращение и сгибание кисти, град/с .... 180
Потребляемая мощность, кВт .......................0,82
Габаритные размеры, мм........................... 1400х
Х1200Х
Х2100
Масса, кг....................................... 250
47
Робот «Универсал-5» обеспечивает 6 программируемых пере-
мещений груза: движение руки по горизонтали и вертикали,
поворот колонны, поворот руки, вращение кисти и ее сгибание.
Робот «Циклон-ЗА»
Пневматический робот с программным управлением
модели «Циклон-ЗА» предназначен для замены ручного труда на
однообразных и вредных работах.
Техническая характеристика
Число степеней свободы.......................... 4
Грузоподъемность, кг............................ 3
Программируемые перемещения:
поворот руки относительно вертикали оси, град 180
поворот схвата, град.................. 90
выдвижение руки, мм.................. 600
Радиус рабочей зоны, мм:
наибольший....................................1430
наименьший........................... 830
Вертикальное перемещение руки, мм ... . 100
Сдвиг руки, мм.......................... ... 50
Программоноситель...........................тумблерная
панель
Давление подаваемого на силовой привод воздуха,
кгс/см2........................................... 4
Габаритные размеры, мм.......................1400x900 X
X 1200
Робот «Циклон-ЗА» обеспечивает 5 программируемых дви-
жений груза: перемещение руки по горизонтали и вертикали,
поворот колонны, сдвиг руки и вращение кисти.
Система управления робота электрическая, цикловая. Пере-
мещения руки, колонны и кисти ограничиваются концевыми
выключателями и жесткими упорами. Для расширения техно-
логических возможностей робот снабжен выдвижными упора-
ми, что обеспечивает при перемещении руки по горизонтали
четыре точки позиционирования, при повороте колонны — так-
же четыре точки позиционирования и при вращении кисти —
три точки. Упоры устанавливают вручную при наладке техно-
логического процесса. Управление выдвижными упорами осу-
ществляется по программе, заданной на тумблерной панели.
Робот ПР-10И
Универсальный промышленный робот ПР-10И
(рис. 12) предназначен для автоматизации и механизации
вспомогательных технологических операций: погрузки, выгруз-
ки, установки, снятия деталей и заготовок с обслуживаемого
технологического оборудования при механообработке, прессова-
48
Рис. 12. Универсальный промышленный робот ПР-10И
нии, литье и т. д. Робот используют для работы в цеховых
условиях при температуре окружающей среды 5—50° С.
Управление робота автоматическое по программе, заданной
коммутационными проводниками на штекерной панели.
Пульт управления имеет размеры 1000X700X470 мм. Система
управления обеспечивает возможность связи цикла работы ро-
бота с циклом работы обслуживаемого оборудования.
Число команд, подаваемых технологическому оборудованию,
шесть.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг........................... 10
Число степеней свободы . .............. 4
Число точек остановки:
при повороте руки вокруг вертикальной оси 3
при всех остальных перемещениях (для каждого
перемещения)...................................... 2
Точность позиционирования, мм.......................±0,1
Наибольшие линейные перемещения руки, мм:
по вертикали...................................... 200
по горизонтали.................................... 600
Наибольший угол поворота руки (колонны) вокруг
вертикальной оси, град............................. 220
Наибольший угол поворота кисти, град ... 180
Наибольшие линейные скорости перемещения руки,
мм/с:
по вертикали...................................... 500
по горизонтали.................................... 800
Наибольшая скорость поворота, град/с:
колонны............................................ 90
кисти........................................... 180
Напряжение электропитания, В..................... 220
Потребляемая мощность, кВт . . . . . . 0,5
4 Заказ 3483
49
Тип исполнительного привода .................
Расход воздуха, м3/ч.........................
Давление на входе в пневмосистемы, кгс/см2 .
Масса, кг....................................
Габаритные размеры манипулятора, мм
пневма-
тический
10
6
500
1670Х850Х
X1 Ио
Робот ПР-10И имеет цикловую систему управления, выпол-
ненную на интегральных элементах.
Программа работы робота набирается в результате комму-
тирования с помощью проводников в определенной последова-
тельности гнезд матрицы с гнездами соответствующих движе-
ний робота. Задается интервал времени между началами после-
довательных движений. Интервал времени между двумя сосед-
ними гнездами в ряду матрицы регулируется в пределах 0,02—
0,1с рукояткой генератора импульсов. Каждое движение робота
из исходного положения и возвращение в исходное положение
может повторяться в одном цикле по три раза.
Предусмотрена возможность подачи сигналов команды
в системы управления внешнего оборудования и получения
сигналов о выполнении команд рабочими органами этого
оборудования.
Рама робота крепится к полу, ее положение может регули-
роваться по высоте в пределах 100 мм. Пульт управления вы-
полнен выносным. Создана конструкция робота ПР-5И грузо-
подъемностью 5 кг, аналогичная конструкция робота ПР-10И.
Робот ПР-ЮС
Универсальный промышленный робот ПР-10С
(рис. 13) предназначен для автоматизации и механизации вспо-
могательных загрузочно-разгрузочных транспортных и основ-
ных технологических операций при работе во взрывоопасной
среде. Робот имеет четыре степени свободы, не считая движе-
ния схвата. Рука его может осуществлять продольное и верти-
кальное перемещение и поворот вокруг вертикальной оси (дви-
жение в Цилиндрической системе координат). Все движения
осуществляются от упора до упора. При движении по всем
координатам, кроме поворота руки вокруг вертикальной оси,
возможна остановка только в крайних точках. При повороте
руки предусмотрена возможность остановки ее в средней точке.
С этой целью в конструкции предусмотрен подвижный упор
промежуточного положения, который выдвигается при подаче
соответствующей команды. При подходе к заданной точке рука
плавно тормозится предусмотренными в конструкции демпфи-
рующими устройствами.
50
Рис. 13. Универсальный промышленный робот ПР-JOC
Приводы перемещения руки, кисти и схвата, а также привод
промежуточного упора пневматические. Все упоры крайних по-
ложений, а также скорости перемещения руки и режимы
демпфирования регулируются.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг............................... 10
Перемещение руки, мм:
по горизонтали ................................... 600
по вертикали.................................... 200
Угол поворота, град:
колонны...................................... . 220
кисти ........................................ 180
Скорость линейных перемещений, мм/с:
по горизонтали.................................... 800
по вертикали.................................... 500
Скорость поворота, град/с:
колонны............................................ 90
кисти............................................. 180
Точность позиционирования, мм........................±0,1
Напряжение электропитания, В......................... 220
Потребляемая мощность, кВт........................... 0,5
Тип исполнительного привода ...................... пневма-
тический
Расход воздуха, м3/ч................................. 10
Давление на входе пневмосистемы, кгс/см2 . . 6
Масса, кг........................................500
Габаритные размеры манипулятора, мм . . . 1670х850х
X 1115
Система управления робота разработана под руководством
П. М. Атласа и изготовлена Московским заводом «Тизприбор»
на базе струйных и мембранных элементов агрегатно-модуль-
ной системы «Цикл».
4*
51
По своей структуре система управления робота ПР-ЮС ана-
логична электрической системе управления робота ПР-10И.
Последовательность выполнения движений задается путем
коммутирования с помощью пластиковых трубок гнезд матрицы
с гнездами соответствующих движений робота.
Интервал времени между соседними гнездами матрицы
регулируется в пределах 0,1—0,2 с.
Робот ПР-35
Промышленный робот ПР-35 предназначен для об-
служивания технологических процессов штамповки, точечной
сварки, литья, механической обработки и других процессов при
максимальной температуре окружающей среды +50° С.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг:
при скорости нормальной......................... 12
пониженной..................................... 35
Число степеней свободы............................ 5
Радиальное перемещение руки, мм.................1067
Перемещение руки по вертикали, мм ... . 2300
Угол поворота руки, град......................... 220
Скорость перемещения руки, м/с:
радиальная....................................0,762
вертикальная ................................. 1,270
Скорость вращения руки, град/с................... 110
Угол, град:
сгибания кисти ............................... 220
поворота кисти ............................... 180
Скорость, град/с:
сгибания кисти............................. 110
поворота кисти............................. 110
Точность позиционирования, мм................±1,25
Система управления...........................позиционная
Робот оснащается позиционной числовой системой програм-
много управления, при этом программируются все перемещения
руки и кисти робота. Обучение робота осуществляется путем
перемещения руки и кисти в заданные точки пространства с
помощью пульта ручного управления. Число независимых про-
грамм, вводимых в память робота,— 6 с количеством переходов
(команд) в каждой программе не менее 60. При необходимости
может быть осуществлен автоматический переход с одной про-
граммы на другую (с пульта управления ими по сигналам от
внешних устройств).
Робот ПР К-20
Робот ПРК-20 (рис. 14) предназначен для нанесения
лакокрасочных, теплозащитных, износостойких и других покры-
тий.
52
Рис. 14. Робот ПРК-20 с контурной системой ПУ
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг...............................20
Число степеней свободы............................. 6
Перемещение руки, мм:
горизонтальное ................................. 1500
вертикальное ................................. 1500
Перемещение робота вдоль изделия, мм . . . 15000
Угол поворота, град:
рукн в горизонтальной плоскости .... 180
кисти в вертикальной плоскости .................... 120
Скорость, м/с:
горизонтального перемещения руки . . . . 0,5
вертикального перемещения руки............ 0,5
перемещения робота........................ 0,1
Точность позиционирования, мм............... ±3
Система управления ............................ контурная
Робот оснащается системой ПУ, допускающей возможность
управления по программе, рассчитанной с помощью ЭВМ, а
также по программе, занесенной в память робота в режиме
обучения с помощью пульта ручного управления. Манипулятор
робота выполняется во взрывобезопасном исполнении.
В приводных устройствах используются гидроусилители
с шаговыми электродвигателями ШД-5-1. Энергетический блок
гидросистемы может быть установлен в том же помещении, что
и манипулятор; пульт с системой ПУ должен располагаться
в соседнем, невзрывоопасном помещении.
53
Рис. 15. Робот модели 381
Робот модели
381
Промышленный
робот модели 381 рис.
15) предназначен для
транспортировки и за-
ливки заданного объ-
ема металла из раздаточ-
ной печи в камеру прессо-
вания машины для литья
под давлением.
Робот оснащается
пневматической системой
ПУ на струйных элемен-
тах. Приводы робота гид-
равлические.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг........................... 5
Число степеней свободы ....................... 4
Перемещение руки, мм:
горизонтальное .................................. 500
вертикальное ..................................... 750
Угол, град:
поворота руки.................................... 180
опрокидывания ковша............................... 90
Скорость перемещений:
линейная, м/с.......................................до 0,8
угловая, град/с...............................до 75
Расстояние от пола до ковша, мм:
наименьшее....................................... 350
наибольшее........................................1200
Наибольшее расстояние от оси стойки до оси ков-
ша, мм............................................. 1350
Точность позиционирования, мм.....................±1.25
Погрешность дозировки расплава.....................±2%
Система управления...............................цикловая
Робот модели 281
Промышленный робот модели 281 (рис. 16) предна-
значен для транспортировки заготовок и деталей при обслужи-
вании кузнечно-прессового оборудования.
Робот оснащается пневматической системой ПУ на струйных
элементах.
Приводы робота пневматические.
54
Рис. 16. Промышленный робот модели 281
Рис. 17. Промышленный робот модели 296
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг................................ 10
Число степеней свободы . . .... 4
Перемещение руки, мм:
по горизонтали................................... 500
по вертикали..................................... 300
Угол поворота руки, град........................... 240
Скорость перемещения руки, м/с:
по горизонтали .................................... 1
по вертикали....................................... 1
Скорость поворота руки, град/с...................... 90
Угол раскрытия схвата, град....................... 40
Диапазон поворота схвата, град.................0—90—180
Точность позиционирования, мм......................±0,2
Система управления ............................ цикловая
Робот модели 296
Промышленный робот модели 296 (рис. 17) предна-
значен для обслуживания горизонтально-ковочной машины.
Робот оснащается пневматической системой ПУ на струй-
ных элементах. Приводы робота гидравлические.
55
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг............................... 15
Число степеней свободы.............................. 5
Перемещение колонны, мм......................... 150
Перемещение руки, мм:
горизонтальное .................................. 1000
вертикальное ................................... 750
Угол, град:
поворота колонны.................................. 180
раскрытия схвата................................. 20
поворота схвата ................................. 90
Скорость, град/с:
раскрытия схвата .................................. 30
поворота схвата .................................. 180
Точность позиционирования, мм...................±1,25
Система управления ... ..............позиционная
Для автоматизации вспомогательных операций в отечествен-
ном приборостроении в последние два года создано несколько
промышленных роботов, управляемых от систем цикловой авто-
матики. В числе их робот модели М-901 и робот к полуавтомату
ПМРР-902.
Робот М-901
Робот М-901 (рис. 18) предназначен для транспор-
тировки пресс-форм со стола пресса на рабочее место прессов-
щика. Робот может обслуживать три пресса типа П-483 или
П-474 для изготовления деталей из пластмасс: поочередно за-
гружает каждый из них, а после рабочих ходов пресса и техно-
логических выдержек разгружает и доставляет пресс-форму на
стол прессовщика.
Рис. 18. Робот М-901
56
Робот механического типа имеет три степени свободы: пово-
рот руки вокруг вертикальной оси, вертикальное и горизонталь-
ное перемещение руки, а также сжимающее и разжимающее
движение губок схвата.
В приводе использованы специальные двигатели с катящим-
ся ротором типа ДКР-901, имеющие высокие динамические
качества. Конструкция робота позволяет производить быстрый
монтаж и демонтаж его на рабочем месте.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг...................... 20
Число степеней свободы..................... 4
Горизонтальное линейное перемещение схвата, мм 375
Вертикальное перемещение схвата, мм .... 250
Поворот схвага относительно вертикальной оси,
град............................................. 270
Сжимающее и разжимающее движение губок схва-
та, мм ....................................... 40
Точность позиционирования, мм:
по вертикали.................................±1,5
по горизонтали............................-£4
Максимальное расстояние схвата, мм:
от вертикальной оси поворота руки .... 1325
от уровня пола............................1100
Время переноса пресс-форм от рабочего места
прессовщика, с:
до правого или левого пресса.................. 15
до пресса, противоположного рабочему месту
прессовщика................................. 22
Масса, кг...................................... 200
Система управления роботом собрана на реле. Робот потреб-
ляет 100 Вт.
Робот для обслуживания конвейерных линий
обработки печатных плат
Робот (рис. 19) применяют для обслуживания конвей-
ерных линий обработки печатных плат. Он выполняет следую-
щие операции:
— загрузка заготовок печатных плат из магазина на кон-
вейер линии подготовки поверхности плат и выгрузка их с ук-
ладкой в магазин;
— разгрузка плат с линии удаления эмульсии и ретуши;
— загрузка и выгрузка плат с линии травления.
Техническая характеристика
Производительность, количество заготовок (плат)
в час.............................................до 200
Габаритные размеры заготовок, мм:
максимальные................................... 300x400
минимальные.................................. 200x250
Время выполнения операции подачи и съема заго-
товок, с.......................................5—7
57
Рис. 19. Робот для обслуживания конвейерной линии обработки печатных плат
Интервал времени между операциями, с 30—180
Регулирование интервала........................бессту-
пенчатое
Точность:
выдерживания интервала, с........................±5
позиционирования заготовок на конвейере, мм . +30
Емкость магазина, шт............................... 480
Система управления ............................. цикловая
Робот для подачи радиоэлементов
Специальный робот, показанный на рис. 20, предна-
значен для поиска необходимого радиоэлемента в магазинном
устройстве и передачи его в рабочую головку полуавтомата
ПМРР-902, на котором осуществляется обрезка, формовка и по-
становка радиоэлементов с одновременной пайкой.
Робот-манипулятор электромеханического типа имеет три
степени свободы: перемещение руки по вертикали и горизонтали,
поворот кисти, а также -сжимающее и разжимающее движения
схвата.
Привод снабжен шаговым двигателем ШД-5Д1.
Техническая характеристика
Число степеней свободы......................... 3
Перемещение механической руки:
поворот вокруг вертикальной оси, град ... 40
телескопическое удлинение, мм.................... 10
Поворот схвата относительно оси руки, град . . 180
Размыкание схвата, град............................. 45
Точность перемещений, мм.......................... +0,5
Время выполнения цикла, с......................... 2
Программоноситель...............................перфокарта
Габаритные размеры, мм........................... 325Х795Х
Х430
Потребляемая мощность, кВт . . ... 0,5
58
Рис. 20. Робот для подачи радиоэлементов при монтаже печатных плат
Производительность монтажного полуавтомата с роботом —
200—300 радиоэлементов (резисторов, диодов, конденсаторов),
припаиваемых за час.
В магазине полуавтомата установлено 15 кассет, в каждой
из которых имеется по 50—100 радиоэлементов. На автомате
собираются платы размером до 200 X 200 мм.
Использование полуавтомата ПМРР-902 повышает произво-
дительность монтажа радиоэлементов на печатные платы в 4—
6 раз, при этом снижается брак при комплектации и постановке
элементов.
В последние годы предприятиями электронной промышлен-
ности ведется работа по механизации производства с примене-
нием роботов, в частности созданы и внедрены специальные
роботы-кантователи и роботы-переставители для обслуживания
конвейерного производства кинескопов.
Робот-кантователь И4.094.0063
Подвесной электромеханический монорельсовый ро-
бот-кантователь И4.094.0063 предназначен для погрузочно-раз-
грузочных операций с автоматическим переносом и кантованием
по программируемой траектории стеклооболочек и кинескопов
с подвески транспортного конвейера на позиции рабочих машин
(в различных стадиях обработки) и наоборот, или для непосред-
ственной передачи с одной рабочей машины на другую.
Программирование работы робота—позиционное, с электри-
ческой памятью на реле-искателе. Синхронизация с обслуживае-
мым оборудованием осуществляется от внешних датчиков.
Робот оборудован электронной системой управления.
59
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг.................
Размеры переносимых изделий, см
Число программируемых степеней свободы
Скорость программируемых перемещений:
по горизонтали, мм/с..................
по вертикали, мм/с..................
по азимуту, град/с..................
Скорость поворота схвата, град/с
Величина перемещений руки:
по горизонтали, мм....................
по вертикали, мм....................
по азимуту, град ......
Поворот схвата, град..................
Точность позиционирования:
при линейных перемещениях, мм .
при угловых перемещениях, град .
Габаритные размеры, мм ... .
Масса, кг............................
25
40—67
4
10—450
20—170
1—45
5—45
0—5000
0—5000
0—240
0—160
6000Х420Х
X1814
456
Робот-переставитель И4.094.0061
Пневматический робот-переставитель И4.094.0061
предназначен для выполнения тех же операций, что и робот мо-
дели И4.094.0063 (кроме кантования).
Робот оборудован системой ПУ на струйных элементах.
Техническая характеристика
Грузоподъемность, кг............................... 25
Зона обслуживания:
в вертикальной плоскости, мм................ 1000—1750
в горизонтальной плоскости..................площадь
сектора
с радиусом
1,25 м и
углом 240°
Скорость перемещения, мм/с:
по горизонтали ............................. 300—800
по вертикали ............................... 200—600
Скорость поворота руки, град/с.................25—90
Габаритные размеры, мм......................... 1430Х655Х
X1190
Масса, кг.........................................200
Создана модификаци я роботов со сле-
дующей технической характеристикой:
Грузоподъемность, кг............................... 25
Количество степеней свободы....................... 4
Скорость перемещения:
по горизонтали, м/с..............................до 700
по вертикали, мм/с...............................до 700
по азимуту, град/с...............................до 90
Скорость поворота схвата, град/с.................. —
Величина перемещения:
по горизонтали, мм...............................до 4000
по вертикали, мм.................................до 1000
60
по азимуту, град . .................до 240
Угол поворота схвата, град..............до 180
Точность позиционирования при перемещениях, мм:
линейных.............................. ±5
угловых............................... 0,5
Робот может работать во взрывоопасной среде при повышен-
ной температуре (до 80° С) и вибрациях.
Промышленные роботы И4.094.0061 и И4.094.0063 легко
встраиваются в автоматические линии; при этом обеспечивается
годовая экономическая эффективность 5 тыс. р. от каждого
робота.
В институте технологии электротехнической промышленно-
сти создан опытный образец робота, предназначенный для ис-
пользования при штамповке деталей. В Ленинградском техно-
логическом институте холодильной промышленности под руко-
водством В. Л. Жавнера сконструирован копирующий манипу-
лятор. Стальная рука, управляемая одним оператором, способ-
на брать 400-килограммовый груз, легко и быстро переносить
его в узком пространстве на расстояние 2,5 м или поднимать
примерно на столько же (при небольшом переоборудовании
машины высота подъема может достигать 3,5 м). Ленинград-
ское СКВ Министерства мясной и молочной промышленности
РСФСР разработало опытно-промышленный образец такого
манипулятора для перетаскивания и штабелирования мясных
туш в холодильных камерах. Этот манипулятор может также
нагружать и разгружать вагоны и автофургоны.
Перечисленные опытно-конструкторские разработки (а упо-
мянуты далеко не все) показывают, сколь широк размах работ
по созданию промышленных роботов первого поколения в нашей
стране.
Созданы и испытаны мобильные роботы для автоматизации
технологических участков с металлорежущими станками (27].
Роботы «Спорт-1», «Спрут-1» и «МП-1» перемещаются над тех-
нологическим оборудованием по монорельсовой дороге, управ-
ляются от позиционных систем ЧПУ, практически не занимают
полезной площади и могут быть использованы в современных
цехах машиностроительных заводов (Е. И. Юревич и др.).
Разработаны роботы для сварки (Г. А. Спыну), для ковки
по заданной программе (Б. А. Челищев), для тяжелых литьевых
машин (В. Е. Лавентман). В последнем случае робот обеспечил
возможность автоматизации технологического участка, содер-
жащего машину для крупного литья алюминия, специальное
заливочное и дозирующее устройство и обрубной штамп. При
этом достигнуто существенное повышение производительности
труда и качества продукции.
Во всех указанных работах при проектировании и создании
роботов учитывались особенности конкретных производств,
решались задачи, связанные с анализом структуры участков,
61
обслуживаемых роботами, исследованием циклограммы работы
технологического оборудования и оснастки, рассматривались
вопросы технологического обоснования и экономической эффек-
тивности (Б. Н. Сурнин, Н. В. Корсакова, А. Г. Герасимов,
А. Н. Рабинович).
Выполнены работы по созданию промышленных роботов для
сборки (В. А. Яхимович), при этом решались задачи относитель-
ной ориентации собираемых деталей.
Г. А. Монахов £27] указывает на особенности и специфику
предприятий станкоинструментальной промышленности СССР,
которая в основном носит характер широкономенклатурного, но
мелкосерийного производства. В таких условиях применение
роботов позволяет повысить производительность в результате
устранения несвоевременности подачи заготовок на металлоре-
жущие станки (по данным Оргстанкинпрома, 30% времени по-
терь обусловлены несвоевременной подачей заготовок). Уже
имеется опыт создания автоматических складов с роботами-
штабелерами, а также предложены типовые схемы компоновок
технологического оборудования, робота и автоматизированного
склада, управляемых от ЭВМ.
В настоящее время большое внимание уделяется разработке
отдельных компонентов промышленных роботов, в частности,
представляют интерес новые приводы с электродвигателями,
имеющими печатные обмотки, и системы управления к ним
(В. М. Казанский).
Советские ученые и инженеры ведут большие работы по
созданию роботов второго и третьего поколений (Е. И. Юревич
и др.).
Вопросы создания роботов с адаптивной системой управле-
ния рассматривались в работах В. А. Якубовича и А. В. Тимо-
феева. При этом моделировалась система «глаз — рука» с эле-
ментами обучения, заключающегося в том, что роботу предъяв-
лялись предметы с их названиями и принадлежностью к тому
или иному классу. Робот запоминал эту информацию и в даль-
нейшем, при предъявлении ему того или иного предмета, мог его
распознать и установить его класс. Разработанные алгоритмы
позволяют идентифицировать объекты независимо от их распо-
ложения в пространстве и от масштабного фактора.
Разработаны также алгоритмы управления роботами, спо-
собными обходить препятствия.
На уже упомянутом Всесоюзном симпозиуме по роботам [27]
были заслушаны доклады о методе супервизорного управления
роботами (Ф. М. Кулаков). При таком управлении оператор
указывает на экране электронно-лучевой трубки цель и ставит
задачу, которую робот автоматически выполняет. Особенности
управления роботами в экстремальных условиях были освещены
в докладе Е. П. Попова. При этом демонстрировались возмож-
ности взаимодействия двух роботов, в частности, показано, как
62
один из них производит сверление отверстия в заготовке, зажа-
той в схвате другого робота. Демонстрировался также процесс
разборки и сборки схвата одного робота другим. В указанных
случаях одним из роботов управляла ЭВМ, другим — оператор.
Широкое использование телеоператоров с ручным управле-
нием нашло отражение в докладах, посвященных исследованию
систем «оператор — манипулятор» (В. Л. Афонин, А. Л. Фарбе-
ров, В. И. Лобанов).
В практике важны случаи, когда оператору необходимо
управлять манипулятором при заданном рассогласовании задаю-
щих и исполнительных рук. Такое требование может возникнуть,
например, вследствие ограничения рабочего объема задающей
руки. При таких условиях наблюдается нарушение мнемонично-
сти системы, то есть вектор перемещения на задающей руке
отличается по направлению от вектора перемещения на испол-
нительной руке. Указанное несоответствие определяет так назы-
ваемый коэффициент мнемоничности. Путем математического
моделирования получены линии постоянного уровня коэффици-
ента мнемоничности, позволяющие установить области в рабо-
чем объеме задающей руки, наиболее удобные для оператора.
Открываются также возможности исследования компенсаторных
характеристик человека-оператора (И. Б. Виноградов, А. Е. Коб-
ринский).
Большое внимание на симпозиуме было уделено опорно-
двигательным шагающим устройствам. Рассмотрена система
построения движения шестиногого шагающего аппарата, снаб-
женного специальной информационной системой, регистрирую-
щей препятствия (Д. Е. Охоцимский, А. К. Платонов). Предло-
жена ортогональная конструкция ноги аппарата с поступатель-
ными парами, позволяющая упростить управление и повысить
комфортабельность движения (Н. В. Умнов).
В течение нескольких лет в Ленинградском институте авиаци-
онного приборостроения (М. Б. Игнатьев, А. А. Михайлов,
И. Л. Ерош, А. А. Капустин, Г. Б. Яцевич) ведутся работы по
созданию робота — руки и шагающей машины, управляемых от
ЭВМ.
Над созданием роботов работают коллективы ученых и кон-
структоров в самых разных областях техники. Для координации
этих работ и определения важнейших направлений поиска и раз-
работок при АН СССР создан научный совет по теории и прин-
ципам устройства роботов и манипуляторов, возглавляемый
академиком И. И. Артоболевским.
2. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ США
Свыше 30 лет тому назад в связи с потребностями
атомной техники началась разработка телеоператоров (копи-
рующих манипуляторов), первые конструкции которых были
63
установлены в атомных лабораториях США. Оператор, нахо-
дясь в безопасном помещении, управляет движениями рук та-
ких телеоператоров и наблюдает за их работой в опасной зоне.
Сейчас в атомной промышленности США используется свыше
2500 телеоператоров.
Современные конструкции копирующих манипуляторов вы-
полнены на очень высоком научно-техническом уровне, оснащены
дистанционным управлением, серводействием, очувствлены по
отношению к силе схвата и т. д.
Опыт, накопленный при создании копирующих манипулято-
ров, а также развитие методов и средств программного управ-
ления позволили специалистам США свыше десяти лет тому на-
зад перейти к разработке автоматических манипуляторов с циф-
ровым управлением — промышленных роботов, предназначенных
для реализации движений и действий, программа которых может
быть заранее определена [3, 57, 60, 63, 70].
В начале 60-х годов в технической литературе США [33] по-
явились первые сообщения о манипуляторах с программным уп-
равлением— «Трансферобот» и «Флексимэн». Эти роботы
предназначались, главным образом, для автоматизации свароч-
ных операций, но могли также использоваться для перемещения
и позиционирования деталей [21].
В 1963 г. в США были созданы промышленные роботы «Вер-
сатран» [77] и «Юнимейт» [69], которые до настоящего времени
остаются основными типами роботов, выпускаемых в США. Эти
роботы получили признание во многих странах и нашли доста-
точно широкий сбыт [31, 34, 36].
Интенсивное проведение научных исследований, инженерных
разработок, а также применение промышленных роботов в тех-
нологических процессах диктуется рядом факторов, тесно свя-
занных с бурным развитием науки и техники:
— тенденцией к непрерывному росту стоимости
и ограниченностью ее ресурсов.
показывающий прирост заработной
рабочей силы
На рис. 21 приведен график,
платы и производительности
труда за десятилетие. С
1963 г. возрастание зара-
ботной платы в США не
сопровождается соответ-
ствующим приростом про-
изводительности труда;
— непрерывным рас-
ширением производствен-
ных процессов, выполняе-
Годы
Рис. 21. Прирост заработной
платы (/) и производительно-
сти труда (2) за 1960—1970 гг.
в США
64
мых с применением взрывоопасных, токсичных, радиоактивных
и других материалов, угрожающих здоровью человека, а также
увеличением случаев травматизма, сопутствующих, как правило,
форсированным производственным процессам;
— увеличением количества больших аварий, влекущих за
собой тяжелые увечья и смертельные исходы, а также ростом
профессиональных заболеваний, связанных с пребыванием
в неблагоприятных условиях;
— нежеланием рабочих выполнять однообразные повторяю-
щиеся операции в условиях высокой интенсификации современ-
ного производства.
В США значительная часть исследований в области создания
и применения промышленных роботов финансируются по про-
грамме космических исследований.
К 1973 г. в США работало 450 роботов «Юнимейт» и 150
«Версатран». Фирма «Юнимейшн» выпускает 15 роботов еже-
месячно; однако выпуск должен увеличиться до 100 шт. в месяц.
По прогнозам президента фирмы «Юнимейшн» Д. Ф. Энгельбер-
гера к 1980 г. количество роботов должно достигнуть 50 000. Та-
кие темпы развития роботостроения должны обеспечить про-
мышленность США роботами примерно в пропорции: один робот
на 500 рабочих (35].
Чтобы охарактеризовать функциональные возможности про-
мышленных роботов в уже реализованных системах автоматиза-
ции, в качестве примера приведем опубликованные в амери-
канской печати данные об их использовании в автоматической
линии для производства автомобильных колес. Всего в указан-
ной автоматической линии эксплуатируется 23 робота, которые
обслуживают прессы, токарные станки, загружают в специаль-
ные приспособления свариваемые детали, вставляют болты в
тормозные колодки, навинчивают и затягивают гайки, устанав-
ливают пружины, берут готовые изделия с конвейера и уклады-
вают их в ящики, разделяя каждый ряд прокладками, и выпол-
няют многие другие операции.
Производительность этой линии составляет 220 автомобиль-
ных колес в час, что на 10—15% больше производительности
аналогичной линии, обслуживаемой людьми. В данном случае
23 робота заменяют 46 рабочих. Срок службы роботов без ре-
монта составляет 600 ч.
Область применения роботов все время расширяется; в по-
следние годы описано более 20 случаев их рентабельного ис-
пользования [37, 39, 40, 48, 49, 58, 67, 68, 71].
Ведущие автомобильные и другие фирмы США приступили
к использованию промышленных роботов на технологических
линиях с выполнением операций точечной сварки, окраски и
других операций и на автоматических линиях механической об-
работки, литья под давлением, горячей ковки и штамповки
5 Заказ 3483
65
с выполнением операций транспортировки деталей, загрузки и
разгрузки оборудования [45, 46, 58, 71]. Наличие роботов прида-
ет автоматическим линиям гибкость и маневренность, особенно
при переналадке их на обработку других деталей. Применение
промышленных роботов на линиях механической обработки
освобождает от необходимости использования специальных
станков и кардинально изменяет компоновку линий [20].
Изготовление роботов фирмой «Юнимейшн» организовано на
основе широкой кооперации и специализации. Завод по суще-
ству является только сборочным. По сообщению специалистов
фирмы, роботы могут выполнять до 200 различных рабочих
операций. Они позволяют также повысить производительность
обслуживаемого ими оборудования на 20%. При стоимости робо-
та 28—44 тыс. долл, он окупается за период от 1,3 до 2,7 лет.
На заводе фирмы «Юнимейшн» имеется восемь стендов для
отработки и испытания на надежность изготовляемых роботов.
Продолжительность комплексных испытаний 60—120 ч, примем
большая цифра относится к роботам, идущим на экспорт. Фир-
ма дает годичную гарантию на продаваемые роботы. Средняя
наработка на отказ составляет 400 ч и более (до 1200—1500 ч).
Общие потери, связанные с простоями для ухода, ремонта и
переналадки, не превышают 2% отработанного роботом време-
ни. Основные недостатки робота: выходят из строя кодовые
датчики и засоряется гидросистема сервоприводов. В настоящее
время фирма работает над дальнейшим усовершенствованием
конструкции робота. В связи с повышенным интересом крупных
фирм к роботам заказы фирме за последнее время увеличились
в три раза.
Фирма «Юнимейшн» обучает своих покупателей правилам
обслуживания и ремонта роботов. Срок обучения — 1—2 недели.
Плата за обучение входит в контракт на поставку роботов.
В США в настоящее время только 6% продукции выпускает-
ся в третью смену, 17%—во вторую, остальная — в первую.
Если это соотношение изменится в результате применения
роботов, то промышленное производство США, по мнению аме-
риканских предпринимателей, может возрасти в несколько раз.
Президент фирмы «Юнимейшн» Д. Ф. Энгельбергер на
встрече с советскими специалистами в 1973 году отметил, что
предпочтение будет отдаваться универсальным роботам, которые
могут быть быстрее использованы, чем специальные, так как
быстрее переналаживаются. Важнейшим условием для успеш-
ного применения роботов Д. Ф. Энгельбергер считает надеж-
ность их в эксплуатации. Некоторые роботы «Юнимейт» за
5—6 лет уже надежно проработали по 20000 ч и продолжают
работать.
В США разработкой и выпуском роботов, а также частей
для них, занято более 15 фирм. Кроме названных, роботы
изготовляют такие фирмы, как «Тейлор», «Сандстрэнд Машин
66
Ко», «Мобилити Системе», «Дженерал Электрик Ко», «Берч
Контроле», «Хьюджес Эиркрафт», «Артур Д. Литл Инк» и др.
В последнее время ведутся интенсивные поиски конструкций
роботов, обладающих не только двигательными функциями
человека, но и некоторыми его чувствами, а в ряде случаев и
большей чувствительностью, чем человек [43, 53, 55, 62, 66, 75].
Получил распространение термин «искусственный интеллект»
[9, 10]. Попытки моделирования и искусственного воспроизведе-
ния не только органов чувств и речи, но и способности обучаться,
планировать, прогнозировать и т. п. пока еще находятся в зача-
точном состоянии, однако работы ведутся довольно широко.
Д. Ф. Энгельбергер сообщил, что фирма «Юнимейшн» рабо-
тает над роботами третьего поколения, которые будут оснащены
органами чувств — зрением и осязанием. Энгельбергер подчер-
кнул, что первые промышленные образцы роботов третьего
поколения появятся не раньше 1980 г., так как создание их
является сложной технической проблемой.
Кроме того, он отметил, что в недалеком будущем будет
решена проблема создания промышленного робота с точностью
позиционирования рабочего органа 0,1 мм и с максимальной
скоростью его движений, превосходящей скорость движений ру-
ки человека в 40 раз.
Робот «Юиимейт»
Промышленный робот «Юнимейт» Марк II серии 2200
фирмы «Юнимейшн» (рис. 22) — один из наиболее совершен-
ных роботов; предназначен для обслуживания ряда технологи-
ческих процессов: литья под давлением, штамповки, ковки, ме-
ханической обработки, упаковки и др. При установке механиз-
ма схвата клещей для точечной сварки или краскораспылителя
Рис. 22. Промышленный робот «Юнимейт»
5*
67
робот может вести точечную сварку или наносить покрытия на
детали. Робот приспособлен для проведения работ в цехах с по-
вышенной температурой (до 50° С) (69].
Система управления робота обеспечивает три движения руки
и два кисти, шестым является движение схвата. Все движения,
кроме схвата, осуществляются по программе от гидроцилин-
дров и происходят в следящем режиме. Привод схвата от
пневмоцилиндра.
Насосная станция смонтирована на раме робота. Пульт
управления встроенный; установлен на раме в задней части
робота.
Система управления позиционная. Блок памяти выполнен
на магнитном барабане. Объем памяти—180 команд, которые
разбиваются в различных моделях: либо на три программы по
60 команд, либо на шесть по 30 команд. Все программы хра-
нятся в памяти одновременно. Нужная программа включается
переключателем выбора программы. На роботе может быть
установлен еще один блок памяти; тогда объем памяти увели-
чивается вдвое. В системе управления предусмотрена возмож-
ность связи с внешним технологическим оборудованием.
Программирование производится методом обучения. При
этом рука робота от пульта ручного управления проводится
последовательно через заданные точки рабочей траектории
схвата. При остановке в каждой заданной точке на пульте
ручного управления нажимается кнопка записи, и координаты
точки, а также ее порядковый номер, заносятся в память робо-
та. В память вводятся также команды на открытие или закры-
тие схвата, команды в системы управления технологического
оборудования, сигналы ожидания информации о выполнении
команд рабочими органами оборудования. В режиме обучения
движение руки может происходить на одной из двух скоростей,
меньшая из них используется при подводе кисти к заданной по-
зиции для съема или установки детали. Записанную прграмму
можно проверить на пониженной скорости, . а- также быстро
исправить любую неверно записанную команду.
Техническая характеристика
Радиальное перемещение руки, мм.................1067
Перемещение руки по вертикали, мм ... . 80—2300
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град. . 220
Поворот кисти вокруг продольной оси, град. . . 180
Поворот кисти в вертикальной плоскости, град. . 220
Скорость линейного перемещения, мм/с:
радиального ..... 762
вертикального ................................. 1270
Скорость поворота, град/с:
руки............................................... ПО
кисти . ПО
Точность отработки по каждой координате, мм . ±1,27
68
Грузоподъемность, кг:
при пониженной рабочей скорости .... 34
при нормальной рабочей скорости . . . . 11,3
Величина зажимного усилия на-конце схвата дли-
ной 100 мм, кгс.................................. 136
Потребляемая мощность, кВА . . . . . . 11,5
Срок службы, ч...............................40 000
Габаритные размеры, мм ...... . 1520Х
X1220X1370
Масса, кг.......................................1590
Робот «Тралфа»
Робот «Тралфа» (рис. 23) является последней мо-
делью семейства роботов «Юнимейт».
Техническая характеристика
Поворот руки в горизонтальной или вертикальной
плоскостях, град................................... 210
Угол поворота схвата по горизонтали или вертика-
ли, град. ...................................... 210
Максимальная скорость руки, м/с............. 1,65
Грузоподъемность, кг:
при минимальной скорости.........................27,2
при максимальной скорости........................13,6
Потребляемая мощность ...........................4,5 кВ А;
220/440 В;
60 Гц
Масса робота, кг ... ................ 634,2
Система управления ........................... контурная
Робот имеет электронное управление по непрерывной траек-
тории и воспроизводит движение плеча, локтя и кисти челове-
ка; он -предназначен для нанесения различных покрытий на
детали разных форм, для чего в руке робота укрепляется
соответствующий пистолет.
Блок управления ро-
ботом, запоминающее
устройство и сервоусили-
тели смонтированы в от-
дельном корпусе.
Система управления
включает устройства за-
писи на магнитную ленту
и воспроизведения про-
граммы. Печатные пла-
ты могут быть быстро
проконтролированы и за-
менены в случае неис-
правности.
Рис. 23. Робот «Тралфа»
69
Рука расположена в верхней части корпуса и обладает пятью
степенями свободы. Рычаги ручного управления съемные и уста-
навливаются на руку только перед началом обучения.
Точность позиционирования — около 1 мм, но уменьшается
до 10 мм с увеличением скорости и нагрузки.
Процесс программирования работы робота прост и требует
небольших затрат времени. Для того чтобы робот запрограм-
мировать, необходимо его рукой совершить действия, которые
должны им выполняться.
При обучении робота программе его гидравлическая система
находится в состоянии свободного движения, и уравновешенная
рука легко передвигается.
Для обучения робота необходимо:
1) присоединить к руке робота рычаги ручного управления;
2) в блок управления установить кассету с лентой и повер-
нуть селекторный переключатель в положение «запись»;
3) с помощью ручного управления переместить руку и кисть
робота в необходимые положения;
4) переключатель повернуть в положение «воспроизведе-
ние»;
5) снять рычаги ручного управления.
После этого робот готов для выполнения нужной производ-
ственной операции. Качество и время программирования зави-
сят от квалификации оператора, обучающего робот.
После окончания работы кассета с записанной программой
может быть использована в любое время повторно. Для смены
ленты требуется не более 3 с.
Роботы «Тралфа» в настоящее время используются для
эмалирования ванн и корпусов стиральных машин, а также при
окраске различных узлов и деталей (в том числе электростати-
ческой).
Выпускается несколько моделей робота, одна из них позво-
ляет окрашивать детали очень сложной, неправильной формы,
причем программа работы записывается заранее в процессе
ручной покраски первой детали.
Робот «Тралфа» может работать в условиях, опасных и вред-
ных для организма человека (жара, холод, шум, взрывоопасная
среда и т. п.).
Робот «Версатран 500»
Промышленный робот «Версатран-500» фирмы
AMF (рис. 24) выпускается в двух видах: с позиционной («Вер-
сатран-500Р») и контурной («Версатран-500С») системами уп-
равления.
Робот с позиционной системой управления наиболее рас-
пространен [31].
70
Рис. 24. Манипулятор промышленного робота «Версатран»
Манипулятор робота работает в цилиндрической системе
координат, имеет пять степеней свободы, исключая движение
захвата. Три движения руки робота с позиционной системой
управления осуществляются в следящем режиме, остальные —
от упора до упора. Положения упоров, ограничивающих движе-
ния кисти, регулируются. В память робота, выполненную на
потенциометрах, могут быть занесены координаты 30 точек.
Максимальный объем программы — 100 команд. Программа
набирается с помощью штекеров на барабане и может воспро-
изводиться на одной из двух скоростей — нормальной и замед-
ленной (последняя в четыре раза меньше нормальной).
Насосная станция гидросистемы робота смонтирована в
манипуляторе на его основании. Пульт управления, содержа-
щий 30 групп по три потенциометра блока памяти, и програм-
мный барабан выполнены выносными.
В конструкции робота с контурной системой управления
запись программы осуществляется на магнитной ленте в про-
цессе обучения робота.
71
Техническая характеристика
Линейные перемещения руки, мм:
по вертикали..................................... 762
по горизонтали.................................... 762
Поворот руки вокруг вертикальной оси, град. . 240
Поворот кисти вокруг вертикальной или продоль-
ной оси; град........................................ 180
Точность отработки заданного положения:
по вертикали, мм.................................. ±2
по горизонтали, мм................................ ±2
по углу поворота, град............................ ±4
Линейные скорости перемещения, мм/с:
по вертикали..................................... 920
по горизонтали.................................... 920
Скорость поворота руки вокруг вертикальной оси,
град/с............................................ 90
Грузоподъемность при максимальной скорости, кг 9,1
Максимальная грузоподъемность при закрепленной
кисти, кг............................................45,4
Давление в гидросистеме, кгс/см2.................... 70
Объем бака, л....................................... 25
Напряжение электропитания, В.....................415(3 фазы)
Потребляемая мощность...............................50 Гц
(220/550 В)
7,5 кВт,
Число команд технологическому оборудованию . 8
Число внешних сигналов об исполнении команд . 8
Габаритные размеры (с вытянутой рукой), мм . 2020х690х
Х1860
Масса, кг...................................... 590
Габаритные размеры пульта управления, мм . . 510х750х
Х1170
Масса пульта управления, кг.................... 136
Роботы «Версатран» серии Е
В настоящее время фирма AMF выпускает роботы
«Версатран» серии Е, которые строятся по блочному принципу
и состоят из манипулятора, гидронасосной станции, системы
программного управления и узла управления цикловой авто-
матикой. Робот способен выполнять свои функции в различных
положениях: его можно установить неподвижно на полу, за-
крепить под любым углом непосредственно на обслуживаемой
машине или станке, поместить на подвижной тележке и т. д.
Сам манипулятор также выполнен по блочному принципу и
может поставляться с двумя-пятью степенями свободы.
Для управления роботом используются две разработанные
фирмой AMF системы программного управления: позиционная
302 (для относительно простых работ) и контурная 401 (для
выполнения сложных операций, требующих плавного переме-
щения по контуру с необходимыми ускорениями и с заданными
скоростями). Особенностью позиционной системы 302 является
наличие внутренней памяти, значительно уменьшающей коли-
72
чество координат, которые необходимо вводить в систему для
выполнения той или иной работы.
Система 302 при сравнительно небольшом объеме вводимой
информации способна выполнять сложные задачи. Это дости-
гается предварительной записью вспомогательных подпрограмм
во внутреннюю память системы управления. Последовательное
переключение с основной программы на работу от подпрограмм
и обратно осуществляется автоматически в соответствии с зало-
женным в нее циклом. Ввод программы для выполнения слож-
ных задач, требующих большого количества информации,
осуществляется с помощью штекерных панелей с 600 гнездами,
которые установлены на пульте управления. Снаружи пульта
управления имеются шесть кнопок, которые используются для
оперативного вмешательства в работу системы. При нажатии
кнопки «стоп» система прекращает работу по достижении оче-
редной опорной точки, с которой в дальнейшем она может про-
должать работу без потери информации. При нажатии кнопки
«выключено» работа прекращается только после окончания
всего цикла. Кнопка «аварийный стоп» немедленно отключает
от системы все источники питания. От специальной кнопки
можно дискретно перемещать руку робота с малой скоростью
по всем осям.
Система 302 построена по блочному принципу, что позволи-
ло сократить номенклатуру деталей, упростило поиск неисправ-
ностей и ремонт. В стандартном исполнении система состоит из
трех блоков с потенциометрической настройкой положения,
двух блоков с десятипозиционными счетчиками, логического
блока и блоков сервоусилителей для каждой координаты пере-
мещения руки. По особому заказу поставляются блоки для руч-
ного перемещения руки робота по всем координатам без иска-
жения информации, набранной на потенциометрах, а также
блоки управления захватывающим устройством. Любой элемент
программы может быть легко исправлен без повреждения ос-
тальной части программы (даже во время работы робота).
В отличие от системы 302 система программного управления
401 (рис. 25) имеет двойное считывающее с перфоленты устрой-
ство для ввода информации в цифровом виде и более развитую
логику с рядом добавочных функций. Контурная система уп-
равления роботов серии Е гораздо компактнее и обладает
большими возможностями по сравнению с предшествующими
системами.
Для роботов «Версатран» разработано устройство, с помо-
щью которого манипулятор выбирает нужные по толщине и
конфигурации заготовки из листового материала, количество
которых может превосходить 100.
С грузом до 45,4 кг могут работать руки и схват, при этом
кисть фиксируется с помощью своих упоров.
73
Рис. 25. Пульт управления робота «Вер-
сатран» системы 401
Роботы с позиционной систе-
мой управления используются, в
основном, для обслуживания ма-
шин литья под давлением, ковоч-
ных прессов, при укладке деталей
в штабели, а также при точечной
сварке.
Роботы с контурной системой
управления используются для ра-
бот требующих точного непрерыв-
ного перемещения руки, а также
при необходимости изменения
скорости по программе (работа с
портативным ручным пульвериза-
тором, сварочной горелкой, пис-
толетом для дробеструйного уп-
рочнения и т. п.).
Роботы «Версатран» приобре-
тены фирмами «Корниг Фибер
Гласс» (3 робота применены на
погрузочно-разгрузочных рабо-
тах), «Катерпиллер Фэктори», «Форд Моторе», «Шевроле Боди»
(роботы используются в кузнечно-штамповочных цехах), «Вер-
тол Дивижен оф Боинг Ко» (робот выполняет дробеструйную об-
работку 100 деталей самолета Боинг-747), «Дженерал Моторе»,
«Фишер Боди» (роботы выполняют сварочные работы), а также
фирмами «Дёрнз Брик Ко» и «Юнион Карбид Ко» (роботы ис-
пользованы на погрузочно-разгрузочных работах).
Фирма «Форд Моторе» сообщает, что робот «Версатран» с
1964 г. проработал почти 25000 ч, что соответствует двухгодич-
ной непрерывной эксплуатации. За этот период роботом было
осуществлено 1 500 000 циклов обслуживания штамповочного
пресса. Фирма модифицировала робот, в результате чего он стал
совершать 1000 перемещений в час с грузом 45 кг. Производи-
тельность технологического оборудования в результате приме-
нения робота повысилась в 2—4 раза.
Фирмы — изготовители робота типа «Версатран» гарантиру-
ют 10-летний срок его службы при двухсменной работе.
Характеристика робота «Версатран»
с позиционной системой
программного управления
Горизонтальное движение руки, мм ... 770 или
1070
Скорость руки с грузом 9,1 кг по горизонтали и
вертикали, см/с.............................. 92
74
Угол поворота колонны, град........................ 240
Скорость поворота колонны, град/с .... 90
Вертикальное движение руки, мм.....................770
Вращение кисти, град...........................0—180
Поворот кисти, град..............................0—180
Число позиций:
руки...........................................100 (30
отдельных
точек)
кисти........................................4 (2 — при
вращении
и 2 — при
повороте)
схвата ...................................... 2
Грузоподъемность, кг........................... 45,4
Точность позиционирования, мм:
по углу поворота...............................не более 3,2
по горизонтали и вертикали...................не более 2
Манипулятор Пульт
Габаритные размеры, мм:
высота ................
длина (вытянутой руки)
ширина ..............
Масса, кг..............
Электропитание .
1860 1170
2020 510
690 750
5900 1360
415 В ± 10?/о
50 Гц, НА (3 фазы)
0—45
28
. минеральное
масло
«Мобил ТЕ»
(легкое) или
фосфатный
эфир
«Мобил 210»
(невоспла-
меняющийся)
25
70
36,4
Пределы рабочих температур, °C ...
Потребность в циркуляции воздуха, м3/мин
Тип рабочей жидкости гидравлической системы
Емкость гидробака, л
Рабочее давление жидкости, кгс/см2
Производительность насоса, л/мин .
Робот «Велдотрон»
Фирма «Велдотрон Электронике» выпускает элек-
тропневматический промышленный робот для погрузочно-раз-
грузочных работ, перемещения и установки деталей, а также
для их клеймения и упаковки (рис. 26). Используется в авто-
мобильной и других отраслях промышленности.
Робот имеет штекерную систему программирования и обес-
печивает достаточно точную повторяемость запрограммирован-
ных операций. Конструкция робота обеспечивает быструю смену
схватов. Небольшие габариты робота и быстрое обучение по-
зволяют легко переходить от одной операции к другим.
75
Рис. 26. Промышленный робот «Велдотрон»
Робот «Трансива»
Фирма «БР Тейлор, Лтд» выпускает промышленный
робот «Трансива» (рис. 27), предназначенный для загрузки —
разгрузки металлорежущих станков и другого технологического
оборудования; робот может работать в комплексе с конвейера-
ми или различного рода питателями [72].
Робот представляет собой смонтированные на общем осно-
вании систему программного управления и манипулятор с
гидравлическим приводом. Максимальная грузоподъемность —
45 кг. Манипулятор работает в цилиндрической системе коор-
динат и имеет следующие величины перемещения руки:
горизонтальное — до 610 мм;
вертикальное — до 305 мм;
поворот на угол — до 240°.
76
Рис. 27. Промышленный робот «Тран-
сива»
Ось руки робота в нижнем
положении находится на рас-
стоянии 1090 мм от плоскости
пола.
Высота подъема груза от
уровня основания — 380—
1000 мм.
Робот снабжен различными
типами схватных устройств,
среди которых простой схват
без вращательного движения;
вращающаяся головка с двумя
схватами; головка с вращаю-
щимся схватом; головка с по-
перечно перемещающимся
схватом; устройство из двух
рук, снабженных простыми
схватами; вакуумные и маг-
нитные схваты.
Система позиционного программного управления позволяет
руке занимать любые положения в пределах программируемых
линейных перемещений, а также занимать пять фиксированных
позиций при ее повороте: нейтральную и повороты на 90 и 120°
в обе стороны. В качестве программоносителя применяется лег-
косменная шестнадцатидорожечная карта. Продолжительность
подготовки программы не превышает 30 мин, смены на другую
программу — 30 с.
Гидравлическая система робота включает масляный бак и
поршневой насос, работающий от электродвигателя мощностью
1,5 л. с. Площадь, занимаемая роботом, 660X1035 мм2.
Робот может быть оснащен программным устройством бара-
банного типа, обеспечивающим заданную последовательность
выполняемых операций.
Все движения руки осуществляются в следующей последо-
вательности: медленный пуск, быстрое движение и мягкий
медленный останов.
Робот «Праб-4800»
Фирма «Праб Инжиниринг Корп» выпускает промыш-
ленный робот «Праб-4800» (рис. 28), который, подобно роботу
«Юнимейт», работает в сферической системе координат, однако
в отличие от последнего, обладает меньшей универсальностью
и имеет упрощенную систему программного управления.
77
Рис. 28. Промышленный робот «Праб-4800»
Робот осуществляет следующие движения: вращение руки
относительно вертикальной оси в пределах 190°, вращение руки
относительно горизонтальной оси на 20°, телескопическое удли-
нение руки на 1118 мм, вращение схвата на 90°. Привод робота
гидравлический, исполнительные механизмы — гидроцилиндры.
«Праб-4800» может манипулировать деталями весом до 15 кг.
Смыкание и размыкание схвата осуществляется пневмоцилин-
дром. Система управления выполнена в общем корпусе
с манипулятором.
Робот «Мобилити»
Робот управляется непосредственно от центральной
ЦВМ и может приводить в действие внешние механизмы, нахо-
дящиеся в поле их досягаемости, например, переключатели
и т. п.
В качестве исполнительного органа применяется рука с дву-
мя пальцами, которые могут выполнять хватательное движение.
В модернизированном варианте этот механизм может приспо-
сабливаться к величине предмета, с которым манипулирует ру-
ка, при этом по размерам каждый предмет с помощью чув-
ствительного датчика и ЭВМ робот относит к определенной
категории. Кроме того, имеется рука с вакуумным схватом для
работы с тонкими и хрупкими предметами, а также схват
с пневмогубками, который может поднимать предметы. Если
робот ошибается при определении размера объекта, он преры-
вает выполняемую операцию. Определить величину предмета
робот может и при наличии нескольких программ, например,
в том случае, когда обработке подлежат разные детали.
Исходя из требований потребителей, роботам в случае необ-
ходимости могут быть приданы датчики, чувствительные к тем-
пературе или давлению.
78
Робот фирмы «Аутобот Ко»
Робот представляет собой устройство дискретного
действия, выполняющее задачи по управлению станками и их
загрузке, для чего он оснащен рукой с пальцами, а также элек-
тромагнитным или вакуумным схватом (присосом).
С помощью матричного пульта «Селектобод», смонтирован-
ного в пульте управления, составляется программа таким обра-
зом, чтобы робот мог выполнять отдельные операции или
комбинации операций при определенном количестве различных
положений. При индивидуальной настройке робота, а также
при выполнении неповторяющейся операции используется руч-
ное управление. Для обучения робота используются поворотные
переключатели положения руки робота. Эти переключатели
смонтированы в вертикальных рядах программной матрицы,
установленной на лицевой стороне блока управления. В горизон-
тальных рядах матрицы программируются действия, которые
должны быть выполнены (линейное перемещение, вращательное
движение руки, освобождение или захват предмета), а также
подача сигналов технологическому оборудованию для управле-
ния им.
На передней панели блока управления расположены
счетчик количества выполненных операций, элементы ручного
управления, набор реле времени (по одному на каждую пози-
цию) и регуляторы скорости перемещений. При отключении
робота отключается и все оборудование, которым он управлял.
Рука робота может выполнять операции с любыми деталями
массой до 35 кг.
Робот может не только выполнять операции, задан-
ные программой, но и самостоятельно принимать простейшие
решения. Например, при использовании в системе испытаний
крупногабаритного конденсатора высокого напряжения робот
берет конденсатор с предыдущей операции, устанавливает его
на стенд для проведения испытаний, а дефектные конденсаторы
сбрасывает или передает на доработку. Если конденсатор удов-
летворяет техническим требованиям, робот передает его на сле-
дующую операцию.
В некоторых случаях робот оборудуют рукой небольшого
габарита и массы, что необходимо, например, в случае приме-
нения его для электронно-лучевой сварки в вакууме. Обычно
вакуумирование занимает значительно больше времени, чем сам
процесс сварки. Для электронно-лучевой сварки рука робота
вместе с нужным количеством ориентированных деталей поме-
щается в вакуумную камеру. Блок управления робота остается
вне камеры. Ввод руки герметизируется, после чего камера
вакуумируется. Оператор может производить сварку, используя
ручное управление, или включать автоматический режим рабо-
ты робота по заранее подготовленной программе.
79
Робот «Флексимэн»
С 1962 г. фирма «Американ Машин Энд Фаундри»
серийно выпускает робот «Флексимэн» с цикловым програм-
мным управлением нескольких моделей.
Модель Грузоподъемность, кг Радиус зоны обслуживания, см
«Флексимэн-1» 0,7 51
«Флексимэн-2» 1,5 71
«Флексимэн-3» 5,4 107
«Флексимэн-4» 11,0 183
По конструкции различные модели робота мало отличаются
друг от друга. Модель с наименьшими габаритными размерами
имеет ход руки до 254 мм, а наибольшими — до 914 мм. Точность
позиционирования также разная для различных моделей и
составляет ±0,25 и ±0,37 мм соответственно.
В корпусе робота установлены механизмы привода руки от
электродвигателя и система циклового программного управ-
ления.
Зона обслуживания представляет -собой часть сферы, ограни-
ченной вертикальной дугой 120° (рис. 29).
Рука робота может перемещаться с поворотом на полную
окружность. Полукруговая траектория перемещения руки делит-
ся на восемь перекрываемых зон. В пределах каждой зоны мож-
но запрограммировать одно перемещение и установку изделия.
При программировании работы робота на барабане в первую
очередь должна быть установ-
лена (кулачками) последова-
тельность включения переме-
щений. Затем оператор про-
водит руку робота по траек-
тории работы. При выполне-
нии программы робот может
произвести до 16 различных
перемещений в любой после-
довательности.
Носителями программы яв-
ляются барабаны с электроме-
ханической и механической па-
мятью.
Рис. 29. Зона обслуживания робота
«Флексимэн»
80
Рис. 30. Конструктивная схема робота «Флексимэн-1»:
/ — электродвигатель; 2 — программный барабан; 3 — барабан; 4, 20, 23, 24 — упоры; 5,
21 — винты; 6 — направляющая; 7 — рука; 8 — поворотная головка; 9, 14 — подшипники;
10 — вакуумный присос; 11 — тросовая связь: 12 — подвижная каретка; 13 — винтовая па-
ра; 15, 25, 29 — зубчатые колеса; 16, 26 — валы; 17 — храповой механизм; 18 — диски; 19,
28 — рычаги; 22 — направляющие штанги; 27 — конечные выключатели
Рука робота поддерживается пружиной, стянутой двумя тро-
сами. При работе рука может подниматься вертикально до тех
пор, пока ее ход не будет ограничен тросами, длина которых
определяет конечное положение руки.
Конструктивная схема робота «Флексимэн-1» показана
на рис. 30.
Подвижная рука 7 представляет собой гибкий металлору-
кав, один конец которого закреплен в подвижной каретке 12.
На втором конце рукава руки расположена поворотная голов-
ка 8, пространственное положение которой ограничивается тро-
совыми связями 11. На фланце поворотной головки устанавли-
вается сменный схват описываемой модификации, в качестве
схвата использован вакуумный присос 10. Головка 8 выпол-
нена таким образом, что позволяет захватному приспособлению
вращаться относительно оси гибкого рукава, но не допускает
перемещений его вдоль оси. Каретка 12 может перемещаться
в вертикальном направлении при помощи шариковой винтовой
пары 13. Винт шариковой пары закреплен на подшипниках.
Подшипник 14 установлен в корпусе манипулятора, а подшип-
ник 9— в направляющей 6. Гибкий рукав руки проходит через
направляющую 6 и может свободно вращаться и перемещаться
относительно ее. Вращение на шариковую винтовую пару 13
передается через зубчатые колеса с винтовым зубом 29 от
6 Заказ 3483
81
электродвигателя 1. Через пару колес 15, предохранительную
фрикционную муфту (на рисунке не показано) вращение сооб-
щается валу 16. Последний служит направляющей при верти-
кальном перемещении каретки. Через муфту свободного хода
вращение от вала 16 передается также зубчатому колесу 25,
которое приводит во вращение барабан 3. Муфта свободного
хода передает вращение на барабан только при ходе каретки 12
вверх. В барабане по периферии закреплены направляющие
штанги 22 с перемещающимися упорами 23, к которым крепятся
концы тросовых связей 11. Внутри направляющих штанг име-
ются пружины растяжения, с помощью которых тросовые связи
удерживаются в постоянно натянутом состоянии. Вокруг бара-
бана 3 расположены 16 регулируемых упоров 24, которые мо-
гут быть установлены на необходимой высоте с помощью вин-
тов 21. По периферии барабана расположены восемь регулируе-
мых упоров 4, которые могут устанавливаться на нужную вы-
соту с помощью винтов 5.
Упоры 4 и 24 определяют пространственное положение
восьми точек захватного устройства в зоне работы.
Выбор последовательности этих точек в цикле работы мани-
пулятора осуществляется с помощью программного барабана 2,
на валу которого находится храповой механизм 17. Поворот
программного барабана на один шаг осуществляется через
храповой механизм и систему передач от вала 26 с винтовым
пазом. Вал 26 вращается при возвратно-поступательном дви-
жении каретки 12.
Через храповой механизм вращение на барабан 2 передается
только при ходе каретки 12 вниз. На барабан 2 насаживаются
позиционные диски 18 с выступами. Количество дисков соответ-
ствует количеству шагов в цикле работы. На наружной по-
верхности барабана 3 имеется соответствующее количество ре-
гулируемых упоров 20. Позиционные диски через рычаги 19
воздействуют на упоры 20, ограничивая угловое перемещение
барабана 3, и фиксируют барабан в одном из восьми положений.
Таким образом, программа работы робота «Флексимэн-1»
задается путем установки упоров 4 и 24, которые определяют
восемь пространственных положений захватного устройства, и
соответствующим набором на барабане 2 позиционных дис-
ков 18, определяющих выбор последовательности этих поло-
жений.
Работа робота «Флексимэн» начинается с включения элек-
тродвигателя 1 и выполнения повторяющихся циклов работы
в автоматическом режиме.
От вращения винта шариковой винтовой пары каретка 12
движется вниз до упора. При этом барабан 3 не вращается
вследствие работы муфты свободного хода. Вал 16 поворачи-
вается и через передачи и храповой механизм 17 поворачивает
барабан 2 на один шаг. Один из позиционных дисков своим
82
выступом нажимает на соответствующий рычаг 19. Релейная
электросхема осуществляет реверс электродвигателя. При этом
каретка 12 движется вверх, а барабан 3 через муфту свободного
хода и зубчатое колесо 25 получает вращение, которое прекра-
щается в тот момент, когда один из упоров приходит в контакт
с выступом рычага 19. Одновременно с этим начинает работать
фрикционная муфта на валу 26, и барабан 3 поджимается
к выступу рычага с постоянным усилием. Каретка 12 продолжа-
ет движение вверх до соприкосновения с одним из упоров 4.
Упоры 23 занимают положение, определяемое двумя регу-
лируемыми упорами 24, и поэтому захватное устройство занима-
ет одно из восьми фиксированных положений.
Система копиров, установленных в неподвижном корпусе,
осуществляет поворот рычага 28 при подходе каретки к упору 4.
Рычаг 28, взаимодействуя с конечными выключателями 27, оста-
навливает электродвигатель. Через определенное время, про-
граммируемое с помощью релейной схемы, происходит ревер-
сирование электродвигателя и выполняется следующий шаг
цикла.
Робот «Трансферобот»
Фирма «Ю. С. Индастриз» занимается разработкой
универсальных сборочных манипуляторов с программным уп-
равлением, серийный выпуск которых под общим названием
«Трансферобот» уже налажен на заводах фирмы.
Роботы имеют три программируемые степени свободы: гори-
зонтальное выдвижение руки на расстояние 254 мм, вертикаль-
ный ход зажимного приспособления в пределах 50,8 мм и
поворот схвата относительно вертикальной оси.
Рис. 31. Блок-схема программного управления робота «Трансферобот»:
/ — блок памяти; 2 — блок считывания программ; 3 — фотоэлементы; 4, 5, 6 — усили-
тель; 7 — преобразователь десятичного кода в двоичный; 8 — потенциометры; 9 — элек-
тродвигатели; 10 — цифровой датчик; 11 — электромагнит схвата
6*
83
Рис. 32. Схема фотоэлектрической си-
стемы повышения точности позицио-
нирования «Трансферобота»:
1 — фотоэлементы, уточняющие одну ко-
ординату; 2 — источник света; 3 — диаф-
рагма; 4 — фотоэлементы, уточняющие
вторую координату; 5 — конденсорные
линзы; 6 — зеркала
Фирмой «Ю. С. Индастриз»
серийно выпускается специаль-
ная поворотная головка, на ко-
торую может быть установлен
«Трансферобот». В таком ва-
рианте рука робота может до-
полнительно иметь угловое пе-
ремещение относительно верти-
кальной оси.
Программное управление «Трансферобота» состоит из пане-
ли с рядом электрических переключателей, с помощью которых
выбираются последовательность и вид операции, выполняемых
роботом, и ряда потенциометров, запоминающих координаты
последовательных точек, через которые проходит рука робота.
На рис. 31 представлена блок-схема управления и приводов
основных движений.
Система программного управления и потенциометр, служа-
щий датчиком обратной связи, посылают сигналы в сравниваю-
щее устройство, которое через усилитель управляет работой
исполнительного электродвигателя 9 до тех пор, пока сигнал от
датчика обратной связи не достигнет величины, заданной си-
стемой программного управления. Система следящего привода
«Трансферобота» обеспечивает повторяемость движений схвата
с точностью ±0,25 мм, однако такая точность недостаточна для
выполнения ряда сборочных работ.
Фотоэлектрическая система (рис. 32), состоящая из источ-
ника света 2, четырех фотоэлементов 4 и конденсорных линз 5,
крепящихся на головке исполнительного механизма «Трансферо-
бот», используется для более точного позиционирования. На ра-
бочих позициях помещают специальные зеркала 6. Луч, посту-
пающий от источника света 2, отражается от зеркал 6 и попадает
на четыре фотоэлемента 4 и конденсорные линзы 5, которые по-
парно связаны со сравнивающими устройствами системы привода
двух координат «Трансферобота». В результате электродви-
гатели, перемещающие руку и схват манипулятора по двум
координатам, получают дополнительные корректирующие им-
пульсы, позволяющие установить головку исполнительного
механизма с точностью ±0,05 мм.
Выпускаются разные модификации сменных головок (схва-
тов). Схват может иметь привод от электромагнита или от
вакуумной системы.
84
Рис. 33. «Трансферобот-200»
Изготовляются следующие модели «Трансферобота»: ТР200,
ТР210, ТР510.
На рис. 33 показан внешний вид робота ТР200, представляю-
щего собой компактную конструкцию, состоящую из механиче-
ского устройства, предназначенного для манипулирования де-
талями массой до 0,45 кг, и переносного пульта программного
управления, который соединяется с манипулятором при помощи
гибкого кабеля.
Модель ТР200 имеет электромагнитный схват, который за-
жимает деталь, поднимает ее, перемещает по прямой и опускает
в заданное положение с точностью ±0,05 мм. Горизонтальный
ход руки имеет пределы от 10 до 51 мм.
Робот модели ТР210 снабжен схватом, который зажимает
деталь .и, непрерывно поворачиваясь по дуге, перемещает ее до
конечного положения. Угол поворота регулируется в пределах
145—200°. Робот модели ТР510 транспортирует детали массой
1,4—3,5 кг, перемещая их по дуге от 145 до 190°. Деталь может
быть перемещена на расстояние 660 мм с точностью ±0,25 мм.
Этот робот, как и робот модели ТР210, может иметь одну или
две руки. В тех случаях, когда роботы перемещают детали ма-
лой массы, они снабжаются накопителями и устройствами
автоматической подачи и ориентации деталей.
Робот «Сандстрэнд»
Движение руки робота «Сандстрэнд» (рис. 34) по пя-
ти координатам осуществляется от электропривода, а не от
гидравлического устройства, как у большинства конструкций
промышленных роботов в США. В 1972 г. робот экспонировался
на международной выставке станков в Чикаго.
Основной узел робота — рука, состоящая из верхней части,
плеча и схвата (кисти).
85
Рис. 34. Промышленный робот «Сан-
дстрэнд»
Обучается робот путем пе-
ремещения руки робота по тре-
буемым точкам. Запись после-
довательных операций произ-
водится с помощью вычисли-
тельного устройства системы
автоматического управления,
при этом запрограммирован-
ные операции поступают в па-
мять и робот готов для работы.
Робот имеет разомкнутый
контур управления, сложные и
дорогостоящие системы с об-
ратной связью не применяются.
По каждой программируе-
мой координате имеется инди-
катор нулевого положения для
указания начальной точки дви-
жения, выбранной оператором,
координаты нулевого положе-
ния хранятся в памяти. После
окончания движения по какой-
либо координате оператор за-
писывает положение точки на-
жатием кнопки на панели уп-
равления робота. Подобным
образом записываются движе-
ния захвата и освобождения
детали.
Техническая характеристика
Максимальная грузоподъемность при нормальной
скорости, кг......................................... 11,33
Скорость поворота, град/с:
башни............................................... 40
верхней части руки............................ 18
плеча............................................. 32
кисти............................................. 77
Скорость изгиба кисти, град/с....................... 36
Угол поворота, град:
башни...............................................330
верхней части руки............................ 70
плеча............................................ 105
кисти.............................................360
Угол изгиба кисти, град.............................270
Ход руки, м:
радиальный......................................... 1,1
86
вертикальный................................. 1,8
Точность позиционирования, мм.................. 0,3
Точность позиционирования, мм.................. 0,05
Масса, кг.................................. ... 362, -
Потребная площадь пола, м......................0,4x0,4
При использовании нескольких роботов «Сандстрэнд» рацио-
нально применять мини-компьютер. Один мини-компьютер
может командовать 50 роботами. Стоимость робота, работающе-
го с мини-компьютером, значительно меньше стоимости робота
с индивидуальной памятью.
Система управления включает считыватель перфоленты.
Каждый робот имеет шкаф электрооборудования, необходи-
мого для подключения к компьютеру. Шкаф может находиться
на расстоянии до 60 м от робота.
Конструкция схвата выбирается в зависимости от вида опе-
рации, все схваты имеют пневматический привод.
Рука может быть с одним или двумя схватами, специально
приспособленными к определенным деталям. Рука с двумя
схватами применяется для погрузочно-разгрузочных работ.
Для крепления различного инструмента на руке робота приме-
няют специальные кронштейны.
3. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЯПОНИИ
Несмотря на общий промышленный подъем 50—
60-х гг„ роботостроением в Японии начали заниматься позже,
чем в США. За период 1963—1968 гг. производительность труда
в Японии росла в 3, 4 раза быстрее, чем в США и Канаде и в
2 раза быстрее, чем во Франции, Италии и ФРГ. Одна из причин
этого — покупка лицензий в США и других странах.
Приобретая лизенции, Япония с 1955 г. примерно в течение
10 лет заново оснастила такие отрасли промышленности, как
тяжелое и среднее машиностроение, химическая промышлен-
ность, и с 1965 г. вышла по основным видам промышленного
производства на уровень передовых капиталистических стран.
В конце 60-х годов в Японии увеличился объем собственных
разработок в различных областях, поскольку с этого времени
возможность и целесообразность приобретения лицензий резко
уменьшилась. Кроме того, в результате развития промышлен-
ности на основе передовых научно-технических достижений Япо-
ния оказалась по технологии производства впереди стран,
у которых она приобретала лицензии, поскольку последним
дорого было менять оборудование и технологию.
В настоящее время в Японии имеется достаточно средств для
проведения в короткие сроки исследований и новых разработок.
Быстрыми темпами создается отрасль промышленности, занятая
разработкой и производством промышленных роботов [24].
87
Среди многих фирм, занятых выпуском промышленных
роботов, фирмы «Синко Дэнки», «Мицубиси Дзюкогё К- К- Лтд»,
«Кавасаки Дзюкогё К- К- Лтд», «Фудзикоси, Лтд», «Курода»,
«Макико Ко, Лтд» и др. Отдельные фирмы специализируются
на производстве и сборке роботов, другие — на создании
комплектующих элементов и узлов к ним, а также на разработке
новых технологических схем с использованием промышленных
роботов.
Так же, как и в США, одной из основных причин повышен-
ного интереса к промышленным роботам является нехватка
рабочей силы на производствах, связанных с неблагоприятными
условиями труда.
Японские фирмы очень быстро изучили опыт США и сами
приступили к созданию роботов.
В настоящее время Япония занимает ведущее место в мире
по выпуску промышленных роботов и по количеству роботов в
производстве. Исследования в этом направлении начаты в
1967 г., когда Японией был приобретен первый образец про-
мышленного робота «Версатран». Внедрение этого робота
послужило стимулом к собственным разработкам, хотя неко-
торые университеты и компании до этого уже провели крупные
исследования в областях, тесно связанных с роботами. Ряд ком-
паний создал телеоператоры для атомной промышленности,
другие выпускали автоматические погрузочные механизмы. Уни-
верситеты провели исследования в области телеоператоров,
искусственных рук и шагающих машин. По случаю первой де-
монстрации робота «Версатран» в Токио была проведена первая
неофициальная конференция для того, чтобы обсудить техниче-
ские проблемы и стратегию проведения исследований и разра-
боток в области роботов.
Некоторые фирмы создали собственные роботы типа «Вер-
сатран», но более дешевые. Японские специалисты были заинте-
ресованы в разработке простых по конструкции роботов для
выполнения несложных операций.
По сведениям японской печати, фирмы Японии выпускают
до 40 типов промышленных роботов различных функциональных
возможностей; эти машины уже находят применение в метал-
лургической, авиа- и автостроительной, металлообрабатываю-
щей отраслях промышленности.
Однако многие компании не удовлетворены состоянием дел
в области создания промышленных роботов и выдвигают перед
проектировщиками ряд требований, по которым можно судить
о тенденциях в развитии роботостроения Японии в ближайшее
время:
— создание недорогих роботов, предназначенных для выпол-
нения конкретных операций;
— возможность самого робота перемещаться по программе
в требуемую позицию;
88
— функциональная универсальность, сопровождаемая рез-
ким увеличением объема памяти и числа степеней свободы рук;
— повышение надежности работы системы управления и от-
дельных узлов робота до 1500—2000 ч наработки на отказ;
— создание участков роботов, управляемых от ЭВМ;
— возможность определять цвет, расположение, форму
предметов и умение захватывать предмет, лежащий в произ-
вольном положении.
Некоторые работы в этих направлениях проводятся, и уже
достигнуты значительные результаты в создании роботов более
дешевых, чем в США.
Роботы, которые выполняют простейшие рабочие операции
повторяющегося характера, продаются в Японии по цене ниже
10 тыс. долл.
Главное различие между простыми японскими роботами, не
оборудованными электронной памятью, и роботами типа «Юни-
мейт» или «Версатран» состоит в способах управления рукой
и схватами.
Для снижения стоимости роботов применяются дешевые
элементы и механизмы. Для большинства роботов простейшего
типа характерны следующие особенности:
— небольшая масса деталей, которыми могут манипулиро-
вать машины;
• — малая длина перемещения руки;
— число степеней свободы меньше шести.
Однако их технические характеристики по скорости и точно-
сти не хуже характеристик дорогостоящих роботов.
В Японии ведутся исследования в области создания интел-
лектуальных роботов [53].
Общество инженеров по приборам и управлению в Японии
в декабре 1968 г. издало специальный сборник о роботах, в ко-
тором изложены результаты исследований общества, проведен-
ных более чем 25 группами ученых.
Обращает на себя внимание исключительно высокая культу-
ра технологии при производстве роботов всеми японскими
фирмами. Для получения требуемой надежности в производстве
налажен жесткий поэлементный контроль входящих компонен-
тов, контроль узлов и всего робота в целом. Широко приме-
няются всевозможные стенды и устройства для проверки как
электронных, так и гидравлических узлов робота. Например,
высокое качество изготавливаемого фирмой «Юкю Когё» гидрав-
лического оборудования для судостроительной и металлообра-
батывающей промышленности, сервоклапанов для следящих
гидроприводов и гидрооборудования для роботов обеспечивает-
ся автоматизацией производственных процессов, в частности,
широким применением многочисленных стендов для контроля
готовых изделий. Фирма имеет исследовательский центр, где
89
моделируются и испытываются новые образцы различных
устройств.
В Японии, как и в США, уделяется большое внимание прове-
дению контрольно-испытательных работ и оснащению их
новейшим оборудованием.
Общее время контроля и испытаний робота на японских
заводах достигает 200 ч. Повсеместно используются интеграль-
ные схемы, золоченые печатные платы, монтаж накруткой и
другие методы современной электронной техники и технологии.
На симпозиуме по роботам в 1972 г. в Чикаго японские спе-
циалисты высказали мнение, что основным препятствием к ши-
рокому использованию роботов является недостаточная разра-
ботанность методики их применения.
Ряд японских фирм сотрудничают с иностранными фирмами.
Фирмы «Исикавадзима Харима Дзюкогё», «Мицубиси», «Токио
Кэйки Сэйдзосё», «Сёва Куацуки Когё» сотрудничают в области
создания роботов с западногерманской фирмой VEW, фирма
«Дайни Сэйкося» — с американской фирмой AMF, а фирма
«Кавасаки Дзюкогё» работает в сотрудничестве с фирмой «Юни-
мейшн».
В марте 1971 г. в Японии была создана Ассоциация промыш-
ленных роботов, в которую вошло более 40 фирм, проектирую-
щих роботы и выпускающих для них различную комплектую-
щую аппаратуру. Ассоциация является координационным цен-
тром, объединяющим усилия различных предприятий в области
робототехники. Фирмы занимаются не только разработкой и
производством роботов, но и ведут широкие исследования, свя-
занные с социальными и технологическими проблемами приме-
нения роботов, перспективами и тенденциями их развития.
В марте 1972 г. Ассоциация промышленных роботов провела
всестороннее обследование около 300 промышленных фирм
с целью определения необходимости использования роботов и
возможностей их внедрения. В результате установлено, что 95%
фирм проявляют повышенный интерес к применению роботов.
Ассоциация собрала обширные данные, которые показывают
отрицательные и положительные стороны внедрения роботов, а
также причины, тормозящие их использование (% от общего
числа):
Применение других средств автоматизации для
экономии рабочей силы.............................21,7
Высокая цена промышленных роботов . , . . 16,4)
Отсутствие специализации роботов ..... 10,3
Трудности, связанные с усовершенствованием про-
изводства ........................................ 10,0
Недостаточное снижение трудоемкости производст-
ва в результате применения роботов.............. 9,0
Нежелание заниматься роботами, так как они не-
достаточно исследованы и отработаны . . . 5,7
Необходимость в изменении планировки участков
п цехов........................................... 5,3
90
Невозможность значительного повышения продук-
тивности ........................................... 5,2
Высокая стоимость дополнительного оборудования 4,4
Отсутствие информации о новых образцах роботов 2,9
Отсутствие личной ответственности за планирова-
ние ................................................ 2,2
Необходимость переоборудования техпроцесса . 1,1
Неудовлетворительные условия содержания и ухо-
да за роботами.................................. 0,9
Отсутствие условий для использования роботов . 0,5
Другие причины........................ 4,8
Ассоциация выяснила, что более 50% фирм могут приобрести
роботы стоимостью от 2 до 4 млн. иен и только менее 10% фирм
в состоянии приобрести роботы, стоящие более 6 млн. иен.
Ассоциация пришла к выводу, что распределение производ-
ственных процессов, в которых возможно применение роботов,
следующее (%):
механообработка — 24; сборка — 19; термообработка — 14,2;
транспортировка—9,5; контроль деталей и узлов — 10,1; кон-
троль материала — 4,7; упаковка — 4,5.
Многие из этих работ почти не механизированы.
Ассоциация определила, что на заводах Японии можно ис-
пользовать примерно 5800 роботов, и привела факторы, побуж-
дающие к их внедрению •( %):
высокая температура — 18; большая масса грузов — 17,7; моно-
тонность работы в обычных условиях— 12; загрязненность воз-
духа— 11,7; шумы—11,2; зараженность воздуха—4,6; едкий
запах — 4,3; вибрации — 3,0; повышенная влажность — 2,4; ра-
диоактивность атмосферы— 1,3; опасность взрыва — 1,3; высо-
кое напряжение — 0,9; низкая температура — 0,7; необходимость
работать под водой — 0,7; на высоте — 0,9; под землей — 0,1;
или в вакууме — 0,1; коррозия изделий — 0,7; особенности хими-
ческих процессов — 0,4; другие факторы — 0,1.
По мнению Ассоциации, внедрение роботов может обеспечить
ряд преимуществ (%):
экономия рабочей силы — 23,6; повышение производительности
труда— 15,2; замена рабочих на однообразных работах— 14,6;
снижение себестоимости продукции— 12,1; уменьшение несчаст-
ных случаев на производстве — 10,5; проведение работ в усло-
виях, в которых рабочие отказываются работать — 9,7; повыше-
ние качества изделия — 1,1; стабилизация качества — 5,3;
улучшение организации производства — 5,0; увеличение выпуска
продукции — 2,8.
Ниже приведено несколько примеров, характеризующих дея-
тельность японских фирм, выпускающих промышленные роботы.
Фирма «Мицубиси Дзюкогё» производит оборудование для
металлообрабатывающей, авиационной, судостроительной про-
мышленности, разнообразное электронное оборудование, а так-
же выпускает роботы двух типов (RA и RB), которые, в основ-
91
ном, обслуживают прессолитейные машины. Средняя стои-
мость этих роботов около 31 тыс. долл.
Привод у обоих типов роботов гидравлический. Следует
отметить оригинальную конструкцию сервозолотников с пере-
менной длиной щели, применяемых в системе гидроавтоматики
роботов.
Устройством памяти роботов RA является штекерная панель,
а в устройстве памяти роботов RB использована никелевая лен-
та, что заставило фирму разработать специальный тип считы-
вающих головок магнитомодуляционного типа с низким уровнем
собственных шумов и высокой помехоустойчивостью.
Фирма «Синко Дэнки» выпускает электрооборудование для
систем автоматизации производственных процессов, электродви-
гатели, комплектные устройства, а также роботы SR-5 и SR-10.
Робот SR-5 специально спроектирован для обслуживания прес-
сового и ковочного оборудования, он имеет большие скорости
перемещения и снабжен гаммой захватывающих устройств.
В системе управления робота используются жесткие пере-
налаживаемые упоры. Эта система отличается простотой и
надежностью, однако требует значительных затрат времени на
запись программы и переналадку. Стоимость робота около
12 тыс. долл.
Фирма «Кавасаки Дзюкогё» изготавливает роботы по лицен-
зии американской фирмы «Юнимейшн». По данным фирмы,
робот «Кавасаки Юнимейт» имеет среднее время наработки на
отказ 600-—700 ч, что на 200 ч больше, чем у робота «Юнимейт»
американского производства. Это объясняется тщательной и
хорошо отработанной технологией, в частности, более широким
контролем в процессе производства и сборки роботов в Японии.
Стоимость робота «Кавасаки Юнимейт» 30 тыс. долл.
Фирма налаживает выпуск новой модели робота RX с вось-
мью степенями свободы.
Фирма «Фудзикоси», широко известная как изготовитель ре-
жущего инструмента и шарикоподшипников, выпускает роботы
марки «Юнимен» с ЧПУ. По требованию заказчика память
может быть на магнитных дисках, перфоленте или магнитной
ленте. Привод гидравлический, сервозолотники своей разра-
ботки.
Фирма «Хитачи» ведет работы по автоматизации с примене-
нием промышленных роботов в отдельных технологических
цепочках (автоматизация по линии), на участках и в цехах
(автоматизация по площади). Кроме того, автоматизируется
работа отдельных машин и агрегатов (локальная автоматиза-
ция).
По данным фирмы, в автоматизации прежде всего нуждаются
разгрузочно-погрузочные работы, занимающие 60—80% рабо-
чего времени и являющиеся основной причиной производствен-
ных травм (до 85%).
92
Основным рабочим органом всех роботов «Хитачи» служит
унифицированная «механическая рука», имеющая три степени
свободы.
Рука (или спаренные руки) может устанавливаться на раз-
личных направляющих, перемещаться по траверсе или балке.
Фирма «Хитачи» занимается также проблемами будущих
«интеллектуальных» роботов.
Фирма «Кастинг мануфекчерер», производящая узлы легко-
вых автомобилей и других транспортных средств, применяет
японские роботы при литье и контроле.
Фирма «Электрик машин мануфекчерер» применяет роботы
на линиях поточной обработки и сборки электрических машин.
Планируется применение роботов на операциях термообработки
и покраски.
Фирма «Аудио эквипмент мануфекчерер» применяет роботы
на линиях производства и упаковки грампластинок, на некоторых
операциях намотки ленты в кассеты и при контроле деталей
телевизионного приемника.
Фирма «Спринг мэйкер», выпускающая пружины, применяет
30 роботов на операциях опрессовки, термообработки и кон-
троля. В будущем предполагается с помощью роботов полно-
стью автоматизировать линию изготовления пружин.
Фирмы «Консьюмер юз металл варе мэйкер» и «Машинери
мэйкер» применяют роботы на погрузочно-разгрузочных
работах.
Фирма «Оптикел инструмент мэйкер» применяет японские
роботы при загрузке станков и конвейеров; планируется исполь-
зовать роботы на процессах гальванопокрытий, а усовершен-
ствованные роботы — на сборке.
Фирма «Карпартс мэйкер» использует робот для выема де-
талей из штампа и установки на вырубной пресс.
Фирма «Пэтро рифайнери мэйкер» применяет робот на вспо-
могательных работах при обработке нефтепродуктов.
Фирма «Айрон мэйкинг машинери мэйкер» использует робот
для подачи прутков и проволоки к месту сварки.
В 1970 г. 30 фирм Японии применяли роботы, в 1971 г.— уже
38 фирм, а к 1976 г. роботы должны работать в 350 фирмах.
В 1974 г. в Японии планировалось продать роботов на 45 млн.
долл., а в 1975 г.— на 126 млн. долл.
Роботы SR-5 и SR-10 фирмы «Синко Дэнки»
В промышленных роботах SR-5 и SR-10 для всех
перемещений применяется унифицированный пневматический
привод, используются механические упоры, что позволяет до-
биться точности позиционирования ±0,5 мм.
В системе программного управления роботов фирмы «Синко»
имеется матричная штырьковая панель, которая обеспечивает до
93
120 различных движений в цикле. Применение матричной пане-
ли позволяет легко корректировать программы. На пульте
робота установлен счетчик обработанных деталей. Скорость
каждого движения можно регулировать независимо от других
движений.
Технические характеристики
роботов SR-10 SR-5
Число степеней свободы Движение руки, мм: 5 4
по вертикали 300 150
по горизонтали .... Поворот руки вокруг верти- 500 500
кальной оси, град 240 135
Вращение кисти, град Скорость перемещения руки, мм/с: 180 —
по вертикали 500 500
по горизонтали .... Скорость вращения вокруг вер- 500 1000
тикальной оси, град/с .... Скорость вращения кисти, 90 90
град/с 90 —
Скорость покачивания, град/с . 90 90
Тип системы управления цикловая (по жестким
переналаживаемым упорам)
Давление в пневмосистеме,
кгс/см2 . . 4—6 5-6
Емкость памяти, число команд . 24 24
Грузоподъемность (при мальной скорости), кг . иор- . . 10 5
Габаритные размеры, мм: манипулятора . . . 995х745х 1000Х700Х
пульта управления Х1371 . . 320X540X850 Х1140 370X340X240
Масса манипулятора, кг . . 400 350
Роботы SR-10 и SR-5 состоят из механического устройства,
пульта управления (находится на некотором расстоянии от ро-
бота), пульта ручного управления и соединительных труб и
проводов.
Роботы SR-10 и SR-5 нашли широкое применение при об-
служивании металлорежущих станков и оборудования для
литья под давлением, штамповки, сварки, ковки и окраски, для
прессования изделий из пластмасс, в цехах термообработки,
упаковки и пр.
Роботы успешно используются на поточных линиях, выпу-
скающих как крупные партии изделий, так и небольшие партии
деталей различных наименований.
На рис. 35 показаны автоматические линии сверления отвер-
стий в отливках и нарезания канавок на инструменте с исполь-
зованием робота SR-10.
94
3
Рис. 35. Использование робота SR-10 в автоматических линиях сверления от-
верстий (а) и нарезания канавок (б):
1 — робот; 2 — устройство подачи заготовок; 3 — конвейер; 4 — многоптиндельный
сверлильный станок; 5 — станок для нарезания канавок на заготовках режущего инстру-
мента; 6 — ящик для сбора деталей
95
Первая линия (рис. 35, а) состоит из устройства подачи за-
готовок 2, многошпиндельного сверлильного станка 4, конвейера
3 и одного робота. Устройство подачи заготовок 2 устанавливает
заготовку в определенное фиксированное положение. Рука
робота 1 переносит заготовку на сверлильный станок 4 и уста-
навливает ее в определенном положении. После сверления го-
товое изделие переносится роботом на конвейер <3. Цикл повто-
ряется автоматически.
На рис. 35, б показана автоматическая линия нарезания
канавок режущего инструмента, состоящая из устройства по-
дачи заготовок 2, станка для нарезания канавок 5 и одного
робота 1. На рисунке показана и вторая идентичная линия,
установленная параллельно.
Рука робота, захватив заготовку из устройства подачи,
ставит ее на станок для нарезания канавок, поворачивая заго-
товку на 90°. После нарезания канавки готовая деталь уклады-
вается в ящик. Цикл повторяется автоматически.
Промышленный робот «Хи Мейт»
Фирма «Курода» на международной выставке пнев-
матических систем впервые в Европе продемонстрировала робот
«Хи Мейт» полностью с пневматическим управлением (рис. 36).
Робот был разработан в течение двух лет и впервые
продемонстрирован в Японии в апреле 1970 г., ежемесячно
выпускается пять роботов. Они используются для загрузки и
разгрузки металлических штамповок, поковок, отливок. Роботы
«Хи Мейт» стоят сравнительно недорого — 8—9 тыс. долл.
Роботы «Хи Мейт», управляемые собственной логической
системой «Нафлоджикс», могут работать в очень влажной
среде, а также со взрывоопасными веществами. Программиро-
вание работы робота осу-
ществляется с помощью
штекерной панели и рас-
считано на 23 последова-
тельные операции, кото-
рые соответствуют 14 дви-
жениям руки и запястья
человека. Набор програм-
мы занимает менее 5 мин.
Робот имеет четыре степе-
ни свободы — рука пере-
мещается в вертикальной
плоскости на 170 и гори-
зонтальной плоскости на
Рис. 36. Промышленный робот
«Хи Мейт»
96
400 мм, поворачивается на 270°. Простые приставки позволяют
удлинять механическую руку. В отличие от других пневматичес-
ких роботов робот «Хи Мейт» имеет не электронную, а струйную
систему управления, работающую от сжатого воздуха.
Роботы типа RA, RB и RC
фирмы Мицубиси Дзюкогё у
(отделение «Нагойя Эйркрафт Уоркс»)
Конструкция робота RA (рис. 37) блочная, что позво-
ляет изменять ее в зависимости от выполняемых операций.
Робот «RA» имеет три системы управления, что позволяет
выбрать подходящую: ~
а) систему, обеспечивающую простую связь между двумя
позициями.
Команды в этом случае набираются путем установки нуж-
ного положения предельных выключателей. Электрический сиг-
нал поступает в четырехщелевой соленоидный клапан, рука
может занимать только две позиции, поэтому система исполь-
зуется при выполнении простых работ типа «взять и перенести»;
б) систему, обеспечивающую сложную связь между двумя
позициями.
В этой системе для накопления команд вместо предельных
выключателей используются потенциометры; сигналы команд
поступают не в соленоидные клапаны, а в сервоклапан. Эта
Рис. 37. Промышленный робот RA
7 Заказ 3483
97
система используется при выполнении довольно сложных работ,
включающих от 50 до 100 операций;
в) многооперационную систему, в которой сигналы команд
нанесены на магнитный диск и используется сервосистема.
В многооперационной системе рука робота может переме-
щаться по кривой, когда выполняется серия различных опера-
ций, причем скорость перемещения руки может изменяться.
Многооперационная система применяется, когда позиционные
требования ограничены, а программа сложна (в таком случае
применение системы, обеспечивающей сложную связь между
двумя позициями, неэкономично).
Благодаря синтезу цилиндрической и прямоугольной систем
координат роботом RA можно обслуживать пространство раз-
мером 2900Х 1860x800 мм. Точность движений робота при
повторении операции ±1,0 мм; абсолютная точность ±1,5 мм.
Рис. 38. Основные перемещения руки и кисти робота RA
98
Рис. 39. Промышленный робот RB
Указанная точность может быть достигнута даже в тех усло-
виях, когда рука перемещается по горизонтали с большой ско-
ростью (до 1000 мм/с).
Робот RA имеет семь степеней свободы (рис. 38):
два движения нижней плиты (вперед — назад и вправо —
влево) — перемещения в прямоугольной системе координат;
три движения руки: наружу — внутрь (радиальное), вниз —
вверх (опускание или подъем), вращение (поворот вправо или
влево);
два движения кисти — вращение вокруг оси руки, а также
захват — отпускание — перемещение зажимного приспособле-
ния, которое закреплено на кисти.
Конструкция этого робота отличается от конструкции других
роботов тем, что возможно управление одновременно всеми
движениями, это дает возможность широко применять робот
RA в самых различных областях. Робот используется в литей-
ном производстве для заливки расплава, извлечения отливок,
а также для таких операций, как укладывание деталей в шта-
бели и упаковка.
Робот может переносить груз до 30 кг (включая массу за-
хватывающего приспособления) при высоких скоростях и до
60 кг — при низких.
Простая, дешевая конструкция захватывающего приспособ-
ления позволяет руке и кисти робота RA манипулировать с пред-
метами самых различных размеров, конфигурации и массы.
У робота RB (рис. 39) управление двумя степенями свободы
кисти (перемещение и вращение), а также тремя степенями
свободы руки (поворот и перемещение) осуществляется одно-
7*
99
временно. Это расширяет возможности использования робота, в
частности, при точечной сварке.
Робот обеспечивает высокую точность и большую скорость
работы. Система управления робота обеспечивает точность
±1 мм при скоростях перемещения руки до 1000 мм/с.
Робот RB имеет грузоподъемность 15 кг при повышенных
скоростях и 50 кг — при низких. Максимальная масса груза,
поднимаемого роботом, 100 кг.
Точность позиционирования робот сохраняет как в нагружен-
ном, так и ненагруженном состояниях. При увеличении нагрузок
скорость уменьшается и наоборот.
В системе памяти робота использована магнитная лента и
специально разработанная считывающая магнитная головка,
обладающая высокой стойкостью к «шумам». Запись и воспро-
изведение программы осуществляются одной и той же головкой.
Корректирование программы во время работы робота может
быть произведено за небольшой промежуток времени.
При необходимости робот пропускает операцию и продол-
жает работу по программе.
Для робота могут быть выбраны два вида позиционирования:
приблизительное и точное.
Появление погрешностей при считываний может быть пре-
дотвращено введением параллельной контрольной системы.
Робот программируется на 200 операций. Число операций,
приходящихся на каждую из девяти матриц, может быть выбра-
но произвольно, но в любом случае общее число выбранных
операций должно находиться в пределах 200.
Выполнение программы можно остановить и руку робота
возвратить в исходную позицию только при подаче внешнего
сигнала. Выполнение программы может быть продолжено только
при изменении характера внешнего сигнала.
В обычной конструкции робота предусмотрено три канала
связи с внешним технологическим оборудованием, количество
каналов может быть увеличено до девяти.
Объем памяти робота может быть увеличен до 1000 операций.
В обычной конструкции робота предусмотрено одно реле
времени, но их количество может быть увеличено до девяти.
Предусмотрено также использование подпрограммы и основной
программы. Из двух блоков памяти один может работать в ос-
новной программе, а второй — в подпрограмме.
Робот RB имеет пять программируемых движений: линейное
перемещение руки, поворот руки, перемещение руки по верти-
кали, перемещение кисти по вертикали, вращение кисти и
дополнительно — открытие и закрытие пневматического схвата.
Переход от движения по одной оси к движению по другой зани-
мает 2 с.
В связи с тем, что захватывающие приспособления можно
менять, эта модель используется для разных операций.
100
Техническая характеристика
робота RB
Перемещение руки:
в вертикальной плоскости, град.............. 60
(30—вверх,
30— вниз)
в горизонтальной плоскости, мм...................1000
вращение, град . 220
Перемещение кисти, град:
в вертикальной плоскости ...................... 220
вращение....................................... 360
Угол размыкания захватывающего приспособления,
град.............................................. 35
Скорость перемещения руки:
в вертикальной плоскости, град/с .... 30
в горизонтальной плоскости, мм/с .... 750
при повороте, град/с........................... ПО
Скорость перемещения кисти, град/с:
в вертикальной плоскости........................ ПО
при вращении................................... 180
Точность позиционирования, мм:
точность повторения............................±1,0
абсолютная точность..........................±1,5
Масса переносимого груза, кг..................... 50
максималь-
ная 100
Емкость памяти, количество ячеек............. 200
Время считывания одной ячейки памяти, с . . от 0,05
до 0,3
Привод руки..................................гидравли-
ческий
Давление рабочей жидкости, кгс/см2 .... 70
Радиус поворота руки, мм..................... 1240
Площадь пола, занимаемая роботом, мм . . . 1270Х1885
• Масса робота, кг................................. 1600
Робот RC имеет возможность перемещаться по рельсам.
В основе конструкции робота лежат те же принципы, что и
у робота RB. Робот RC имеет две системы управления, из ко-
торых в зависимости от выполняемых задач может быть вы-
брана какая-либо одна.
Величина вылета руки— 1350 мм.
Рука робота RC способна перенести груз массой от 15 до
55 кг при нормальной скорости.
Промышленные роботы «Юнимен-2000»
и «Юнимен-3000» фирмы «Фудзикоси»
Промышленный робот «Юнимен-2000» (рис. 40)
имеет шесть степеней свободы, из них четыре у руки (переме-
щение по горизонтали и вертикали, а также поворот относи-
тельно двух осей) и две у кисти (качание и захват). Поворот
руки может выполняться одновременно с горизонтальным
перемещением.
101
Рис. 40. Промышленный робот «Юнимен-2000»
Робот «Юнимен-2000» работает в цилиндрической системе
координат. Манипулятор, пульт управления и гидравлический
узел смонтированы раздельно.
Робот предназначен для работы в горячей среде и обладает
достаточно большим ходом руки.
Большая грузоподъемность робота позволяет использовать
его для транспортировки тяжелых деталей и узлов.
Техническая характеристика
Перемещение руки:
по вертикали, мм.................................. 500
по горизонтали, мм.............................. 1500
поворот, град..................................... 240
вращение, град......................... . . 180
Скорость перемещения руки:
по вертикали, мм/с................................ 200
по горизонтали, мм/с............................. 500
при повороте, град/с.............................. 45
при вращении, град/с.............................. 90
Перемещение кисти, град:
качание . "................................ 180
захват...................................0—10
Скорость перемещения кисти, град/с .... 90
Максимальное.усилие захвата, кг .... . 300
Точность позиционирования, мм.............±1,5
Грузоподъемность, кг...........................50 макси-
мальная 100
Площадь основания, мм:
манипулятора.................................... 1800x900
гидроузла....................................• 1850x900
Давление в гидросистеме, кгс/см2................... 70
Масса, кг:
манипулятора .................................... 1000
гидроузла........................................ 550
102
Система управления: ..........................позиционная
или
контурная
Управление кистью.............................от упора
до упора
Электропитание................................ 220 В,
60 Гц, 8 кВ-А
Промышленный робот «Юнимен-3000» (рис. 41) имеет шесть
степеней свободы — по три у руки (перемещение по горизонтали
и вертикали и разворот) и кисти (поворот, качание и изгиб).
Робот «Юнимен-3000» полярнокоординатного типа, причем
манипулятор, устройство управления и гидравлический узел
объединены в общем корпусе.
Робот предназначен для выполнения работ в ограниченной
зоне действия.
Кисть робота компактна и имеет достаточную жесткость,
поэтому длительное время может работать в форсированном
режиме.
Техническая характеристика
Перемещение руки:
по вертикали, град........................ • • 60
по горизонтали, мм .. ..........................1000
при повороте, град.............................. 240
Скорость перемещения руки:
по вертикали, град/с .... ......................... 35
Рис. 41. Промышленный робот «Юнимен-3000»
103
по горизонтали, мм/с............................ 800
поворот, град/с................................. 120
Перемещение кисти, град:
поворот........................................... 360
качание............................................ 180
изгиб............................................ 24
Скорость перемещения кисти, град/с:
поворот........................................... 120
качание...................................• 120
изгиб........................................... 180
Максимальная грузоподъемность, кг:
при высокой скорости............................... 20
при нормальной скорости ......................... 40
при низкой скорости.............................. 75
Точность позиционирования, мм.................... ±1
Площадь основания, мм............................ 1980х 1260
Давление в гидросистеме, кгс/см2.................. 140
Масса робота, кг..................................1900
Система управления...............................позиционная
или
контурная
Объем запоминающего устройства................... 256 шагов
Электропитание.................................... 220 В,
60 Гц,
12 кВ А
Агрегаты гидравлического и электрического привода кисти
размещены внутри полого вала разворота руки в целях упроще-
ния конструкции манипулятора.
Рука и кисть роботов разных моделей выполнены из унифи-
цированных узлов.
Робот «Хибот»
Промышленный робот «Хибот» выпускается компа-
нией «Ясуи Сангё» в трех модификациях — RB-1, RB-10 и RB-50
(рис. 42) —грузоподъемностью 1,10 и 50 кг соответственно.
Рука робота «Хибот» работает в цилиндрической системе
координат и имеет малые линейные перемещения [56].
Небольшая зона обслуживания и позиционирование с по-
мощью регулируемых упоров позволяют получить хорошую
точность повторения движений, которая у всех моделей «Хибот»
составляет ±0,1 мм. «Хибот» имеет три степени свободы, позво-
ляющие поворачивать кисть в горизонтальной и вертикальной
плоскостях на углы ±90° и вращать схват на ±90° (техническую
характеристику моделей см. в табл. 1).
104
Таблица 1
Техническая характеристика Модель
RB-1 RB-10 RB-50
переме- щение скорость переме- щение скорость переме- щение скорость
Подъем руки 300 мм 800 мм/с 300 мм 800 мм/с 600 мм 800 мм/с
Поворот руки 220° 60°/с 220° 60°/с 220° 60°/с
Выдвижение руки 250 мм 500 мм/с 250 мм 500 мм/с 250 мм 500 мм/с
Поворот кисти 180° 180°/с 180° 180°/с 180° 180°/с
Наклон кисти 180° 180°/с 180° 180°/с 180° 180°/с
Вращение схвата 180° 180°/с 180° 180°/с 180° 180°/с
Робот «Аида Аутохенд»
Японская фирма «Аида Инжиниринг» выпускает три
модели робота «Аида Аутохенд»: АН-3, АН-6, АН-10, выполнен-
ные из унифицированных узлов и отличающиеся величиной хода
руки и грузоподъемностью. Кроме того, робот АН-3 может по-
Рис. 42. Промышленный робот
«Хибот»
105
ставляться с одной, с двумя или с тремя руками, а робот АН-6
(рис. 43) — только с одной или с двумя руками [74].
Роботы можно использовать для установки, снятия, поворота
и передачи на следующую операцию заготовок и деталей при
горячей и холодной штамповке на прессах, при обслуживании
машин для изготовления литейных форм, а также при обслужи-
вании металлорежущих станков. Робот может работать в цехах
с повышенной температурой.
Робот имеет четыре степени свободы: вертикальное и про-
дольное перемещение руки, поворот руки вокруг вертикальной
оси и поворот кисти вокруг продольной оси. Все движения осу-
ществляются от пневматических цилиндров. Робот не имеет
своего энергетического блока: сжатый воздух поступает из це-
ховой пневмосети или от автономного компрессора.
Движение по всем координатам происходит от упора до
упора, положение которых регулируется.
В конструкции манипулятора предусмотрены демпфирующие
устройства, обеспечивающие плавный подход руки к жесткому
упору при ее движении по любой координате.
Программа робота задается на коммутационном поле
(рис. 44), которое содержит штекерную матрицу из 10 рядов по
10 гнезд и группы по 6 гнезд для каждого движения, включая
движения схвата. В дополнение к этому имеется группа гнезд
для коммутации сигналов в системы управления технологиче-
ского оборудования.
При программировании задается последовательность движе-
ний и временной интервал между моментами начала каждого
Рис. 43. Промышленный робот «Аида Аутохенд»
106
Рис. 44. Коммутационное поле робота «Аида»
движения. Каждое движение программируется коммутацией
одного гнезда из группы гнезд этого движения с гнездом матри-
цы посредством провода с двумя штекерами. Временной интервал
между началами двух последовательных движений определяется
временным интервалом между двумя соседними гнездами мат-
рицы и количеством этих интервалов между двумя штекерами
в гнездах матрицы. Временной интервал между двумя соседними
гнездами матрицы плавно регулируется рукояткой генератора
импульсов.
В одной программе может содержаться по три команды на
выполнение каждого движения из исходного положения и по три
команды возвращения в исходное положение, при котором рука
повернута в крайнее левое положение, поднята и втянута, а
схват раскрыт.
Пульт управления выполнен встроенным (см. рис. 43).
На панели пульта управления имеются тумблер для перевода
робота на ручной либо автоматический режим, а также тумбле-
ры для управления роботом в ручном режиме (по одному на
каждое движение).
Предусмотрена возможность дистанционного включения и
выключения робота.
Техническая характер
Перемещение, мм:
продольное .............
вертикальное ....
Поворот руки вокруг верти-
кальной оси, град ....
Угол раскрытия схвата, град
Угол поворота кисти, град .
и с т и к а
Модель
АН-3 АН-6 АН-10
360 600 1000
100 мм (для всех моделей) или
150 мм (при специальном
исполнении робота)
120 120 120
30 30 30
180 180 180
107
Диапазон регулировки уров-
ня установки робота, мм . 100 (для всех моделей) или
200 (при специальном исполнении
робота)
Максимальная грузоподъем- ность робота, кт:
с одной рукой .... 5 4 5
с двумя руками 2 1,5 —
с тремя руками Точность позиционирования, 1,5 ±0,1 ±0,1 ±0,1
мм
Давление сжатого воздуха, кгс/см2 5 5 5
Габаритные размеры, с вытя- нутой рукой, мм ... . 2082x850x890
Роботы фирмы «Токио Кэйки»
Фирма «Токио Кэйки» выпускает роботы двух типов:
IRB-10 грузоподъемностью до 15 кг и IRC-30 грузоподъем-
ностью до 60 кг.
Робот IRB-10 имеет пять степеней свободы (рис. 45).
Встроенная гидравлическая система и рука складываю-
щегося типа обеспечивают компактность робота.
Рука монтируется к вертикальной колонне и имеет широкий
диапазон перемещений в горизонтальном и вертикальном на-
правлениях, колонна вращается на основании.
На руке смонтирована кисть с легкосъемным схватом.
Техническая характеристика
робота IRB-30
Перемещения руки:
радиальное, мм...................................800
вертикальное, мм...............................200
вращение, град.................................220
Скорость перемещения руки:
радиальная, мм/с.................................800
вертикальная, мм/с . . 200
при вращении, град/с........................... 90
Перемещения кисти, град:
поворот.......................................... 90
вращение...................................... 180
Скорость перемещения кисти, град/с:
при повороте..................................... 90
при вращении.................................... 90
Следует отметить легкость обслуживания робота, его на-
дежность в работе, обусловленную применением сервоклапанов.
Робот может быть снабжен двумя различными системами
управления: фирмы «Токио Кейки» — ТКС-10 или фирмы «Ре-
таб» — RC-7000.
108
Рис. 45. Промышленный робот
IRB-10
ТКС-10 — сервосистема,
в которой положения за-
даются с помощью потен-
циометров. Последователь-
но может программиро-
ваться 28 операций на мат-
ричной штекерной панели.
RC-7000 — цифровая си-
стема управления с гибким
процессом обучения с воз-
можностью позициониро-
вания одновременно по се-
ми координатам.
Модульная конструкция системы RC-7000 со встроенными
блоками памяти MOS на твердых схемах и на кассетах с магнит-
ной лентой емкостью 2500 позиций обеспечивает быстрое и не-
сложное программирование в процессе обучения.
Исходная точка при установке определяется по индикатор-
ным часам или датчиком.
Промышленный робот IRC-30 предназначен для тяжелых,
грязных и однообразных работ с деталями различной формы
(рис.46).
Робот представляет собою компактную конструкцию с встро-
енной гидросистемой и системой позиционирования с замкнутым
контуром. Робот имеет меха-
низм предотвращения воз-
можных поломок хрупких
деталей.
Рука робота закреплена
на вертикальной колонне и
перемещается в горизон-
тальном и вертикальном на-
правлениях, колонна враща-
ется относительно основа-
ния.
Кисть робота жесткой
конструкции может вра-
щаться, а также поворачи-
Рис 46. Промышленный робот
IRC-30
109
ваться (делает изгиб). Робот имеет сменные схваты с пневмопри-
водом, которые могут быть заменены на вакуумное подъемное
устройство. Гидроузел смонтирован на основании.
Робот IRC-30 может работать с системой управления
«ТКС-30» фирмы «Токио Кейки» или «RC-7000» фирмы «Ретаб».
Техническая характеристика
робота IRC-30
Перемещения руки:
радиальное, мм.................................. 1000
вертикальное, мм................................ 700
при вращении, град.............................. 140
Скорость перемещения руки:
радиальная, мм/с................................. 600
вертикальная, мм/с.............................. 500
при вращении, град/с . 60
(при модер-
низации
может быть
увеличена
до 220)
Перемещения кисти, град:
при повороте (изгибе)........................ 90
при вращении................................. 180
Скорость перемещения кисти, град/с:
при повороте (изгибе)........................ 90
при вращении................................. 90
Обучение производится с помощью ручного управления. Для
разных этапов можно программировать различные скорости.
Все органы управления роботом размещены на панели шка-
фа. Рычаги управления роботом и кнопки «Программа», «Старт»,
«Стоп», «Аварийный стоп» и другие размещены в отдельном шка-
фу управления. Оператор во время обучения может проверять
программу. Над панелью шкафа находится панель, большин-
ство кнопок которой имеют встроенные индикаторные лампоч-
ки, что облегчает проверку программы.
Роботы серии SMT
Промышленные роботы серии SMT изготовляются фирмой
«Дайни Сэйкося», причем выпускаются три модели роботов SMT:
600В, 700 и 1000. Техническую характеристику этих моделей см.
в табл. 2.
Кроме того, по требованию заказчика фирма поставляет ав-
томатизированные системы, в которые входят роботы.
Привод роботов всех моделей пневматический, что обеспе-
чивает простоту обслуживания и высокую надежность. Время
цикла: 2—4,2 с.
ПО
Таблица 2
Техническая характеристика Модели
SMT-600B SMT-700 SMT-1000
Перемещение руки: при повороте, град горизонтальное, мм вертикальное, мм Грузоподъемность, г Точность позиционирова- вания, мм Система управления Габаритные размеры, мм Стоимость, тыс. долл. 90; 120 0-20 50 0,02 пневматиче- ская 240x64x214 1,38 90; 120 150; 200 30 200 0,05 кулачковый комаидоаппарат 215x200x270 4,95 0—220 0—150 0—50 500 0,05 цикловая электрическая 300x200x376 8,7
Рис. 47. Промышленные роботы се-
рии SMT фирмы «Дайни Сейкося»:
а — SMT-600B; б — SMT-700; в—SMT-I000
111
Рис. 48. Использование робота SM.T-700
для подачи на пресс деталей электронной
аппаратуры:
I — желоб; 2 — бункер конвейера; 3 — мат-
рица; 4 — пресс; 5 — робот
Роботы SMT компактные, вы-
сокоточные, скоростные и могут
использоваться при массовом
производстве продукции; они
применяются на загрузке и раз-
грузке деталей при штамповке
на прессах, в автоматических
линиях станков, на операциях
сортировки в часовой, оптической, электрической, электрон-
ной, медицинской и приборной промышленностях.
На рис. 47 показаны роботы SMT-600B, SMT-700 и
SMT-1000.
На рис. 48 показана подача роботом на пресс деталей элек-
тронных приборов и устройств. Детали из бункера поступают в
желоб, при этом они ориентируются нужной стороной вверх.
Робот SMT-700 захватывает деталь и подает на матрицу прес-
са. Если деталь окажется установленной неправильно, то опера-
тору подается сигнал.
4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЕВРОПЕЙСКИХ
СТРАН
Робот «Минитрэн»
В Ноттингемском университете (Англия) отделом
технологии и управления производством разработан робот
«Минитрэн», который выпускается английской фирмой «Хаукер
Сидлей Дайнемикс».
Робот «Минитрэн» является уменьшенной моделью робота
«Версатран» и предназначен для выполнения операций с мелки-
ми изделиями. Роботы «Минитрэн» могут использоваться при
сборке часов, телевизионных камер и трубок, элементов элек-
трооборудования и пр.
Система «Минитрэн» может включать несколько манипуля-
торов (механических модулей), управляемых от электронной или
струйной систем программного управления.
Модули «Минитрэн» могут оперировать деталями массой до
120 г с максимальными размерами до 5 см; точность позициони-
рования 0,1 мм, средняя производительность 1000—1500 деталей
в час.
На рис. 49 показан манипулятор робота «Минитрэн», рука
которого выполняет горизонтальное перемещение в пределах
101,6 мм и вертикальный подъем и опускание в пределах 50,8 мм.
112
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «.Минитрэн»
Привод движений руки осуществляется от пневматических ци-
линдров: горизонтальное перемещение обеспечивает цилиндр
двойного действия, а вертикальное перемещение и захватываю-
щее действие — односторонние цилиндры с использованием воз-
вратной пружины. В конце хода установлены микропереключа-
тели, сигнализирующие об окончании движения. Роботы «Мини-
трэн» оснащаются схватами клещевого типа, а также вакуум-
ного или электромагнитного типов. В случае необходимости мож-
но установить двойной схват и приспособления для изменения
ориентации деталей при их передаче.
Один из модулей «Минитрэн» показан на рис. 50. Он имеет
руку, поворачивающуюся на 90° по дуге радиуса 190,5 мм, схват
которой имеет вертикальное перемещение.
Система программного управления робота «Минитрэн» вы-
полнена в виде отдельного блока и состоит из ряда стандартных
электронных модулей, в которых применены логические элемен-
ты на интегральных схемах. Программирование любой требуе-
мой последовательности движений руки обеспечивается системой
из четырех стандартных электронных модулей: блока питания,
электронного блока, выходного блока и блока последовательно-
сти. Всего 16 блоков управления: восемь — для выполнения цик-
ла работ в определенной последовательности и восемь — для сиг-
нализации об окончании каждой операции цикла.
Наряду со стандартными блоками и модулями, необходимы-
ми в любой системе управления «Минитрэн», в некоторых моди-
фикациях этой системы применяются следующие блоки: выход-
ной модуль для приведения в действие электромагнитов, пере-
ходник для использования одного модуля при управлении не-
8 Заказ 3483
113
Рис. 48. Использование робота SMT-700
для подачи на пресс деталей электронной
аппаратуры:
1 — желоб; 2 — бункер конвейера; 3 — мат-
рица; 4 — пресс; 5 — робот
Роботы SMT компактные, вы-
сокоточные, скоростные и могут
использоваться при массовом
производстве продукции; они
применяются на загрузке и раз-
грузке деталей при штамповке
на прессах, в автоматических
линиях станков, на операциях
сортировки в часовой, оптической, электрической, электрон-
ной, медицинской и приборной промышленностях.
На рис. 47 показаны роботы SMT-600B, SMT-700 и
SMT-1000.
На рис. 48 показана подача роботом на пресс деталей элек-
тронных приборов и устройств. Детали из бункера поступают в
желоб, при этом они ориентируются нужной стороной вверх.
Робот SMT-700 захватывает деталь и подает на матрицу прес-
са. Если деталь окажется установленной неправильно, то опера-
тору подается сигнал.
4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ ЕВРОПЕЙСКИХ
СТРАН
Робот «Минитрэн»
В Ноттингемском университете (Англия) отделом
технологии и управления производством разработан робот
«Минитрэн», который выпускается английской фирмой «Хаукер
Сидлей Дайнемикс».
Робот «Минитрэн» является уменьшенной моделью робота
«Версатран» и предназначен для выполнения операций с мелки-
ми изделиями. Роботы «Минитрэн» могут использоваться при
сборке часов, телевизионных камер и трубок, элементов элек-
трооборудования и пр.
Система «Минитрэн» может включать несколько манипуля-
торов (механических модулей), управляемых от электронной или
струйной систем программного управления.
Модули «Минитрэн» могут оперировать деталями массой до
120 г с максимальными размерами до 5 см; точность позициони-
рования 0,1 мм, средняя производительность 1000—1500 деталей
в час.
На рис. 49 показан манипулятор робота «Минитрэн», рука
которого выполняет горизонтальное перемещение в пределах
101,6 мм и вертикальный подъем и опускание в пределах 50,8 мм.
112
Рис. 49. Устройство манипулятора робота «Минитрэн»
Привод движений руки осуществляется от пневматических ци-
линдров: горизонтальное перемещение обеспечивает цилиндр
двойного действия, а вертикальное перемещение и захватываю-
щее действие — односторонние цилиндры с использованием воз-
вратной пружины. В конце хода установлены микропереключа-
тели, сигнализирующие об окончании движения. Роботы «Мини-
трэн» оснащаются схватами клещевого типа, а также вакуум-
ного или электромагнитного типов. В случае необходимости мож-
но установить двойной схват и приспособления для изменения
ориентации деталей при их передаче.
Один из модулей «Минитрэн» показан на рис. 50. Он имеет
руку, поворачивающуюся на 90° по дуге радиуса 190,5 мм, схват
которой имеет вертикальное перемещение.
Система программного управления робота «Минитрэн» вы-
полнена в виде отдельного блока и состоит из ряда стандартных
электронных модулей, в которых применены логические элемен-
ты на интегральных схемах. Программирование любой требуе-
мой последовательности движений руки обеспечивается системой
из четырех стандартных электронных модулей: блока питания,
электронного блока, выходного блока и блока последовательно-
сти. Всего 16 блоков управления: восемь — для выполнения цик-
ла работ в определенной последовательности и восемь —для сиг-
нализации об окончании каждой операции цикла.
Наряду со стандартными блоками и модулями, необходимы-
ми в любой системе управления «Минитрэн», в некоторых моди-
фикациях этой системы применяются следующие блоки: выход-
ной модуль для приведения в действие электромагнитов, пере-
ходник для использования одного модуля при управлении не-
8 Заказ 3483
113
Рис. 50. Робот «Минитрэн»
скольким,и механизмами, модуль индикатора предельных поло-
жений, модуль фотообнаружения для индикации или контроля
деталей, счетчик деталей и др.
Система управления робота «Минитрэн» достаточно надежна
в работе, стоимость системы 4—4,5 тыс. долл.
Система экономически выгодна даже в тех случаях, когда
замена выпускаемой продукции происходит меньше четырех раз
в год, а количество выпускаемых изделий не превосходит 25000
шт.
Система «Минитрэн» была успешно использована для сборки
простых узлов, для чего манипулятор с рукой, выполняющей за-
хват и установку детали с поворотом на 45°, был установлен на
перемещающейся платформе, которая двигалась по столу. На-
правления перемещений платформы и стола взаимно перпенди-
кулярны, величина этих перемещений 25 см.
Рука со схватом берет детали из ряда наклонных бункеров
и устанавливает их в собираемый узел, который перемещается
по столу.
Для снижения стоимости робота и достижения нужной точно-
сти позиционирования управление перемещением узла на столе
и установкой детали разделено, а также применено пневмогид-
равлическое устройство, которое обеспечило необходимую ско-
рость перемещений и позиционирование с точностью ±0,5 мм.
С помощью системы «Минитрэн» собирали узел, состоящий из
26 деталей. Одна из них представляла собою плиту, а остальные
25 — цилиндрические стержни диаметром 5—25 мм, которые
вставлены с одной стороны в отверстия плиты с допуском по
114
Рис. 51. Система «Минитрэн», исполь-
зуемая для сварки двух деталей
диаметру 0,01 мм. Для облег-
чения сборки на торцах стер-
жней сняты фаски.
На установку всех 25 дета-
лей в среднем требовалось
2 мин 55 с, а на одну деталь —
7 с, при этом позиционная сис-
тема управления работала на-
дежно.
Этот небольшой опыт пока-
зал, что «Минитрэн» может вы-
полнять быстрее человека сбо-
рочные операции такого харак-
тера, как, например, установка
радиоэлементов на печатные
платы.
Робот можно использовать
также для сварки мелких узлов (рис. 51).
Робот «Минимэн Фостер Флюиде»
Разработанный в Англии робот «Минимэн» снабжен
универсальной системой управления на струйных элементах,
схват робота может совершать перемещения в шести направле-
ниях, осуществлять поиск и перестановку деталей, а также уп-
равлять различным оборудованием.
Рабочим органом может быть зажимное приспособление, ва-
куумная присоска или специальные инструменты типа пистолета
для металлизации деталей.
Зажимное приспособление захватывает деталь, гидравличе-
ский цилиндр манипулятора обеспечивает ее перемещение впе-
ред—назад, пневматический цилиндр поднимает и опускает де-
таль в вертикальной плоскости, а третий цилиндр, расположен-
ный под опорной плитой, обеспечивает поворот детали на 90°.
Перемещение схвата контролируется струйными датчиками,
расположенными через регулируемые интервалы вдоль всего хо-
да поршня. С помощью струйного датчика обеспечивается поиск
детали рукой с зажимным приспособлением.
Робот «Машемп»
Отделение «Индастриал Сейлз» английской фирмы «Ма-
шемп» выпускает манипулятор с программным управлением для
технологических целей грузоподъемностью до 3 кг. Рука мани-
пулятора (рис. 52, а) имеет следующие степени свободы: вра-
8*
115
Рис. 52. Механическая рука фирмы «Машемп»:
а — манипулятор; б — блок программного управления
щение вокруг вертикальной оси на 90°, качание вокруг горизон-
тальной оси на 45°, выдвижение захватного устройства на
305 мм, которое может поворачиваться вокруг продольной оси
руки. Радиус действия руки можно изменять от 533 до 945 мм.
Схват может оснащаться приспособлениями клещевого, вакуум-
ного и электромагнитного типа. Максимальный габаритный
размер переносимого манипулятором предмета не превышает
127 мм.
Для привода руки «Машемп» используются пневматические
цилиндры, для работы которых необходим воздух под давлени-
ем 5,8—7,2 кгс/см2. Для каждой степени свободы манипулятора
предусмотрены регулируемые упоры, которыми можно устано-
вить требуемые длину или угол перемещения механической руки.
При приближении к упору срабатывает конечный выключатель,
который посылает сигнал об окончании движения в блок про-
граммного управления манипулятора. Электронный блок про-
граммного управления (рис. 52, б) выполнен в отдельном кор-
пусе. Последовательность перемещений руки определяется про-
граммным барабаном с регулируемыми упорами, а скорость
перемещений обеспечивается регулируемыми реле времени, вза-
имодействующими с золотниками пневмосистемы.
Роботы скандинавских стран и ФРГ
Скандинавские страны, как и другие промышленно
развитые страны, проявляют большой интерес к механизации
производства с помощью промышленных роботов. После двух-
летнего опыта использования роботов собственной разработки
в условиях своих предприятий некоторые скандинавские ком-
пании начали продавать их на внешнем рынке.
Роботы США также применяются в промышленности сканди-
навских стран, главным образом, в Швеции, причем наиболее ус-
пешно используется робот «Юнимейт».
116
Сейчас в Скандинавии эксплуатируется четыре группы робо-
тов.
В первую группу входят роботы типа «Юнимейт», «Версат-
ран», «Тралфа» и другие стоимостью больше 20 тыс. долл. Это
наиболее сложные роботы, они легко программируются для вы-
полнения движений и могут манипулировать деталями доволь-
но большой массы.
Роботы второй группы менее сложные (стоимостью от 10 до
20 тыс. долл.), имеют обычно позиционную систему управления
и манипулируют деталями меньшей массы. Представителем этой
группы является робот фирмы «АБ Электролюкс».
Роботы третьей группы стоимостью 5—10 тыс. долл, имеют
меньшую рабочую зону и относительно ограниченную програм-
му. Они манипулируют деталями массой до 8 кг. К таким робо-
там относится, например, робот «АВ» шведской фирмы «Инже-
нерфирма Р. Кауфельдт Худдинг».
К четвертой группе относятся устройства для выполнения
операций типа «взять—положить» с ограниченными возможно-
стями управления и низкой приспособляемостью. Стоимость этих
роботов 5 тЫс. долл, и меньше.
Ниже приведены описания роботов второй и третьей групп.
Шведской фирмой «Электролюкс» создан манипулятор MHU,
состоящий из четырех конструкционных узлов (блоков): стойки,
узла поворота, узла отклонения и руки. Рука отклоняется от го-
ризонтали на —40 1- 10° и перемещается в горизонтальной пло-
скости на 1100 мм, вертикальный ход руки 500 мм. Осуществляет-
ся также поворот руки в обе стороны на 360°. Рука движется со
скоростью 300 мм/с и поворачивается со скоростью 90 град/с. С
помощью жестких упоров и демпферных устройств можно при
такой скорости позиционировать деталь массой 10 кг с точностью
повторения ±0,5 мм; при меньшей скорости допустимая масса
детали повышается до 15 кг. Блочность конструкции дает воз-
можность использовать каждый узел отдельно. При этом с по-
мощью, например, стойки можно поднимать грузы массой до
100 .кг. Электропневматическая система работает от обычной
электросети (220В, 50 Гц, 1,0 кВ-A) и от системы сжатого воз-
духа давлением в 5—7 кгс/см2. Конструкция схвата определяет-
ся деталью, а также станком, для загрузки которого предназна-
чен этот манипулятор. Масса манипулятора робота «АВ» швед-
ской фирмы «Инженерфирма Р. Кауфельдт Худдинг» 480 кг, он
состоит из основания, станины, колонны, руки, фланца схвата и
схвата. Повороты и линейные перемещения руки осуществляют-
ся от пневматического привода; их величина определяется меха-
ническими упорами. Система управления робота размещена в
отдельном пульте; каждое из 30-ти программируемых движений
робота может быть также осуществлено от ручного управления.
Возможно некоторое количество независимых циклических про-
цессов или движений.
117
Рис. 53. Движение отдельных элементов робота «АВ»:
а — горизонтальное перемещение руки (на 750, 1000, 1200 мм); b — вертикальное переме-
щение руки (на 300 мм); — изменение рулевого положения руки (в диапазоне 150 мм);
с—поворот колонны (максимально на 270°); d — поворот схвата (на 90 или 180°);
е — параллельное перемещение колонны относительно станины (±100 мм — только при
наладке); / — установочное перемещение плиты (±10 мм)
Робот устанавливается на полу перед обслуживаемым стан-
ком, причем требующиеся дополнительные устройства (тран-
спортные желобки и т. п.) должны быть связаны с системой уп-
равления робота.
На рис. 53 показана рабочая зона робота, рука которого мо-
жет перемещать детали массой до 5 кг с максимальной линей-
ной скоростью 0,7 м/с и скоростью поворота колонны 90 град/с
при точности повторения позиции ±0,15 мм.
Создан вариант конструкции робота с вертикальным ходом ру-
ки (до 150 мм). Заготовки зажимаются с усилием до 380 кгс (ав-
томатическое фиксирование), возможно применение вакуумных
или электромагнитных схватов.
Шведской фирмой «Ретаб» разработана и выпускается чис-
ловая система управления RC-7000 для промышленных роботов;
система семиканальная, позиционная (управление от точки к
точке) обеспечивает возможность обучения робота в наладочном
режиме. В комплект системы входят блоки памяти двух видов:
на твердых схемах и кассетах магнитной ленты. Количество и вид
поставляемых блоков памяти определяет заказчик. Блоки памя-
ти на твердых схемах предназначены для хранения информации,
которую в процессе эксплуатации робота бывает необходимо бы-
стро заменить, не производя обучения робота в наладочном ре-
жиме. Стирание старой и ввод новой информации производится
подключением к системе управления внешнего кассетного устрой-
ства с магнитной лентой.
118
Пульт системы оснащен аккумулятором, обеспечивающим
хранение информации в блоках памяти на твердых схемах в те-
чение 8 ч (в случае прерывания электропитания).
Система обеспечивает точность воспроизведения роботом за-
писанной программы в пределах ±0,5 мм при перемещении его
исполнительного органа на длину до 2 м.
Запись фиксированных положений исполнительных органов
робота производится в блоках памяти системы в модифицирован-
ном двоичном коде.
Система управления рассчитана на стыковку с роботом, в
конструкции которого установлены золотниковые гидравличес-
кие распределители фирмы «Муг» и датчики обратной связи кон-
троля положения по приращению. Датчики обратной связи выпу-
скаются фирмой «Ретаб».
Система RC-7000 и датчики обратной связи поставляются
японской фирме «Токио Кейки» для комплектации промышлен-
ных роботов IRB-10 и IRC-30.
Внедрение роботов в скандинавских странах намечено прово-
дить поэтапно в течение 70-х годов. Первый этап называется
«уровнем кругового применения» и означает организацию участ-
ков с роботами, манипулирующими изделиями при существую-
щем оборудовании. Этот этап уже начался во многих основных
отраслях промышленности и осуществляется путем использова-
ния роботов 1, 2 и 3-й групп. На этом этапе стоит важная задача
создания большого количества питателей, магазинов и т. д. для
ориентации и накопления деталей.
Следующий этап называют «уровнем линейного применения».
На этом этапе ряд «круговых применений» роботов связывается
воедино посредством других роботов. К 1975 г. предполагалось
применить 2000 роботов, 70% которых намечалось использовать
в Швеции и 30% —в Дании, Норвегии и Финляндии.
Третий этап представляет наибольший интерес и называется
«уровнем применения для процесса». На этом уровне объединя-
ется ряд «линейных применений» роботов в один общий автома-
тизированный процесс производства; ожидается, что когда будет
достигнут этот уровень (возможно, в конце 70-х годов), примене-
ние роботов умножится во много раз и все манипуляции с мате-
риалами будут совершаться без применения человеческих рук.
На этом этапе еще не удастся преодолеть ограниченности техни-
ческих возможностей роботов первого поколения, так как они бу-
дут все еще брать изделие из фиксированной позиции, не смогут
обойти неожиданно возникающего препятствия на их пути, а так-
же контролировать качество продукции или адаптироваться к
непредвиденному смещению изделия. Тем не менее на третьем
этапе будет сделан большой шаг в использовании механизиро-
ванного оборудования в процессах ручйбготруда. Число приме-
няемых роботов на этом этапе, по оценкам скандинавских экс-
119
Рис. 54. Робот «Трансфер аутомат»
пертов, будет составлять 10—
20 тыс., а может быть, дойдет
и до 40 тыс.
В ФРГ роботы еще не всту-
пили в стадию широкого при-
менения; покупают роботы по-
ка только крупные фирмы, а
мелкие выжидают накопления
опыта их использования.
До 1972 г. в ФРГ использо-
валось 50 роботов. К этому
времени только одна фирма
занималась разработкой и про-
изводством роботов.
На чикагском симпозиуме по роботам 1972 г. в докладе об
опыте применения промышленных роботов в ФРГ отмечалось,
что несмотря на повышенный интерес к роботам, многие фирмы
все еще считают их малоэкономичными, так как роботы дороги,
а сроки их окупаемости велики из-за односменной работы в боль-
шинстве отраслей промышленности.
В ФРГ преимущественно используются пять типов роботов:
«Юнимейт», «Версатран», «Симплтрэн», «Тралфа» и «Трансфер
аутомат».
Крупные автомобильные фирмы купили 30 роботов «Юни-
мейт». Фирма «Мерседес Бенц» приобрела два робота «Юни-
мейт» и после успешного их испытания купила еще двенадцать
для автоматической сварки левой и правой частей кузова авто-
мобиля. Капиталовложения при этом не превысили обычных.
При смене модели выпускаемого автомобиля изменить тех-
процесс гораздо легче в случае сварки с помощью робота, чем
без него. Время окупаемости робота в фирме «Мерседес Бенц»
не превышает одного года. Фирма считает робот надежным и
эффективным.
Немецкая фирма «VFW-Фоккер» с 1971 г. выпускает роботы
«Версатран» и «Версатран HV». Один из роботов «Версатран»
куплен радиокомпанией для подачи телевизионных трубок при
сборке телевизоров. Другой робот используется в производстве
обойм для роликовых подшипников. Стоимость купленного «Вер-
сатрана» 21 тыс. долл.
Для окраски и нанесения покрытий применяется робот «Трал-
фа» стоимостью 23 тыс. долл. С января 1972 г. в промышленно-
сти ФРГ применяется японский робот «Аида» с одной, двумя и
тремя руками—наиболее дешевый робот из всех продаваемых в
настоящее время (8400 долл). Этот робот в основном применя-
ется для работы на прессах, использование его ограничивается
малым количеством программируемых перемещений руки.
120
Фирма «VFW-Фоккер» с 1966 г. выпускает «Трансфер ауто-
мат» (см. рис. 54), представляющий собою модификацию авто-
мата «VFW-Фоккер». Этот робот работает на сжатом воздухе и
имеет фиксированные упоры. В новой модели робота привод от
сжатого воздуха заменен электроприводом.
В производстве роботов в ФРГ наметилась тенденция повы-
шения универсальности роботов и способности их самостоятель-
но менять положение, а также «узнавать» требуемую деталь и
брать ее, если даже она специально не ориентирована. Специали-
сты ФРГ считают, что усовершенствование роботов будет идти
по линии расширения диапазона действий и увеличения объема
памяти.
Научно-исследовательские работы с целью усовершенствова-
ния конструкции роботов и технологии их использования прово-
дятся в ФРГ (как и в США) на университетском уровне. Ведется
разработка инструкций по эксплуатации роботов, в которых ука-
зываются объем и размеры пространства, необходимого для робо-
та; перечисляются машины, которые он может обслуживать; ука-
зывается тип робота, наилучшим образом соответствующий дан-
ному виду работ; количество степеней свободы, требующееся для
выполнения той или иной операции, и т. п.
Глава IV
КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ
И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
РОБОТОВ
1. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ И КОНСТРУКТИВНЫЕ
СХЕМЫ МАНИПУЛЯТОРОВ
Область применения промышленных роботов непрерыв-
но расширяется, их функции усложняются, поэтому конструктив-
ные схемы манипуляторов роботов отличаются большим разно-
образием, при этом используются различные системы координат
перемещения руки и разное число степеней свободы рабочего ор-
гана.
Рука робота, обладающая семью степенями свободы, в со-
четании с движением схвата становится механизмом, способным
во многих случаях выполнять функции руки человека. Схема та-
кого механизма приведена на рис. 55. Вращение руки в шарни-
рах 1, 2, 3 используется для переноса предмета в заданную точ-
ку обслуживаемой рабочей зоны; а вращение в шарнирах 4. 5,
6 — для ориентирования предмета в заданной точке. С по-
мощью схвата 7 механическая рука удерживает предмет. Шар-
ниры 1—6 соединены стержнями. Манипуляторы роботов с ше-
стью степенями свободы показаны на рис. 22 и 42.
Менее шести степеней свободы достаточно при наличии сим-
метрии детали. Например, при захвате предмета, являющегося
телом вращения, шарнир схвата 7 (см. рис. 55), ось которого па-
раллельна оси или совпадает с осью предмета, становится лиш-
ним. В настоящее время выпускается большое количество моде-
лей роботов, манипуляторы которых обладают пятью (не считая
движения схвата) степенями свободы.
В ряде случаев создаются манипуляторы с большим числом
степеней свободы. Установлено, что нередко выгодней иметь в кон-
струкции одну или несколько дополнительных степеней свободы,
чем создавать большое количество специальных подающих и ори-
ентирующих устройств, а также передвигать и заново устанав-
ливать производственное оборудование. Дополнительные степе-
ни свободы целесообразно предусматривать и в тех случаях, ког-
да в процессе работы руке манипулятора приходится обходить
препятствия и когда для ввода детали в рабочую зону технологи-
ческого оборудования требуется прямолинейное движение. По-
этому для придания большей универсальности, гибкости, обес-
печения возможности работать в труднодоступных местах соз-
даются манипуляторы роботов с шестью, семью, восьмью и более
122
Рис. 55. Схема механизма с семью
степенями свободы:
1, 2, 3, 4, 5, 6 — шарниры; 7 — схват
степенями свободы. Приме-
ром манипулятора робота с
шестью степенями свободы,
из которых пять использует-
ся для движений переноса
детали, может служить ма-
нипулятор робота RA (см.
рис. 37) японской фирмы
«Мицубиси». Робот базовой
модели 5030 фирмы «Кава-
саки» имеет восемь степеней
свободы, пять из которых
используются для движений
переноса деталей. Дополни-
тельная степень свободы по-
является при установке на
колеса модификации робота,
базовая модель которого устанавливается неподвижно на полу.
В этом случае робот может перемещаться по направляющим, ук-
репленным на полу либо на кран-балке.
При выполнении ряда простейших операций типа «взять—
положить», особенно когда робот работает с симметричными де-
талями, конструкции с большим числом степеней свободы ока-
зываются избыточно универсальными и слишком сложными. В
таких случаях более раицонально применение роботов, в кото-
рых применена упрощенная система управления и уменьшено
число степеней свободы руки манипулятора. В первую очередь
это касается движений ориентации деталей в пространстве. Для
ориентации деталей используют только одну степень свободы.
Анализ подобных технологических операций показал, что чаще
всего необходим поворот деталей вокруг продольной оси руки.
Для обслуживания таких операций пригодны отечественный ро-
бот «ПР-10» и ряд зарубежных конструкций. К ним относятся
модели «Аида», «Синко», а также «CPR-Ю» фирмы «Корона
Электронике», «Синхротранс» фирмы «Кейайся», «Уоркмейт»
фирмы «Морита Машинэри Уоркс», «Манифик II» фирмы «Нип-
пон годж» и др.
Иногда для обслуживания операций, связанных с перестанов-
кой деталей, их ориентации вообще не требуется. В таких случа-
ях применяют манипуляторы роботов, имеющие три степени сво-
боды, используемые только для транспортировки деталей. Таким
является робот «Машинмэн» японской фирмы «Хирата» и др.
Количество степеней свободы может быть уменьшено и за счет
степеней, применяемых для переноса деталей. Например, для
123
Рис. 56. Схема манипулятора робота
с четырьмя степенями свободы:
1 — схват; 2 — кисть; 3 — рука; 4 —
стол поворотный
переноса деталей с одного
транспортера на другой (пере-
мещения деталей только в од-
ной плоскости) достаточно
двух степеней свободы.
При разработке конструк-
ций роботов большое внимание
уделяется выбору системы ко-
ординат, в которой должно
осуществляться перемещение
руки. В конструкциях манипу-
ляторов роботов отечественно-
го и зарубежного производств
используются прямоугольная,
цилиндрическая и сферическая
системы координат. Манипуля-
торы, работающие в прямо-
угольной системе координат,
чаще всего представляют со-
бою устройства, установлен-
ные в каретке, которая подве-
шена на направляющих под
или над обслуживаемым обо-
рудованием. Рука такого манипулятора может опускаться вниз,
перемещаться относительно каретки в поперечном направлении
и вместе с кареткой — вдоль направляющих. Так выполнен ро-
бот «Электрохенд» японской фирмы «Фуджи электрик», «Уорк-
мейт АСТ-1» также японской фирмы «Морита».
На рис. 56 показана схема манипулятора с четырьмя степе-
нями свободы, у которого рука <3 с кистью 2 имеет три степени
свободы, перемещаясь в подвижной системе прямоугольных ко-
ординат, связанной с поворотным столом 4. Четвертая степень
свободы реализуется при повороте стола вокруг вертикальной
оси. Пятым независимым движением является движение схвата.
При осуществлении любых перемещений при остановленном по-
воротном столе 4 деталь, удерживаемая схватом 1, не меняет
своей ориентации в пространстве. Ориентация детали в горизон-
тальной плоскости меняется при повороте стола 4. Конструкция
обеспечивает прямолинейное движение детали при установке ее
в оборудование. Это качество становится особенно ценным при
выполнении ряда операций, таких, например, как установка дета-
ли в патрон токарного станка и т. п.
В этом случае при перемещении детали по какой-либо иной
траектории (например, по дуге окружности) требуется повышен-
124
ная точность выполнения движения, либо применение специаль-
ных схватов, обеспечивающих некоторую свободу удержания де-
тали по одной или двум координатам.
При осуществлении движения руки робота в цилиндрической
системе координат ориентация детали в горизонтальной плоско-
сти также изменяется, вследствие чего при необходимости вос-
становления первоначального положения детали оно корректи-
руется поворотом кисти вокруг вертикальной оси.
Способность руки манипулятора двигаться в цилиндрической
системе координат можно использовать при обслуживании боль-
шого количества технологических процессов. Наличие двух пря-
молинейных перемещений облегчает разработку планировок ра-
бочих мест оборудования с роботом, оценку того и иного кон-
кретного применения, расчет времени рабочего цикла и т. д. В
конструкциях этих манипуляторов для ориентации деталей в
пространстве обычно предусматривается не более двух степеней
свободы.
В цилиндрической системе координат работают роботы УМ-1,
УПК-1, ПР-10, а также «Версатран», «Аида», «Синко», «Юни-
мэн 1000», «Машинмэн», «Консларм», «Синхротранс», «Хи
Мейт», «Уоркмейт ZA-25», «Нэкмэт», «Трансфер аутомат Е» и
многие другие.
На рис. 57 приведена схема манипулятора робота УМ-1. Ру-
ка 4 с кистью 5 и схватом 6 перемещается в горизонтальном и
вертикальном направлениях, а также поворачивается вместе с
колонной 7. Деталь в пространстве ориентируется при повороте
кисти вокруг двух осей: продольной оси руки и оси, перпендику-
лярной последней.
В подобных схемах роботов, как уже указывалось, последова-
тельные положения (траектория движения) при переносе дета-
лей программируются, а движения ориентации деталей и движе-
ние схвата осуществляются от упора до упора.
В конструкциях манипуляторов роботов, работающих в ци-
линдрической системе координат (УМ-1, «Версатран»), верти-
кальное перемещение руки часто осуществляется вместе с несу-
щей ее кареткой при движении последней вдоль колонны, при-
чем колонна имеет опоры вверху и внизу. Обычно так конструк-
тивно выполняются манипуляторы, имеющие большой верти-
кальный ход руки. В манипуляторах упрощенной конструкции
с небольшим вертикальным ходом рука устанавливается консоль-
но на верхней части вертикального вала, вместе с которым она
поворачивается и перемещается вверх и вниз. Такую схему име-
ют манипуляторы роботов ПР-10, «Аида», «Синхротранс», «Хи
Мейт», «Синко» и др.
На рис. 58 показан робот ПР-10, работающий в цилиндриче-
ской системе координат. Все движения руки манипулятора осу-
ществляются до жестких упоров. Для ориентации детали в про-
125
Рис. 57. Кинематическая схема манипулятора робота УМ-1:
1 — гидроцнлнндры поворота колонны; 2, 3 — гидроцнлнндры поворота кисти; 4 — рука;
5 — кисть; 6 — схват; 7 — колонна
Рис. 58. Робот ПР-10
странстве используется только одно движение — поворот кисти
вокруг продольной оси руки.
Недостатком манипуляторов, работающих в цилиндрической
системе координат, является затрудненность обслуживания при
обработке деталей, расположенных на небольшой высоте (умень-
шена рабочая зона робота). Однако есть способы устранения это-
го недостатка. Один из них осуществлен в конструкции робота
126
«Хибот». Схема манипулятора
этого робота приведена на рис.
59.
Три движения (по стрелкам
1, 2, 3) используются для пере-
носа детали; кисть может со-
вершать три движения ориен-
тации (по стрелкам 4, 5, 6),
стрелкой 7 обозначено движе-
ние схвата. Однако оси поворо-
та кисти, перпендикулярные
оси руки, вынесены из кисти
далеко к вертикальной оси по-
ворота руки робота, поэтому
при повороте кисти по стрелке
4 схват опускается вниз на зна-
чительное расстояние, что уве-
личивает объем рабочей зоны
робота. Этому же способствует
возможность поворота кисти
вокруг отнесенной к вертикаль-
Рис. 59. Кинематическая
схема манипулятора ро-
бота «Хибот»:
1, 2, 3 — направления дви-
жений переноса; 4, 5, 6 —
направления движений ори-
ентации; 7 — движение
схвата
ной колонне оси по стрелке 5.
На рис. 60 приведена схема манипулятора робота, работаю-
щего в цилиндрической системе координат, связанной с подвиж-
ной плитой. Последняя осуществляет переносные движения в пря-
моугольной системе координат в горизонтальной плоскости вдоль
оси руки и в перпендикулярном направлении (по такой схеме вы-
полнен манипулятор робота RA). Введение двух дополнительных
прямолинейных перемещений дает ряд преимуществ. Такой ма-
нипулятор может обслуживать несколько единиц технологичес-
кого оборудования, установленных вокруг него. При этом детали
вводятся в захватные устройства оборудования (патроны, зажи-
мы и т. п.) по прямолинейной траектории. Продольное перемеще-
ние складывается из движений руки вдоль своей оси и движения
в том же направлении подвижной плиты основания. Это дало
возможность при увеличенном ходе руки сохранить большую гру-
зоподъемность. Для получения такого же хода вследствие толь-
ко продольного перемещения руки длина последней увеличива-
ется, расстояние между грузом и вертикальной осью поворота
возрастает, вследствие чего увеличивается момент инерции и
уменьшается грузоподъемность робота.
До сих пор рассматривались манипуляторы, в которых рука
(обычно трубчатого сечения) выполнялась как единое целое в
виде стержня без шарниров. Однако в прямоугольной системе
координат могут работать и так называемые рычажные мани-
пуляторы, рука которых выполняется из нескольких соединенных
шарнирно стержней. На рис. 61 приведена схема одного из таких
манипуляторов. Рука состоит из соединенных шарнирно рычагов
127
Рис. 60. Схема манипулятора робота, работающего в подвижной цилиндриче-
ской системе координат
Рис. 61. Схема рычажного манипулятора робота, работающего в цилиндриче-
ской системе координат:
/, 2 — рычаг; 3 — кисть; 4 — схват; 5 — кронштейн вертикального вала
1 и 2. Последний несет кисть 3 с механизмом схвата 4. Рычаг 1
укреплен ,на кронштейне 5 вертикального вала, вместе с которым
рука поднимается и поворачивается вокруг вертикальной оси.
При равной длине рычагов 1 и 2 и таком передаточном механиз-
ме, который обеспечивает постоянно вертикальное положение
биссектрисы угла между рычагами, кисть при раскрытии или
складывании рычагов 1 и 2 перемещается прямолинейно в гори-
зонтальном направлении. Передаточным здесь может быть цеп-
ной или рычажный механизм.
В такой конструкции уменьшаются неиспользуемые зоны сза-
ди манипулятора робота, поэтому он может быть установлен
128
вплотную к стене ,или оборудованию. По приведенной схеме вы-
полнена конструкция манипулятора робота IRB-10.
Известно большое количество моделей манипуляторов, рука
которых перемещается в сферической системе координат. Эти
манипуляторы, как правило, более громоздки, управляются бо-
лее сложной системой управления, но обслуживают большую ра-
бочую зону.
Наиболее распространенным манипулятором, выполненным
по такой схеме, является манипулятор робота «Юнимейт». На
рис. 62 приведена схема манипулятора робота, рука которого пе-
редвигается в сферической системе координат. Рука 2, выполнен-
ная из двух элементов трубчатого сечения, несет кисть 3 со охва-
том. Рука может перемещаться вдоль продольной оси в направ-
ляющих башни 1. Последняя может поворачиваться в горизон-
тальной и вертикальной плоскостях. При этих поворотах деталь,
удерживаемая схватом, изменяет ориентацию в пространстве.
Заданное положение детали сохраняется вследствие поворота ки-
сти в вертикальной плоскости. В конструкции также предусмот-
рена возможность поворота кисти вокруг своей продольной оси,
т. е. для ориентации детали в пространстве предусмотрено две
степени свободы.
Рис. 62. Схема манипулятора робота, работающего в сферической системе ко-
ординат:
1 — башня; 2 — рука; 3 — кисть
9 Заказ 3483
129
Рис. 63. Манипулятор робота, работающего
в сферической, цилиндрической и прямо-
угольной системах координат:
1 колонна; 2 — башня; 3 — рука; 4 — кисть
При выполнении сравнительно
простых операций, когда деталь в
вертикальной плоскости, проходя-
щей через продольную ось руки, на-
до переместить только в два поло-
жения, кисть можно поворачивать
от упора до упора. При обслужива-
нии более сложных процессов, в ко-
торых деталь должна занимать не-
сколько положений в вертикальной
плоскости, остановка кисти в нуж-
ном месте программируется.'
В некоторых конструкциях* мани-
пуляторов роботов, работающих в
сферической системе координат,
предусмотрена дополнительная сте-
пень свободы, используемая для
ориентации в пространстве детали
или инструмента, закрепленного на
кисти вместо механизма схвата.
У манипулятора робота «Юни-
мейт» есть движение поворота ки-
сти вокруг вертикальной оси.' У ма-
нипуляторов японских роботов фирм
«Тосиба» и «Кавасаки» (модель
2600) имеется движение поворота кисти вокруг продольной оси
руки.
Для расширения технологических возможностей в конструк-
ции манипулятора робота, работающего в сферических коорди-
натах, могут быть добавлены движения, которые используются
для транспортировки деталей и значительно расширяют зону об-
служивания робота. На рис. 63 показан манипулятор робота, ру-
ка 3 которого передвигается в сферической системе координат, а
также может осуществлять продольное перемещение и поворот
вместе с башней 2 вокруг горизонтальной и вертикальной осей.
Колонна 1 вместе с башней может подниматься вверх и переме-
щаться в поперечном направлении. При установке манипулятора
на рельсы колонна с ним может перемещаться в продольном на-
правлении. Учитывая, что кисть 4 может вращаться вокруг трех
осей, манипулятор, установленный на рельсы, имеет девять сте-
пеней свободы, не считая движения схвата. Рука манипулятора
может передвигаться в любой из трех систем координат: прямо-
угольной, цилиндрической, сферической. По такой схеме выпол-
130
Рис. 64. Манипулятор с поворотными движе-
ниями звеньев:
1 — кисть; 2, 3, 4 — шарнир; 5 — стол поворотный
нен манипулятор робота 5030 фирмы
«Кавасаки».
Известны конструкции манипулято-
ров роботов, в которых предусмотрены
только поворотные движения подвиж-
ных элементов и отсутствуют движе-
ния прямолинейные. У манипулятора,
показанного на рис. 64, рука может
поворачиваться в шарнире 4, закреп-
ленном на поворотном столе 5, а также
в шарнире 3, кроме этого рука может
поворачиваться вокруг вертикальной оси вместе со столом 5.
Ориентация детали в пространстве осуществляется при повороте
кисти 1 вокруг горизонтального шарнира 2. По такой схеме вы-
полнен манипулятор робота СР-1 японской фирмы «Корона Дэн-
си».
На рис. 65 приведена схема еще одного манипулятора с од-
ним шарнирным соединением элементов руки. Один из рычагов
(короткий) установлен в почти вертикальном положении, а вто-
рой (длинный)—в почти горизонтальном. При повороте верти-
кального рычага вокруг нижнего шарнира происходит продоль-
ное перемещение кисти руки, а при повороте горизонтального ры-
чага относительно вертикального — подъем и опускание кисти.
Следует отметить, что манипулятор, выполненный по такой схе-
ме, имеет большую зону обслуживания, что является его преиму-
ществом-. Роботы с такими манипуляторами, как правило, при-
меняются на тех операциях, где не предъявляется больших тре-
бований к точности отработки движений робота: при окраске,
нанесении всякого рода защитных покрытий и т. п. Одним из та-
ких роботов является ро-
бот «Тралфа».
На рис. 66 приведены
схемы еще двух манипу-
ляторов с шарнирным со-
единением звеньев руки,
которые выполнены по
близким схемам. Оба ма-
нипулятора имеют пять
степеней свободы, первое
звено руки шарнирно кре-
пится в верхней части
вертикальной колонны,
Рис. 65. Схема рычажного ма-
нипулятора
9*
131
которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси вместе
с рукой.
Манипулятор робота «Сандстрэнд» (рис. 66, а) имеет элек-
трический привод всех движений; компоновка его такова, что он
занимает небольшую площадь пола. На роботе может быть ус-
тановлена кисть с двумя схватами; при повороте кисти на 180°
вокруг продольной оси один схват оказывается точно на месте
другого. Такое устройство имеет ряд преимуществ при обслужи-
вании некоторых технологических операций, когда нужно, на-
пример, снять готовую деталь и на ее место тут же установить
заготовку.
В некоторых случаях в конструкциях руки и кисти .манипуля-
тора предусматривают по несколько шарнирных сочленений, что
придает роботу большую гибкость и универсальность. .На рис. 67
приведена схема манипулятора робота, имеющего семь степеней
свободы. Рука 3 этого робота может поворачиваться в. шарнире
в вертикальной плоскости относительно колонны 1 и вокруг вер-
тикальной оси вместе с колонной. Кроме этого, рука может сги-
баться в шарнире 2, а кисть 5 — поворачиваться вокруг верти-
кальной оси и сгибаться в шарнирах 4, 6 и 7. Восьмым является
движение схвата 8. Рука этого манипулятора'отличается боль-
шой гибкостью, может обслуживать труднодоступные места,
брать детали с пола и работать в непосредственной близости от
основания манипулятора робота. Робот занимает небольшую пло-
щадь и обслуживает большую'рабочую зону.
Схемы двух манипуляторов с большим числом степеней сво-
боды приведены.на рис. 68. В обеих конструкциях предусмотре-
но прямолинейное движение некоторых элементов и использует-
ся унифицированная кисть 2, обеспечивающая четыре независи-
мых Движения: раскрытие и закрытие схвата, складывание в
Рис. 66. Схемы манипуляторов робота «Сандстрэнд» (а) и RK-1 (б)
132
Рис. 67. Схема манипулятора робота с семью степенями свободы:
1 — колонна; 2, 4, 6,7 — шарнир; 3 — рука; 5 — кисть; S — охват
шарнире 3, повороты вокруг продольной оси нижней части голов-
ки схвата 1 и вокруг оси рычага 4. В конструкции манипулятора
робота, показанного на рис. 68, а, унифицированная кисть укреп-
лена шарнирно на рычаге 4, к которому подходят тяги 5 парал-
лелограммного механизма, в свою очередь шарнирно закреплен-
ного на каретке 6. При повороте тяг 5 осуществляется подъем и
опускание кисти 2. Каретка 6 перемещается в горизонтальном
направлении по направляющим 7, укрепленным на поворотном
столе 8. Последний может поворачиваться вокруг вертикальной
оси относительно рамы 9. Весь манипулятор имеет возможность
передвигаться в горизонтальной плоскости на колесах 10. Мани-
пулятор имеет небольшие размеры по высоте, однако он занима-
ет достаточно большую площадь.
В конструкции манипулятора робота, показанного на рис.
68,6, унифицированная кисть 2 укреплена на руке 13, которая
сгибается в шарнире 14 и перемещается вдоль оси х—х в телеско-
пических направляющих. Рука имеет возможность подниматься
и опускаться вдоль направляющих, укрепленных на колонне 11.
Последняя перемещается по колонне 12, увеличивая таким обра-
зом ход руки в вертикальном направлении. Колонна 12 повора-
чивается вокруг вертикальной оси на погоне 16 относительно ра-
мы 15. Для установки в рабочее положение манипулятор пере-
двигается на колесах 17 по полу, рельсам или монтируется на
подвижной раме.
133
Рис. 68. Схемы манипуляторов роботов с восьмью (а) и девятью (б) степенями
свободы:
1,4 — головка схвата; 2 — кисть унифицированная; 3, 14 — шарнир; 4 — рычаг (стер-
жень); 5 — тяги; 6 — каретка; 7 — направляющая; 8 — стол поворотный; 9, 15 — рама;
10, 17 — колеса; 11, 12 — колонна; 13 — рука; 16 — погон
Нередко на рельсы устанавливаются манипуляторы модифи-
цированных конструкций роботов, базовые модели которых ус-
танавливаются неподвижно на полу. Движение по рельсам явля-
ется еще одним рабочим движением. Чаще всего рельсы монти-
руются на полу. Однако при обслуживании некоторых техноло-
гических процессов, а также при недостатке свободных рабочих
площадей рельсы могут быть смонтированы на балке, поднятой
на некоторую высоту от пола. На таких рельсах может быть ус-
тановлена либо модифицированная модель робота, манипулятор
134
Рис. 69. Схема подвесного ма-
нипулятора, установленного на
подвижной раме:
1 — схват; 2 — винтовая передача;
3, 10, 11 — цепная передача; 4, 5,
9 — червячная передача; 6 — рельс;
7 — балка; 8 — каретка; 12 — ру-
ка; 13 — кисть; А, Б, В, Г, д,
Е — двигатели привода
которого иногда устанав-
ливается в перевернутом
виде, либо специально
разработанный манипуля-
тор.
На рис. 69 показана
схема такого подвесного
манипулятора, имеющего
девять степеней свободы,
что обеспечивает ему
большую универсальность
и маневренность. Пло-
щадь пола, занимаемого
роботом, минимальна.
Кисть 13 робота, несущая
схват, может перемещать-
ся вдоль вертикальной
оси и вращаться вокруг
нее. Рука 12 имеет три
шарнирных сочленения
(а, б, в), в которых она
может -сгибаться, остава-
ясь в одной плоскости.
Рука имеет возможность перемещаться в вертикальном направ-
лении относительно каретки 8, которая в свою очередь может
передвигаться в горизонтальной плоскости по балке 7, а бал-
ка — по рельсам 6.
Конструктивные схемы манипуляторов роботов не ограни-
чиваются приведенными. Выше изложены схемы типичных ма-
нипуляторов роботов, получивших наибольшее распростра-
нение.
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РОБОТОВ
Промышленные роботы в настоящее время поступают
на производство и устанавливаются в цехах для обслуживания
всевозможного технологического оборудования, которое созда-
валось с учетом того, что его будет обслуживать человек. В этой
связи вызывает интерес сравнение скоростей перемещения де-
талей различной массы человеком и современным промышлен-
ным роботом (см. рис. 1).
135
Линейные скорости подвижных звеньев современных робо-
тов— 500—1000 мм/с; в некоторых новых конструкциях — до
1200 мм/с.
Меньшие величины скоростей чаще относятся к вертикальным
перемещениям. Величины скоростей угловых перемещений при
применении гидравлического или пневматического привода 90—
180 град/с. Если привод осуществляется от обычного электро-
двигателя, скорость не превышает величины 50 град/с.
При применении электродвигателей с дисковым ротором, ко-
торые устанавливаются в конструкциях роботов небольшой гру-
зоподъемности, скорость поворота может быть повышена до
100 град/с, например, у робота «Трансфер аутомат Е».
Грузоподъемность роботов колеблется в очень широких пре-
делах—от 0,5—3 кг до 150 кг и более. Грузоподъемность может
быть увеличена в 1,5—2 раза при снижении скоростей перемеще-
ния деталей. Наибольшее количество роботов выпускается малой
грузоподъемности (до 5—10 кг) и средней—(40—50 кг). При
обслуживании подавляющего большинства технологических про-
цессов такой грузоподъемности оказывается достаточно, хотя в
отдельных случаях приходится создавать роботы значительно
большей грузоподъемности. Например, робот «Янбот 800» япон-
ской фирмы «Тайе», имеющий три степени свободы, поднимает
детали массой 1000 кг.
Для выполнения большинства операций, на которых применя-
ются роботы, вполне достаточно точности отработки перемеще-
ний ±1,5, а иногда ±2 мм. Большая точность требуется при вы-
полнении операций сборки, для которой роботы еще не нашли
достаточно широкого применения. Современные роботы, выпол-
няющие движения до жестких упоров, имеют точность отработки
от ±0,1 до ±0,5 мм. Однако роботы, имеющие такую точность
остановки по программе, получаются очень дорогими. Следует
учесть, что только от нагрева руки робота длиной 1,5 м на 10° С
появляется ошибка порядка 0,15 мм. Кром« того, при увеличении
точности отработки перемещений растет время цикла вследствие
того, что приходится предусматривать более плавное торможе-
ние перед заданной точкой остановки. Поэтому недостаточную
точность робота во многих случаях рационально компенсировать
установкой различных ловителей, направляющих и вспомога-
тельных устройств, а также введением в механизмы схватов
упругих элементов, допускающих некоторое принудительное
смещение удерживаемых деталей.
Нередко даже при обслуживании одного технологического
процесса в одном и том же цикле требуется различная точность
остановки в различных точках. Например, в позициях установки
и взятия деталей необходима относительно большая точность, а
в промежуточных точках, особенно при обходе каких-либо пре-
пятствий, такой точности не требуется. Поэтому в наиболее со-
вершенных роботах предусматривается возможность остановки
136
с различной точностью, которая может быть выбрана заранее по
усмотрению оператора. Например, у робота «Юнимейт» преду-
смотрено три степени точности. При воспроизведении роботом
программы с первой степенью точности рука останавливается в
заданной позиции с точностью ± 1,27 по каждой координате. При
воспроизведении той же или любой другой программы со вто-
рой степенью точности остановки происходят с точностью
±3,8 мм по каждой координате. При воспроизведении програм-
мы с третьей степенью точности величина ошибки может дохо-
дить до 20% величины рабочего хода. В одной и той же програм-
ме остановка в различных точках может отрабатываться с раз-
ной точностью. Необходимая точность остановки в каждой пози-
ции задается в процессе внесения программы в память робота.
Выбором рациональной точности остановки в каждой позиции
удается сократить время цикла работы робота.
Одной из основных характеристик робота является способ
его программирования. Допустимое время программирования
зависит от характера применения робота. Если предполагается
использовать робот продолжительное время на одной операции,
то особых требований к системе программирования не предъяв-
ляется. Однако, когда часто возникает необходимость корректи-
ровки программы или составления новой, простота программи-
рования имеет большое значение.
Относительно много времени требуется на программирова-
ние робота с позиционной системой управления, в которой в ка-
честве элементов памяти применены потенциометры. В этом слу-
чае рука робота в каждую заданную позицию приводится от пуль-
та ручного управления. Группа потенциометров каждой заданной
позиции-(по одному на каждую координату) регулируется таким
образом, что сигналы от потенциометра цепи обратной связи и
соответствующего задающего потенциометра выравниваются. По-
следовательность движений от упора до упора, а также команды
на их включение и выключение задаются на штекерной матрице
или штекерном барабане.
В роботах с разомкнутой системой управления и движениями
руки и кисти от упора до упора рабочая программа, последова-
тельность движений, величина пауз, сигналы связи с системами
управления внешнего технологического оборудования обычно на-
бираются на штекерной матрице. Такое программирование требу-
ет некоторых навыков, так как при наладке робота и работе от
ручного управления рука манипулятора движется с рабочими
(большими) скоростями. Кроме этого, требует опыта быстрая и
правильная установка подвижных упоров. При недостаточной
опытности оператора программирование такого робота может
занять много времени.
Удобным оказывается способ программирования при нанесе-
нии программы на перфоленту. В этом случае рука робота про-
водится через заданные позиции от пульта ручного управления.
137
На каждой позиции с помощью измерительных устройств, пре-
дусмотренных в самой конструкции робота, определяются коор-
динаты руки. Величины замеренных координат пробиваются в
соответствующем коде на перфоленте, концы перфоленты склеи-
ваются — и программа готова. При необходимости сохранить
программу, записанную на перфоленте, она оставляется в нако-
пителе программ.
Наиболее удобным способом составления программы являет-
ся способ обучения робота, при котором программа легко кор-
ректируется и перезаписывается. Блок-схема робота с програм-
мным методом обучения приведена на рис. 70.
Из блок-схемы видно, что продольное перемещение руки 4
робота со схватом осуществляется под действием гидроцилин-
дра 5. В процессе обучения робота с блока ручного управления
сигнал поступает на сервоусилитель 8, управляющий работой
клапана 6; открывающего доступ жидкости в одну из полостей
гидроцилиндра 5.
В случае применения позиционной системы управления рука
робота, приведенная в заданную точку, останавливается. На бло-
ке ручного управления нажимается кнопка записи 9 и коорди-
ната заданной точки заносится в блок памяти 11. Так последова-
тельно в блок памяти могут быть занесены координаты всех за-
данных точек останова руки.
При контурной системе управления в блок памяти в процес-
се обучения заносится траектория движения руки. При реализа-
Рис. 70. Блок-схема робота с программным методом обучения:
1 — кодовый датчик; 2 — цепь обратной связи; 3 — кисть; 4 — рука; 5 — гидроцилиидр;
6 — сервоклапан; 7 — гидронасос; 8 — сервоусилитель; 9 — кнопка записи; 10 — блок
сравнения; 11 — блок памяти
138
ции программы сигнал на сервоусилитель 8 поступает от блока
сравнения 10, в котором сигналы, поступающие из блока памя-
ти, сравниваются с сигналами датчика 1 обратной связи, кинема-
тически соединенного с движущейся рукой. Механизмы робота
начинают действовать при наличии разности сравниваемых сиг-
налов. Рука может многократно повторять движения по програм-
ме, хранящейся в блоке памяти 11. Новая программа заносится
в блок памяти при сохранении старой программы или вместо нее.
Таким образом, для использования одного робота на различных
операциях достаточно изменить программу управления, т. е.
вновь провести процесс обучения и, при необходимости, заме-
нить схват.
Несмотря на очень простой и удобный способ программиро-
вания методом обучения, часто необходимо сохранять сложные
программы. Для этой цели предусматриваются устройства, по-
средством которых программа из блока памяти робота перепи-
сывается на магнитную ленту, которая хранится в (накопителе
программ. При необходимости программа с магнитной ленты
вновь вводится в блок памяти.
Технические возможности системы управления робота харак-
теризуются количеством команд, которое может быть внесено в
запоминающее устройство, и количеством точек остановки руки
при движении по каждой координате. В простейших роботах с
разомкнутой системой управления обычно предусматривается
только две точки остановки при движении по каждой координате,
а каждое движение из исходного положения и обратно может
повториться в цикле до трех раз. Такие роботы имеют всего во-
семь точек остановки и за один рабочий цикл могут выполнить
до 30 команд. Такого количества команд в цикле, и особенно то-
чек остановки, хватает для выполнения самых простых опера-
ций, когда нужно деталь только взять из одной позиции и поста-
вить в другую.
Для обслуживания технологических операций средней слож-
ности оказывается достаточным выполнения в цикле 100—150 ко-
манд. Примерно на такое количество команд и рассчитывают
объем памяти роботов с позиционной системой управления. При
более широком внедрении роботов и появлении новых областей
их применения такого количества команд оказывается недоста-
точно, поэтому совершенные новые модели роботов имеют объем
памяти в 1000 команд и более. Кроме этого, предусматривается
возможность управления роботом от ЭВМ.
По мере развития конструкций роботов и усложнения их
функций начинает играть важную роль гибкость памяти. Если,
например, робот имеет объем памяти 200 команд, то весь этот
объем используется в редких случаях, в то время как для выпол-
нения большинства операций требуется не более 30—40 команд.
Кроме того, при частом чередовании повторяющихся операций
цикла целесообразно сохранять записанные программы и вклю-
139
чать ту из них, которая необходима в данный момент. Гибкость
памяти характеризуется тем, сколько программ и какого объема
можно внести в память робота. Если имеется гибкая память объ-.
емом 200 команд, то можно записать программу на 200 команд
либо одновременно две программы по 100 команд, либо четыре
программы по 50 команд и т. д. Такое свойство памяти робота,
значительно облегчает его применение в мелкосерийном произ-
водстве. В наиболее совершенных конструкциях роботов в уст-
ройство памяти может быть введено любое количество программ
с любым (в пределах объема памяти) количеством команд.
3. КОМПОНОВКА И КОНСТРУКТИВНЫЕ
ОСОБЕННОСТИ РОБОТОВ
Основные узлы и агрегаты робота обычно монтируют-
ся на специальной раме, которая крепится к полу или устанавли-
вается на колесах на рельсы. Пульт управления устанавливается
на ту же раму или делается выносным. В конструкциях с гидро-
приводом насосная гидростанция также может быть установле-
на либо на общей раме, либо вынесена. Нередко в одной моди-
фикации робота насосная станция устанавливается на раме, а
в другой — ставится отдельно. Примером может служить робот
«^Версатран». Его модификации с выносной насосной станцией
могут быть установлены на вертикальной стене, на балке в пе-
ревернутом виде и т. д. Насосная станция может быть также от-
несена на некоторое расстояние от робота в место, более благо-:
приятное для охлаждения рабочей жидкости.
В манипуляторах с пневматическим приводом обычно энерге-
тический блок отсутствует, так как используется воздух низкого
давления из заводской сети. Одна из компоновок манипулятора
робота приведена на рис. 71. Робот состоит из следующих основ-
ных узлов. В нижней части сварной рамы 4, смонтированной на
основании 5, размещен механизм поворота руки 3 вокруг верти-
кальной оси, а в верхней — механизм подъема 2, на фланце ко-
торого установлена рука 1, с приводами радиального перемеще-
ния руки, поворота кисти и приводом схвата.
Поворот руки производится с помощью цепного механизма,,
приводимого в действие двумя пневмоцилиндрами. Плавный под-
ход руки к заданной точке при повороте обеспечивается гидро-
демпферами 6, в которые упираются концы штоков.
Точка останова руки может быть задана не только в двух
крайних, но и в любом промежуточном положении с помощью
устройства останова 7. Водило 8, укрепленное на хомуте, пово-
рачивает вертикальную колонну робота.
Величина угла поворота руки 1 регулируется вращением ру-
кояток 9, которые изменяют величину хода штоков пневмоци-
линдров 10, определяющих угол поворота руки.
140
1
Рис. 71. Компоновка манипулятора робота с пневмоприводом:
1 — рука; 2 — механизм подъема; 3 — механизм поворота руки; 4 — рама; 5 — осно-
вание; 6 — гндродемпфер; 7 — устройство останова; 8 — водило; 9 — рукоятка; 10 —
пневмоцилиидр; 11 — колонна
Механизм подъема руки состоит из колонны 11, нижняя часть
которой выполнена в виде плунжера, перемещающегося в гидро-
цилиндре блока. Воздух к приводам руки поступает через кол-
лектор и отверстия, просверленные вдоль колонны. Верхняя
часть колонны опирается на бронзовые втулки, запрессованные
во фланец. Ниже коллектора на шпонке укреплен хомут с ро-
ликами, охватывающими водило механизма поворота. Штанга,
закрепленная на фланце, удерживает от поворота коллектор.
Рука 1 монтируется на верхнем фланце. Конструкция руки
включает цилиндр радиального перемещения с передним и зад-
ним демпферами. На конце штока поршня закреплена опора с
валом, на котором установлена кисть с пневмоцилиндром и ры-
чажным передаточным механизмом привода схвата. Конструк-
ция этого привода предусматривает возможность применения
сменных схватов различных назначений.
Вал, поворачивающий кисть, выполнен пустотелым со шли-
цами на наружной поверхности. Он входит в шлицевую втулку,
запрессованную в пустотелый вал. На заднем конце этого вала
насажена шестерня, входящая в зацепление с рейкой, которая
упирается в поршни двух пневмоцилиндров. При перемещении
поршней рейка поворачивает шестерню вместе с валами.
Величина поворота регулируется упорами, ввинченными в
крышки пневмоцилиндров и ограничивающими ход поршней. Ес-
ли в процессе работы не требуется поворачивать деталь, пневмо-
цилиндры могут быть сняты, тогда рейка запирается крышками
141
a)
Рис. 72. Манипулятор робота, работающего в цилиндрической системе
1 — цепь; 2, 24 — гидроцилиндр; 3 — тумба; 4 — стол поворотный; 5 — ролик; 6,
И — вал выходной; 12 — колонна; 13 — каретка; 14 — рука; 15 — схват; 16 — кисть
22 — винт опорный; 23 — пята
пневмоцилиндров, которые при их снятии устанавливаются не-
посредственно на корпус механизма поворота.
Вместо руки на фланец вертикального вала может быть уста-
новлен кронштейн, на котором крепятся две или три руки. Все
руки управляются одним и тем же сигналом, поэтому выдвигать-
ся или вдвигаться начинают одновременно. При изменении пнев-
моподводки одна рука может выдвигаться, а другая — вдвигать-
ся, но и при этом оба движения начинаются одновременно. Ра-
бочий ход каждой руки может быть отрегулирован на разную
величину.
142
координат (а — вид справа, б—вид слева):
28 — зубчатое колесо; 7, 26, 27 — рейка; 8 — стойка; 9 — редуктор; 10 — плита верхняя;
руки; 17 — штанга; 18 — вал; 19 — вал вертикальный; 20 — основание; 21 — ролики;
опорная; 25 — кронштейн
На рис. 72 приведена довольно типичная схема манипулято-
ра робота, работающего в цилиндрической системе координат.
Насосная гидростанция, не приведенная на схеме, может уста-
навливаться как на основании 20 манипулятора, так и отдельно.
Пульт контурного или позиционного управления робота вы-
несен.
На основании 20 закреплены кронштейны с роликами 21 для
транспортировки манипулятора. При установке последнего в ра-
бочее положение винты 22 вывинчиваются до упора в гнезда
опорных пят 23, зацементированных в пол и фиксирующих по-
143
ложение манипулятора на рабочем месте. В тумбе 3 в подшип-
никах помещен вал поворотного стола 4. На валу установлены
две звездочки, которые охватываются цепями 1. При подаче ра-
бочей жидкости в полость одного из двух гидроцилиндров 2 шток
его смещается, тянет за собой верхнюю и нижнюю цепи и пово-
рачивает через звездочки стол 4. Для поворота стола 4 в проти-
воположную сторону жидкость подается в другой гидроци-
линдр 2. Поворотный стол посредством вертикальной колонны
12 и стойки 8 связан с верхней плитой 10, в результате чего об-
разуется замкнутый несущий контур. Вдоль колонны 12 на под-
шипниках может перемещаться каретка 13, на которой закреп-
лен кронштейн 25, шарнирно связанный с рейкой 26. Последняя
входит в зацепление с зубчатым колесом 28, шарнирно установ-
ленным на штоке гидроцилиндра 24 вертикального перемещения
руки. Колесо 28 в свою очередь зацепляется с рейкой 27, уста-
новленной неподвижно на стойке 8.
При подаче жидкости в полость гидроцилиндра 24 шток пере-
мещается, передвигая колесо 28, которое катится по неподвиж-
ной рейке 27 и перемещает рейку 26 вместе с кареткой 13.
В каретке 13 установлена рука 14. На руке укреплена рейка
7. Зубчатое колесо 6 установлено на валу в подшипниках в кор-
пусе каретки 13. На хвостовике вала колеса имеются два ролика
5, которые охватывают вертикальный вал 19 прямоугольного се-
чения. Одну опору вал 19 имеет на поворотном столе 4, а второй
конец соединяется с выходным валом И редуктора 9 продольно-
го перемещения. На входе редуктора 9 установлен гидромотор.
При вращении вала гидромотора вращается вертикальный вал
19 и через ролики 5 и колесо 6 перемещает рейку 7 вместе с ру-
кой 14. В конструкции манипулятора предусмотрены передаточ-
ные механизмы для привода датчиков обратной связи при гори-
зонтальном и вертикальном перемещении руки и повороте стола.
Поворот кисти 16 вокруг горизонтальной (совпадающей с про-
дольной осью руки 14) и вертикальной осей осуществляется от
горизонтального и вертикального гидроцилиндров, расположен-
ных на противоположном от кисти конце руки 14 и закрытых ко-
жухом. Вертикальный гидроцилиндр через реечную передачу по-
ворачивает полый вал 18 внутри несущей трубы руки 14 и вме-
сте с ним кисть 16. Шток горизонтально расположенного цилинд-
ра передвигает штангу 17, расположенную внутри полого вала
18, которая через реечную передачу поворачивает вокруг верти-
кальной оси кисть 16. Повороты кисти ограничиваются пере-
движными упорами. Схват 15 приводится в действие через
систему рычагов от гидроцилиндра, который установлен в верх-
ней части кисти 16.
При установке манипулятора робота на рельсы на основании
20 дополнительно крепится гидромотор и редуктор. Выходное
зубчатое колесо редуктора, обкатываясь по рейке, укрепленной
на рельсе, передвигает весь манипулятор, закрытый кожухом.
144
Некоторые конструкции манипулятора снабжаются сигналь-
ными лампами, выведенными на кожух колонны, которые заго-
раются при включении робота в автоматический режим.
Робот, схема которого приведена на рис. 73, работает в сфе-
рической системе координат. Гидростанция таких роботов, как
правило, монтируется на основании манипулятора, которым в
данном случае является сварная рама 6. Пульт управления мо-
жет монтироваться как на раме 6, так и устанавливаться от-
дельно.
Подъем, опускание и поворот руки робота 2 осуществляются
поворотом башни 3 вокруг горизонтальной и вертикальной осей.
Для ориентации детали и установки в заданной точке простран-
ства используется поворот схвата 1 вокруг продольной оси руки
и поворот (подъем и опускание) кисти вокруг горизонтальной
оси. Шестым движением является рабочий ход схвата (смыка-
ние или размыкание пальцев кисти).
Движение по пяти координатам осуществляется от электро-
гидравлического привода, а движения схвата — от пневмопри-
вода.
На раме 6 установлена опора вертикального вала, связанно-
го шарнирно с башней 3. Последняя может качаться в верти-
кальной плоскости вокруг оси, которая закреплена неподвижно
на вертикальном валу и поворачивается вместе с этим валом от-
носительно его оси. В башне (в телескопических направляющих)
перемещаются две штанги руки 2 трубчатого сечения. На конце
штанг монтируется узел схвата 1. На корпусе поворотной баш-
ни 3 устанавливаются гидроцилиндры и передаточные механиз-
Рис. 73. Компоновка робота, работающего в сферической системе координат:
1 — схват; 2 — рука; 3 — башня; 4, 5 — гидроцнлиндр; 6 — рама; 7 — гидроаккумуля-
тор; 8 — шкаф электрооборудования; 9 — шкаф блоков управления
Ю Заказ 3483
145
мы приводов продольного перемещения руки, наклона и поворо-
та кисти, а также передаточные механизмы датчиков обратной
связи вместе с датчиками и электрогидравлические преобразо-
ватели этих приводов. Гидроцилиндр 4 подъема и опускания баш-
ни установлен шарнирно на опоре вертикального вала. В корпу-
се этой опоры смонтированы гидроцилиндры 5 привода поворота
башни. На раме 6 установлены электродвигатель с гидронасо-
сом, гидроаккумулятор 7 и силовой шкаф электрооборудования
8 робота. На том же основании установлен шкаф блоков управ-
ления 9. В верхней части шкафа 9 имеется панель управления с
измерительными приборами, кнопками и рукоятками переклю-
чений.
Все узлы, установленные на основании, закрываются обли-
цовочными панелями из листа. Узлы, смонтированные на башне,
защищаются легкосъемным разрезным кожухом, отштампован-
ным из пластмассы.
Поворот вертикального вала, горизонтальное перемещение
руки, подъем и опускание руки осуществляется гидроцилиндра-
ми, привод схвата — пневмоцилиндром через систему рычагов.
Питание пневмоцилиндра воздухом происходит от цеховой пнев-
мосети. Такое устройство схвата дает возможность использовать
робот в горячих цехах и позволяет кратковременно вводить руку
в горячие зоны. Вместо механизма схвата может быть смонти-
рован специальный инструмент.
4. БАЗОВЫЕ МОДЕЛИ РОБОТОВ
И ИХ МОДИФИКАЦИИ
По мере накопления опыта создания и применения
промышленных роботов открываются новые области их исполь-
зования, а также уточняются предъявляемые к ним требования,
выполнение которых делает внедрение промышленных роботов
более рациональным и экономичным. Так, наряду с базовыми
моделями роботов начали появляться их модификации двух ти-
пов. Модификации первого типа собираются из унифицирован-
ных узлов базовых моделей. Применяются они при обслужива-
нии таких технологических процессов, где базовая модель ока-
зывается излишне универсальной и не может быть использована
в полной мере. Например, на операциях, не требующих исполь-
зования всех движений, может быть поставлен робот, имеющий
четыре или три степени свободы, который проще и дешевле ба-
зовой модели с пятью степенями свободы.
Модифицированные модели второго типа, помимо унифици-
рованных узлов и агрегатов, содержат узлы, созданные только
для этих моделей. Такие роботы могут иметь увеличенные ра-
бочие ходы по какой-либо координате, чаще всего — увеличен-
ный продольный ход руки. Некоторые модификации создаются
для проведения специальных работ, где робот выполняет не вспо-
146
могательные, а основные производственные операции: нанесение
покрытий, точечную электросварку и т. д. Создание модифициро-
ванных конструкций делает роботы более приспособленными к
условиям работы, расширяет область их применения и дает воз-
можность добиться большего экономического эффекта от их вне-
дрения.
Примером модификации конструкции робота являются моди-
фикации робота УМ-1, одна из которых, как уже говорилось,
предназначена для использования в цехах с повышенной запы-
ленностью (робот УМ-Ш), а другая — в цехах с горячим про-
изводством (робот УМ-IT). Модификация робота ПР-10 с си-
стемой управления на струйно-мембранных пневмоэлементах
предназначена для использования в цехах с повышенной взрыво-
и пожароопасностью.
Аналогичные примеры можно привести из практики зарубеж-
ного роботостроения. Робот базовой модели MHU фирмы «Бош»
(ФРГ) имеет четыре степени свободы, используемые для транс-
портировки деталей: повороты руки вокруг вертикальной и гори-
зонтальной осей и продольное перемещение руки, а также подъ-
ем и опускание руки вместе с вертикальным валом. Робот соби-
рается из унифицированных узлов продольного перемещения
руки, поворотов руки и вертикального перемещения. Две модифи-
кации робота собираются из унифицированных узлов и имеют
всего по две степени свободы (одна модель имеет продольное пе-
ремещение и поворот руки в вертикальной плоскости, а другая —
продольное и вертикальное перемещения руки).
Японская фирма «Мицубиси» продолжает разрабатывать це-
лую серию модификаций робота базовой модели RA, которые от-
личаются и величинами рабочих ходов, и количеством степеней
свободы, и системой управления.
Отличительные признаки и технические характеристики мо-
дифицированных моделей робота RA приведены в табл. 3.
Степени свободы манипулятора робота показаны на рис. 38,
на котором буквами (см. табл.) обозначено перемещение:
6 — поворот вокруг вертикальной оси, х — продольное
перемещение стола, у — поперечное перемещение стола, z—
вертикальное перемещение руки, а — поворот кисти вокруг оси
руки. Каждая конкретная модель робота может быть снабжена
любой из пяти систем управления, иметь от одной до шести сте-
пеней свободы, иметь различные рабочие ходы по отдельным ко-
ординатам. Все эти данные условно содержатся в обозначении
модели. Если, например, модификация робота RA имеет обозна-
чение MD 226226В, значит, система управления робота имеет па-
мять на магнитных дисках (буквенное обозначение MD взято из
первого ряда табл. 3), величина продольного перемещения ру-
ки— 850 мм; движение управляется сервоклапаном (первая циф-
ра 2 взята из ряда таблицы), угол поворота вокруг вертикаль-
ной оси — 250°, движение управляется сервоклапаном (вторая
10*
147
Модификации базовой модели робота RA фирмы «Мицубиси
Q
>2
8 250/3 позиции включено — выключено 8 189 (3 позиции) включено — выключено
н £ с памятью I на магнитной ленте 7 1050 включено — выключено 250/3 7 800 включено — выключено 7 800 включено — выключено 7 800 включено — выключено 7 180(2 позиции) включено — выключено
ш с раздельным управлением | 6 850 включено — 1 выключено 6 250/2 позиции включено — выключено 6 500 включено — выключено 6 500 включено — выключено 6 500 включено — выключено 6 90 включено — выключено
Q g с памятью ! на магнит- ных дисках 3 1050 серво 3 800 серво 3 500 серво и
tL. СХ по упорам * 2 850 серво 2 250 серво 2 500 серво 2 590 серво и -л о 5 Сц W ж и ю
СХ ex штекерная 0 зафиксирована 0 зафиксирована 0 отсутствует 0 отсутствует 0 зафиксирована 0 отсутствует 1 А 1 встроенная
I Шифр 1 ж н Обозначение Величина хода Управление Обозначение Величина хода Управление I Обозначение I Величина хода Управление Обозначение Величина хода Управление Обозначение Величина хода Управление Обозначение Величина хода Управление Обозначение Тип
Параметр R, мм 9, град X, мм S я 1 г, мм а» град Г пдростанция
Система управле- ния aiBHHffdoox ou эинэжиад эоиэХ9ииив<1зо<1ц
148
цифра 2 взята из ряда 0 таблицы), величина продольного пере-
мещения стола — 500 мм, движение происходит от упора до упо-
ра (третья цифра 6 взята из ряда х таблицы), величина попе-
речного перемещения стола 500 мм, движение управляется сер-*
воклапаном (четвертая цифра 2 взята из ряда у таблицы),
величина вертикального перемещения равна 500 мм, движение
управляется сервоклапаном (пятая цифра 2 взята из ряда z таб-
лицы), угол поворота кисти — 90°, движение происходит от упо-
ра до упора (шестая цифра 6 взята из ряда а таблицы).
Последняя буква В в обозначении модификации указывает, что
гидростанция робота устанавливается вне конструкции мани-
пулятора.
Таким образом, по табл. 3 выбирается модель, наиболее под-
ходящая для обслуживания нужного технологического процесса
или нескольких технологических процессов.
Японская фирма «Хитачи» выпускает несколько модифика-
ций базовой модели робота, разработанных на основе соглаше-
ния с фирмой «Юнимейшн» (США) и отличающихся по грузо-
подъемности.
В табл. 4 указаны максимальные числа степеней свободы и
другие данные модификаций роботов, выпускаемых фирмой «Ка-
васаки».
Таблица 4
Техническая характеристика роботов фирмы «Кавасаки»,
являющихся модификациями базовой модели
Параметр Техническая характеристика робота
большой грузоподъемности средней грузоподъем- ности
Число степеней свободы 6 6 8
Грузоподъемность, кг 135 75 20
Объем рабочей зоны, м3 23 9 4
Точность позиционирования, мм ±2 ±1 ±0,25
В табл. 5 приведены номера базовых моделей, а также моде-
лей, выпускаемых по спецзаказу и находящихся в стадии разра-
ботки роботов фирмы «Кавасаки». В таблицу не вошли модифи-
кации роботов, предназначенных для специальных работ (сбо-
рочные работы, нанесение покрытий, упаковка, сортировка). К
номеру модели такого робота добавляется буквенное обозначе-
ние.
Например, модель W 2000 средней грузоподъемности со стан-
дартным блоком памяти предназначена для точечной электро-
сварки.
149
Таблица 5
Шифры базовых моделей роботов фирмы «Кавасаки» и их модификаций,
выпускаемых по заказу (некоторые находятся в стадии разработки)
Грузо- подъемность Шифр робота с системой управления
стандартной позиционной ПОЗИЦИОННОЙ с увеличенным объемом памяти универсальной от мини- компьютера
Большая 4000 4030 4040 4070
Средняя 2000 2030 2040 2070
2600 2630 2640 2670
Малая 5000 5030 5040 5070
5100 5130 5140 5170
Каждая модель робота может быть оснащена одной из четы-
рех систем управления. Первая система стандартная позицион-
ная с объемом памяти в 180 команд. Команды могут быть раз-
делены на шесть программ по 30 команд: каждая программа мо-
жет быть воспроизведена и записана отдельно. Объем памяти
может быть удвоен при установке второго блока памяти.
Вторая система управления, также позиционная, применяет-
ся для проведения сложных и высокоточных работ. Объем памя-
ти в системе стандартного исполнения (512 команд) при необ-
ходимости легко увеличивается до 1024 и 2048. Команды легко
делятся на любое количество программ с любым количеством ко-
манд в каждой программе.
Третья система управления универсальная (позиционно-кон-
турная) с управлением по пути и по скорости, причем предусмот-
рена возможность записи нескольких программ. В режиме пози-
ционного управления система имеет объем памяти 512 команд,
который может быть увеличен при необходимости до 2048. В па-
мяти может храниться одна программа, содержащая 512 команд,
или одновременно две содержащие 256 команд, или четыре про-
граммы по 128 команд, или восемь программ по 64 команды.
В четвертой системе управления применен миникомпьютер,
от которого одновременно управляется несколько роботов и дру-
гое оборудование.
Третьей цифрой в шифре модели указывается, какая система
управления использована для робота.
Первая цифра шифра указывает грузоподъемность, вторая —
число степеней свободы. Роботы, в шифре которых второй циф-
рой стоит ноль, имеют пять (роботы большой и средней грузо-
подъемности) и восемь степеней свободы (при малой грузоподъ-
емности).
Роботы, имеющие в шифре модели второй цифрой 6, имеют
шесть степеней свободы (добавлено еще одно движение в ки-
150
сти). Роботы малой грузоподъемности, имеющие в шифре моде-
ли второй цифрой 1, установлены на рельсы.
Любая модель робота может быть дополнительно оборудова-
на различными сенсорными датчиками для определения формы
и расположения детали, ее габаритных размеров, присутствия
или отсутствия, направления движения, цвета, массы, а также
для измерения величин давления, крутящего момента, усилия,
твердости, температуры и т. п.
Кроме того, дополнительно могут быть поставлены система
автоматической смены схвата, различные типы схватов и рук,
система перезаписи программы с вспомогательной памятью, ко-
торая используется в случае замены одного робота другим. В
этом случае после установки нового робота старая программа с
помощью системы перезаписи вносится в память нового робота.
Приведенные данные показывают, что прогрессивная идея
создания широкой гаммы роботов с разными техническими ха-
рактеристиками на основе одной или нескольких базовых моде-
лей при условии преемственности конструкций, а также унифи-
кации деталей, узлов и систем находит все большее признание
и распространение как в отечественной, так и в зарубежной
практике роботостроения.
Глава V
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ
СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1. СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
Сравнительный анализ различных систем приводов по-
казал, что наиболее полно отвечают требованиям эксплуатации
роботов электрогидравлические и пневматические приводы. Не-
большая масса гидроагрегатов на единицу мощности, жесткие
статические и высокие динамические характеристики, сравни-
тельно небольшие потери при передаче энергии на расстояние в
значительной мере способствуют широкому применению электро-
гидравлических приводов.
Основными элементами гидравлических систем являются на-
сосные станции, исполнительные механизмы, усилители мощно-
сти, электромеханические управляющие устройства и усилители
сигнала ошибки.
Известно три вида гидравлических исполнительных механиз-
мов: дроссельного управления, объемного и струйного.
В исполнительных механизмах первого вида скорость двига-
телей определяется площадью поперечного сечения управляюще-
го дросселя и перепадом давлений на нем; в механизмах объем-
ного управления — количеством рабочей жидкости, подаваемым
насосом в единицу времени, а в механизмах третьего типа — от-
клонением струйной трубки и КПД преобразования кинети-
ческой энергии струи в механическую энергию движущегося
поршня.
В качестве силовых двигателей исполнительных механизмов
используются гидромоторы, осуществляющие непрерывное вра-
щение выходного вала, моментные гидроцилиндры и силовые
гидроцилиндры, преобразующие энергию потока жидкости в
поступательное перемещение выходного штока.
В следящих системах промышленных роботов используются
преимущественно гидравлические исполнительные механизмы с
дроссельным управлением, так как они обладают высоким бы-
стродействием и малыми размерами.
Для уменьшения мощностей устройств, управляющих гидрав-
лическими исполнительными механизмами, широко применяют-
ся гидравлические усилители мощности. Современные электро-
гидравлические следящие системы невозможны без использова-
ния гидроусилителей.
152
В качестве гидроусилителей используются различные элек-
трогидравлические преобразователи: ПЭГ ПМ (ОКБ «Теплоав-
томат»); 12Г68 (ЭНИМС), а также преобразователи фирм
«Даути» (Англия), «Токио Кэйки» (Япония), «Муг» (США).
Усилие сигнала ошибки, а также преобразование его в це-
лях улучшения динамических характеристик электрогидравличе-
ских следящих систем осуществляется при помощи магнитных,
электронных и полупроводниковых усилителей. Использование
этих усилителей вызвано их высоким быстродействием, боль-
шим коэффициентом усиления, возможностью суммирования с
сигналом обратной связи и введения корректирующих сигналов.
В качестве датчиков обратной связи, измеряющих и преобра-
зующих выходную координату в электрический сигнал, исполь-
зуются потенциометры, сельсины (в трансформаторном режиме),
вращающиеся трансформаторы, индуктивные и кодовые датчи-
ки, а также линейные индукционные потенциометры.
Измерение и преобразование скорости гидродвигателей осу-
ществляется тахогенераторами и индуктивными датчиками.
Широкое применение электрогидравлических следящих сис-
тем в роботах объясняется их высокой точностью, быстродей-
ствием, возможностью использования всех преимуществ как
электрических методов измерения, усиления и преобразования
сигнала ошибки, так и силовых гидравлических исполнитель-
ных механизмов, развивающих большие усилия при малом
объеме их рабочих органов. Электрогидравлические системы
позволяют также использовать счетно-решающие устройства
для управления и автоматизации производственных процессов.
В частности, в роботе «Юнимейт» электрогидравлические ис-
полнитёльные механизмы работают от сигналов, задаваемых
в двоично-цикличном коде Грея.
Гидравлические системы роботов УМ-1, «Версатран» и «Юни-
мейт» с позиционной системой управления состоят из следующих
пяти подсистем:
— поворота руки вокруг вертикальной оси;
— движения руки в вертикальной плоскости;
— радиального перемещения руки;
— вращения кисти вокруг продольной оси;
— вращения кисти вокруг оси, перпендикулярной оси руки.
В некоторых конструкциях роботов наряду с электрогидрав-
лнческими приводами имеются приводы электропневматические
(например, привод схвата робота «Юнимейт»).
В качестве исполнительных механизмов в отечественном ро-
боте ПР-10 и японском («Аида») используется электропневма-
тический привод. Сжатый воздух через систему очистки посту-
пает в манипулятор от заводской пневмосети. Сравнительно про-
153
стые кинематические и пневматические системы, отсутствие та-
ких дорогостоящих агрегатов, как энергоблок, несложная, по
сравнению с другими роботами, система программирования де-
лают роботы ПР-10 и «Аида» надежными и недорогими. Однако
применение пневмоприводов может оправдываться, в основном,
в роботах малой грузоподъемности, так как увеличение мощно-
сти пневмоприводов ведет к непропорциональному увеличению
габаритов и массы силовых исполнительных устройств. При
повышении давления сжатого воздуха пневмосистема становит-
ся опасной в эксплуатации и требует применения специальных
мер по технике безопасности.
1. СХЕМЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
На рис. 74 приведена гидравлическая схема робота
УМ-1. Исполнительные механизмы робота имеют приводы от гид-
родвигателя и гидроцилиндров. Источником энергии, приводя-
щим в действие эти механизмы, служит гидростанция, которая
состоит из сдвоенного лопастного насоса 17 (5Г12-23А) произво-
дительностью 8/35 л/мин, развивающего давление до 63 кгс/см2.
Основной ёлок
Рис. 74. Гидросистема робота УМ-1:
1 — гидроцилиндры поворота и разворота кисти; 2 — дроссель; 3 — гидромотор продоль-
ного перемещения; 4 — гидроцилиндр вертикального перемещения; 5, 8 — гидрозамок;
6, 9 — золотник следящий; 7 — гидроцилиндр поворота; 10 26 — реверсивный золотник;
// — аккумулятор; 12 — датчик манометра; 13 — термометр сопротивления; 14 — реле
температурное; 15 — бак; 16 — заборный фильтр; 17 — насос лопастной сдвоенного ти-
па; 18 — фильтр грубой очистки; 19 — фильтр тонкой очистки; 20 — обратный клапан;
21 — предохранительный клапан; 22 — электродвигатель; 23 — вентилятор; 24 — радиа-
тор; 25 — клапан предохранительный; 27 — гидроцилиндр схвата
154
с электродвигателем 22 (А02-41-4) мощностью 5,5 кВт и часто-
той вращения 1500 об/мин. Гидростанция оборудована радиато-
ром 24 (1590) и вентилятором 23, с помощью которых рабочая
жидкость (масло индустриальное 20) охлаждается до темпера-
туры 45—50° С. Разность температур окружающей среды и мас-
ла гидросистемы не превышает 30°. Масло содержится в баке 15
емкостью 53 л, в крышке которого установлены температурное
реле 14 (ТР100) и термометр сопротивления 13.
Температурное реле 14 выдает сигнал, разрешающий дейст-
вие механизмов робота при достижении температуры масла +35°.
Термометр сопротивления 13 позволяет визуально наблюдать за
температурой масла. Аккумулятор 11, смонтированный на внеш-
ней стенке бака, служит для уменьшения пульсации давления и
для компенсации больших расходов масла.
Для предупреждения полной разрядки аккумулятора в линии
всасывания имеется обратный клапан 20 (Г51-24). Жидкость,
циркулирующая в гидросистеме, пропускается через фильтры 16,
установленные перед насосом, фильтры 18 (0Д2Г41-14) грубой
очистки и фильтр 19 (15ГФ17) тонкой очистки масла.
Часть оборудования, объединенная в основной блок, вклю-
чает в себя клапан предохранительный 25 (ПГ52-14), золотник
реверсивный 10 (54БПГ-73-24), золотник следящий 9 (12Г68-
12М), гидрозамок 8 и два гидроцилиндра поворота 7. Давление
управления, как и рабочее давление масла в системе—50 кгс/см2.
С помощью предохранительного клапана 21 (ПГ52-12) регу-
лируется давление в линии управления следящими золотниками
9 и 6, а с помощью предохранительного клапана 25 — давление в
линии нагнетания. Контроль давления в обеих линиях осущест-
вляется- с помощью дистанционного манометра, датчики 12 ко-
торого на каждой линии выдают сигналы на один показываю-
щий прибор ъа пульте управления.
Третий датчик 12 дистанционного манометра позволяет изме-
рить давление перед фильтром 19 тонкой очистки (переключе-
ние показывающего прибора на каждый из трех датчиков произ-
водится с помощью специального переключателя на пульте уп-
равления). Падение давления на фильтре тонкой очистки не дол-
жно превышать 4 кгс/см2. В случае превышения этой величины
заменяют сменный фильтроэлемент.
Золотник реверсивный 10 использован в качестве гидроэкра-
на. При обесточенном электромагните золотника 10 масло в си-
ловой линии циркулирует по кольцу: бак 15 — обратный клапан
20 — фильтры 18 и 19 — предохранительный клапан 25 — радиа-
тор 24 — бак 15. Золотник 10 обесточивается также при падении
температуры масла до +35° и необходимости остановки робота.
При включенном золотнике 10 по кольцу циркулирует толь-
ко часть масла, а остальная часть поступает в гидросистему.
Следящий золотник 9 с электроуправлением представляет со-
бой электрогидравлический преобразователь (ЭГП), преобразу-
155
ющий электросигнал в соответствующий ему по величине и на-
правлению поток масла, который, пройдя через гидрозамок 8,
поступает в гидроцилиндры поворота 7 кисти. При падении дав-
ления до 15 кгс/см2 гидрозамок 8 перекрывает доступ масла в
гидроцилиндры 7. Гидрооборудование, расположенное в верхней
части манипулятора, объединено в верхний блок. Подача масла
от неподвижного нижнего блока к перемещаемому верхнему бло-
ку осуществляется через специальный коллектор.
Верхний блок включает в себя панель электрогидропривода и
панель управления рукой робота. Панель электрогидропривода
состоит из двух следящих золотников 6 с электроуправлением
и двух гидрозамков 5.
Назначение оборудования, смонтированного на этой панели,
аналогично назначению одноименных агрегатов в основном бло-
ке. Расход масла гидросистемы в этом случае осуществляется че-
рез гидрозамки 5 в гидроцилиндр вертикального перемещения 4
и в гидромотор 3 (Г15-22) привода продольного перемещения.
Гидропанель руки робота состоит из трех дросселей 2 (Г17-
31) и трех реверсивных золотников 26 (54БПГ-73-11), управляю-
щих гидроцилиндрами поворота и разворота 1 кисти и гидроци-
линдром схвата 27.
Вывод в запрограммированную координату руки робота УМ-1
осуществляется электрогидравлическим следящим приводом, в
состав которого входят усилительно-сравнивающее устройство
заданной и действительной координаты, электромеханический
преобразователь с гидроусилителем и исполнительный меха-
низм (гидроцилиндры, гидромотор).
Тахогенератор (ТГ-103) и вращаюшийся трансформатор
(ВТМ-1В) передают сигналы по обратной связи в усилительно-
сравнивающее устройство. Вывод руки в заданную точку совер-
шается всеми исполнительными механизмами одновременно в
три ступени: на маршевой скорости (приводы работают в разом-
кнутом режиме), на ползучей скорости и в следящем режиме.
Рис. 75. Структурная схема следящего гидропривода:
Кус, ^эмП’ ^тг» «вт ~~ коэффициенты передачи усилителя, электромеханического преоб-
разователя (ЭМП), тахогенератора н вращающегося трансформатора; F — рабочая пло-
щадь поршня исполнительного гидроцнлиндра; т — масса, приведенная к штоку испол-
нительного гндроцнлнндра; f — коэффициент вязкого трения; Kqh , KQp — коэффициен-
ты жесткости механической характеристики привода; V — объем масла, сжимаемого в
исполнительном механизме; Е — модуль упругости жидкости; S — оператор Лапласа
156
Параметры привода определяются из условия устойчивости, точ-
ности выхода в заданную координату и качества переходного
процесса, а режимы переключения ступеней выбраны таким об-
разом, чтобы выход в координату проходил за минимальное вре-
мя и перебег был исключен.
Тахогенератор использован как корректирующее устройство,
необходимое для улучшения динамических свойств гидроприво-
да.
Структурная схема описанного следящего гидропривода по-
казана на рис. 75.
Передаточная функция разомкнутого привода с учетом сжи-
маемости жидкости
КПР
WJS) =--------,
(19)
где
«уЛмгЛ/ЛЛт
Лпр 1 + \ЛЛм.ЛЛ
при 1 « K^K3MnKQhKqK^
Лтг
Vtn
4 —
!;
f
F+KQPp
VF
F + 2EF
MycW,
Передаточная функция без учета сжимаемости жидкости
(20>
42<Э “г 1
Z' =_____________________________
(F2 + KQpf)KjrKycK3MT1KQhK4 ‘
Передаточные функции (19) и (20) описывают динамические
свойства электрогидравлического следящего привода.
По аналогичной с УМ-1 схеме выполнена и гидросистема
робота «Версатран». Движения руке этого робота сообщают гид-
родвигатель и пять силовых гидроцилиндров. Гидравлический
силовой блок производительностью 36,4 л/мин подает в систему
рабочую жидкость под давлением 70 кгс/см2 через сервоклапаны
к исполнительным устройствам. Три соленоидных запорных кла-
пана закрываются и перекрывают поток масла в приводы. Гид-
родвигатель и гидроцилиндры могут быть включены при темпе-
ратуре рабочей жидкости не менее +55°; система автоматически
выключается при нагреве масла до 80°.
157
Рис. 76. Принципиальная схема насосной станции робота «Юнимейт»:
1 — электродвигатель; 2 — гидронасос шестеренный; 3 — вентилятор центробежного типа;
4 — клапан основной; 5 — фильтр грубой очистки; 6 — реле давления; 7 — манометр;
8 — гидроаккумулятор; 9 — обратный клапан; 10 — клапан вспомогательный; 11 — кла-
пан перепускной; 12 — фильтр тонкой очистки; 13 — теплообменник; 14 — бак
Робот оборудован световой сигнализацией, запрещающей
приближаться к подвижным частям при включенной гидроси-
стеме.
Энергия, необходимая для движения руки робота «Юнимейт»
по пяти координатам, поступает от специальной насосной стан-
ции, принципиальная гидравлическая схема которой показана
на рис. 76. В насосную станцию встроен автомат нагружения —
разгрузки насосной установки. Назначение автомата — переклю-
чение насоса на холостой ход. Разгрузка насоса путем перевода
его в режим холостого хода предусматривает обязательное нали-
чие в системе газогидравлического аккумулятора 8, который ком-
пенсирует утечку жидкости в системе, а также питает систему
жидкостью под давлением во время работы насоса 2 в режиме
холостого хода.
Когда давление в гидроаккумуляторе 8 достигает заданной
величины, клапаны разгрузки автоматически отсоединяют на-
сос 2 от гидроаккумулятора и соединяют его через потребители
с баком 14.
В настоящее время обычно применяются автоматические кла-
паны прямого (однокаскадного) действия. При больших расхо-
158
дах и давлениях жидкости используются двухкаскадные клапа-
ны с серводействием (ГА77 и др.).
Отличительной особенностью автомата разгрузки робота
«Юнимейт» от двухкаскадных клапанов ГА77 и ГА121 является
возможность одновременного регулирования с помощью вспомо-
гательного клапана давления включения и выключения гидрона-
соса в широком диапазоне.
Схема гидросистемы робота «Юнимейт» показана на рис. 77.
Все движения робота (кроме захвата) осуществляются с помо-
щью гидроцилиндров 2, 3,4, 5 а 6.
Для предотвращения «мертвых ходов» в приводе поворота
башни установлен еще один гидроцилиндр 1, с помощью которо-
го выбирается зазор между зубьями рейки и колеса.
Источником энергии служит насосная станция, смонтирован-
ная на основании робота. Электродвигатель 1 мощностью 10 л. с.
(см. рис. 76) приводит во вращение насос 2 постоянной произ-
водительности 61,5 л/м и вентилятор 3 центробежного типа, об-
дувающий теплообменник 13.
Рабочая жидкость (масло) налита в бак 14. На выходе из
насоса масло проходит через 10-микронный фильтр 5 в коллек-
тор. Основной клапан 4 работает автоматически (второй кас-
кад), функцию первого каскада выполняет вспомогательный кла-
пан 10.
Обратный клапан 9 перекрывает поток жидкости, когда на-
сос работает в режиме малого расхода или когда он не работает.
Во время работы приводов поток жидкости, минуя основной кла-
пан 4, отсоединяющий сливную магистраль от насоса, направля-
ется в 11,5-литровый аккумулятор 8, заряженный сухим азотом
Рис. 77. Принципиальная схема гидросистемы робота «Юнимейт»:
1 — гидроцилиндр выборки зазоров в реечном зацеплении; 2 — гндроцилнидры вращения
башии; 3 ~ гидроцилнидр радиального перемещения руки; 4 — гндроцилиидр поворота
башни в вертикальной плоскости; 5 — гидроцилнидр наклона кисти; 6 — гндроцилиидр
поворота кисти; 7 — перепускной клапаи; 8 — электрогмдравлические преобразователи
фирмы «Муг»
159
под давлением 40 кгс/см2, и к пяти электрогидравлическим пре-
образователям 8 (см. рис. 77), а также через дроссельное отвер-
стие основного клапана 4 (см. рис. 76) в полость II вспомога-
тельного клапана 10. Когда насос работает, давление в аккуму-
ляторе и системе увеличивается, поэтому растет давление в ка-
мерах II и III вспомогательного клапана 10. Камера I клапана
10 соединена со сливом, а полости II и III разделены плунжером,
один конец которого, находящийся в полости II, нажимает на
шарик клапана, закрывающий канал, сечение которого меньше
сечения плунжера.
Когда давление в аккумуляторе 8, а значит и в полости II
клапана 10, достигает величины, при которой преодолевается уси-
лие пружины, шарик клапана отходит от седла, полость II сооб-
щается со сливом, вследствие чего на плунжер действует давле-
ние жидкости в полости III, которое перемещает плунжер силой,
превышающей силу поджатия пружины, при этом полностью от-
крывается отверстие, соединяющее полости II и I.
Благодаря дроссельному отверстию, соединяющему камеры
основного клапана, возникает перепад давлений на клапане, ко-
торый преодолевает усилие пружины, препятствующее открытию
сливной магистрали, и открывает его. В результате этого насос 2
соединяется со сливом в бак 14 через теплообменник 13, при этом
обратный клапан 9 закрывается и насос 2 разгружается. В это
время аккумулятор 8 разряжается на систему.
Когда давление в камере III вспомогательного клапана 10
упадет, под действием пружины шарик садится на седло, давле-
ние в полости II вспомогательного клапана 10 и под клапаном 4
возрастает и становится равным давлению над основным клапа-
ном 4. Под действием пружины и давления основной клапан 4
перекрывает сливную магистраль, отсоединяя насос 2 от слива,
при этом давление над клапаном 4 растет, обратный клапан 9
открывается и насос 2 начинает подавать жидкость в магистраль
нагнетания.
Давление отключения насоса, равное давлению полости II
вспомогательного клапана 10, и давление включения автомата
разгрузки, равное давлению в полости III, регулируются с помо-
щью регулировочного винта.
Контакты реле давления 6, включенные в цепь магнитного
пускателя электродвигателя, замыкаются, когда давление в сис-
теме превышает 35 кгс/см2. При давлении в системе ниже
35 кгс/см2 контакты реле давления размыкают цепь магнитного
пускателя, при этом питание электродвигателя насоса отключа-
ется, манипулятор прекращает работать. При пуске оператор
должен нажать кнопку «пуск» и удержать ее в этом положении
несколько секунд, пока не будет достигнуто начальное гидравли-
ческое давление в системе, которое необходимо для срабатыва-
ния реле давления. Манометр 7 показывает давление в системе.
160
Переменный дроссель игольчатого типа соединяет магистраль
нагнетания жидкости со сливной магистралью. Клапан 11 откры-
вают, когда необходимо приступить к техническому обслужива-
нию, после техобслуживания он закрывается. Учитывая, что на
теплообменнике 13 наблюдается падение давления, часть жид-
кости идет на слив через пятимикронный фильтр тонкой очист-
ки 12.
Применение автомата разгрузки позволяет использовать в
гидросистеме насос постоянной производительности в более эко-
номичном режиме, в результате увеличивается ресурс его ра-
боты.
В данном случае шестеренный «асос 2 работает в двух ре-
жимах: нагрузки (подача жидкости в аккумулятор 8 и исполни-
тельные механизмы в течение ~ 1,5 с) и холостого хода (жид-
кость идет на слив, минуя гидроагрегаты исполнительных меха-
низмов в течение ~11—12 с).
Управление гидроцилиндрами производится электрогидравли-
ческими преобразователями 8 фирмы «Муг» (см. рис. 77), кото-
рые получают команды из системы управления.
Величина сигналов управления определяет величину откры-
тия проходного сечения в гидравлических распределителях, а
следовательно, направление и скорость перемещения поршня
гидроцилиндра. Во всех гидроцилиндрах (кроме цилиндра 3
привода радиального перемещения руки) при подаче масла в од-
ну полость другая сообщается со сливом. В приводе радиального
перемещения руки поршень цилиндра 3 со стороны штока нахо-
дится под постоянным давлением масла, а распределитель подает
масло только в противоположную полость.
Поршень гидроцилиндра 1, выбирающего зазор в зубчатом
зацеплении привода вращения башни, также находится под по-
стоянным давлением масла.
В приводах вращения башни, наклона и поворота кисти при-
меняются клапаны для перепуска 7 масла из магистрали нагне-
тания исполнительного цилиндра на слив, чтобы снять высокие
напряжения в зубчатых конических передачах.
В качестве реле давления, отключающего электропитание ро-
бота при понижении давления в гидросистеме ниже установлен-
ной величины, может быть использовано реле давления ВГ62-
11Н.
В конструкцию манипулятора робота входит пять комплектов
электрогидравлических приводов, вместе они образуют достаточ-
но компактную пятикоординатную систему. Каждый электрогид-
равлический привод робота «Юнимейт» состоит из двух частей:
гидравлической (электрогидравлический преобразователь, ис-
полнительный гидроцилиндр, перепускной клапан, система тру-
бопроводов) и электронной (усилительно-сравнивающее логи-
ческое устройство и кодовый датчик обратной связи).
Преимущество гидропривода робота «Юнимейт» состоит в
11 Заказ 3483
161
Рис. 78. Пневматическая схема робо-
та «Юнимейт»:
1 — фильтр-регулятор; 2 — манометр; 3 —
влагоотделитель; 4 — воздухораспредели-
тель; 5 — пневмоцилиидр
том, что он, работая по ра-
зомкнутой схеме, выводит ру-
ку в заданную координату с
помощью решающего логиче-
ского устройства и поэтому
не требует жесткого выполне-
ния условия устойчивости и
других динамических условий
работы следящего привода.
Как сказано выше, схват
робота «Юнимейт» работает от
пневмоцилиндра.
Сжатый воздух из сети проходит через фильтр-регулятор 1
(рис. 78), влагоотделитель 3 и через воздухораспределитель 4
поступает в полость цилиндра 5, соответствующую рабочему ходу
схвата. Обратное движение схвату сообщается пружиной порш-
ня цилиндра 5 после того, как воздухораспределитель 4 открыва-
ет рабочую полость цилиндра 5 для выхода отработанного возду-
ха в атмосферу.
Наряду с роботами, оснащенными гидроприводами, создано
большое количество промышленных роботов с пневматическими
приводами. В основном, это роботы, имеющие небольшую грузо-
подъемность, с цикловой системой программного управления.
Движение руки робота обычно ограничивается регулируемыми
упорами и имеет небольшое число точек останова.
На рис. 79 показана схема пневмосистемы робота ПР-10. Сжа-
тый воздух поступает из цеховой магистрали 1 в ресивер 2, из
которого воздух подается в линию повышенного (4—4,5 кгс/см2)
и низкого (2—2,5 кгс/см2) давлений. В линии низкого давления
воздух через фильтр-влагоотделитель 4 (1), регулятор давления
5(1), дроссель 7, ресивер 5(1), маслораспылитель 9 (1) и демп-
фер пневматический 14 (2) попадает в правую полость пневмо-
цилиндра 16 и одновременно в цилиндры пневмогидравлических
мультипликаторов 17 (7) и 17 (2). При этом рука робота зани-
мает исходное положение, т. е., перемещаясь радиально, убира-
ется в крайнее заднее положение, поднимается до упора вверх
и развертывается до конца влево.
В линии повышенного давления воздух, пройдя через фильтр
4 (2), регулятор давления 5 (2), ресивер 8 (2) и маслораспыли-
тель 9 (2), поступает к шести электромагнитным клапанам
(ЭМК) 10 (1—6), которые управляют работой шести пневморас-
пределителей ПР: И (1—3) и 12 (1—3). По команде, подавае-
мой с пульта управления, воздух через ПР попадает в соответ-
162
ствующие пневмоцилиндры и приводит в действие механизмы
манипулятора робота, при этом выполняются следующие движе-
ния:
— радиальное перемещение руки — при поступлении возду-
ха в цилиндр 16 через ПР 11 (1), срабатывающий от ЭМК 10 (1);
— рабочее движение привода схвата — при поступлении воз-
духа в цилиндр 15 через ПР 11 (2), срабатывающий от ЭМК
10 (2); возвратное движение схвата осуществляется с помощью
пружины;
— поворот кисти вокруг продольной оси руки — при поступ-
лении воздуха в один из цилиндров 13 через ПР 12 (1), управ-
ляемый ЭМК Ю (3), причем второй цилиндр 13 после снятия
сигнала поворачивает кисть в исходное положение;
— опускание руки — при поступлении воздуха через ПР 11
(3), работающий от ЭМК 10 (4), в нижние полости пневмоцилин-
дров мультипликаторов /7;
— поворот руки вокруг вертикальной оси по часовой стрел-
ке— при поступлении воздуха через ПР 12(2), управляемый
ЭМК Ю (5), в правую полость 18 (2) и левую полость 18 (1)
пневмоцилиндра; при изменении сигнала рука поворачивается
в исходное положение.
Рис. 79. Схема пневматической системы робота ПР-10:
1 — цеховая магистраль: 2 — ресивер; 3 — манометр; 4 — фильтр-влагоотделитель; 5 —
регулятор давления; 6 — манометр; 7 — дроссель; 8 — ресивер; 9 — маслораспылйтель;
10 — клапан электромагнитный; 11, 12 — пневмораспределитель; 13, 15, 16, 17, 18,
19 — пневмоцилиндры исполнительные; 14 — демпфер пневматический
И*
163
Выдвижение упора промежуточного останова руки при пово-
роте вокруг вертикальной оси осуществляется с помощью цилин-
дра 19, воздух в который направляется через ПР 12 (3) по
команде ЭМК Ю (6); при этом рука устанавливается вдоль оси
робота.
Несмотря на некоторое сходство конструкций роботов ПР-10
и «Аида», робот ПР-10 обладает рядом преимуществ, значитель-
но расширяющих его технологические возможности и область
применения (табл. 6).
Таблица 6
Характеристики роботов ПР-10 и «Аида»
Параметр Показатель робота
ПР-10 «Аида»
Количество гнезд на пульте управления 150 100
Величина вертикального перемещения руки, мм 200 100
Максимальный угол поворота руки, град 220 120
Количество точек останова при повороте руки 3 2
Количество внешних команд 6 5
Количество сигналов, подтверждающих выпол- 6 3
пение внешних команд
Грузоподъемность, кг 10 5
В модифицированной модели робота ПР-10 система управ-
ления выполнена на элементах струйной техники, что делает ро-
бот взрыво- и пожаробезопасным.
2. АГРЕГАТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Робот — сложная машина, включающая в себя десят-
ки наименований комплектующих изделий, изготовляемых раз-
личными отраслями промышленности. От качества этих изделий
в значительной мере зависит нормальное функционирование, на-
дежность робота и экономическая эффективность его эксплуата-
ции.
Наряду с надежностью агрегатов и узлов системы управле-
ния, решающее влияние на безотказность работы робота оказы-
вают исполнительные гидравлические и пневматические приводы,
энергоблоки, а также различное оборудование и трубопроводы
гидро- и пневмосистем. Поэтому зарубежные фирмы используют
наиболее совершенные и надежные агрегаты, выпускаемые про-
мышленностью стран Западной Европы и США. Например, в ро-
боте «Аида» применяется большое количество изделий, ввезен-
164
Рис. 80. Электрогидравлическпй преобразова-
тель (ЭГП) фирмы «Муг»
ных в Японию из США: электропнев-
матические распределители фирмы
«Росс», нейлоновые шланги фирмы
«Самуэль Море», арматура пневмосис-
темы фирмы «Шок Этсо». Изготовляе-
мый в Англии по лицензии США робот
«Версатран» комплектуется агрега-
тами и приборами, выпускаемыми
фирмами США.
В отечественных роботах применя-
ется высококачественное комплектую-
щее оборудование (в том числе гидро-
и пневмоагрегаты), изготовленное на
предприятиях СССР.
Имеют место случаи, когда в зарубежных конструкциях ро-
ботов используются агрегаты, не применяемые в отечественной
конструкторской практике. В отдельных случаях конструкция
таких агрегатов представляет интерес.
Ниже описаны наиболее важные гидро- и пневмоагрегаты
промышленных роботов как отечественного, так и зарубежного
производства.
В гидроприводе робота «Юнимейт» в качестве электрогидрав-
лического преобразователя (ЭГП) используется преобразователь
модели 79—300A фирмы «Муг», представляющий собой устрой-
ство со свободно плавающим золотником, имеющим обратную
(упругую пружинную) связь на заслонку.
Основные достоинства таких ЭГП (рис. 80): высокое быстро-
действие, отсутствие центрирующих пружин, которые могут вы-
звать перекос золотника и увеличить его трение, а также, что
очень важно, стабильность характеристик при изменении темпе-
ратуры в широком диапазоне.
Ряд зарубежных фирм применяет в своих ЭГП схему с упру-
гой обратной связью (один из патентов на эту схему принадле-
жит фирме «Муг»),
Фирма «Даути» (Англия) изготовляет двухкаскадные пре-
образователи серии 4551; Японская фирма «Токио Кэйки Сэйд-
зосё» выпускает преобразователи модели TSS.
Высокое быстродействие и стабильность характеристик
ЭГП с пружинной обратной связью по сравнению, например,
с преобразователями статического типа могут быть объяснены
тем, что суммарный момент, действующий на заслонку ЭГП
с пружинной обратной связью, складывается из момента со-
противления пружины и момента гидравлических сил, дей-
ствующих на заслонку, причем доля второго момента весьма
незначительна.
165
В преобразователе статического типа доля момента гидрав-
лических сил велика, кроме этого, на заслонку действует момент
механических сил.
Доля момента гидравлических сил в первом и во втором
случаях различна, так как ход заслонки у преобразователя
с пружинной обратной связью много меньше, чем у преобразо-
вателя с центрирующими пружинами. Быстродействие ЭГП
определяется величиной постоянной времени
Т = Тгу(1 +
б'эмп
Со-с
КАС_
б'о-С
(21)
где Ггу — постоянная времени гидроусилителя с жесткой еди-
ничной обратной связью;
G>vn — коэффициент жесткости статической характеристики
ЭГП;
Со.с — коэффициент жесткости пружины обратной связи,
приведенной к оси сопел;
КАС— коэффициент жесткости гидродинамической пружины
заслонки.
Как следует из формулы (21), постоянная времени тем
меньше, чем больше жесткость пружины обратной связи. Однако
для увеличения С0.с необходимо увеличивать тяговое усилие.
Конструкторами гидроприводов станков с ЧПУ одной из
лучших конструкций ЭГП признан преобразователь модели
ПЭГ-ПМ разработки ОКБ «Теплоавтомат». Однако, учитывая
специфические требования к промышленным роботам, конструк-
ция преобразователя, годная для гидроприводов станков, часто
не пригодна для промышленных роботов.
В модернизированной конструкции преобразователя
ПЭГ-ПМ 16/160 (для промышленных роботов) конструкция
втулки золотника изменена (рис. 81). Нелинейный характер
статической характеристики, за-
ложенный в ЭГП фирмы «Муг»,
в преобразователе ПЭГ-ПМ
16/160 обеспечивается дополни-
тельными фигурными прорезями
во втулке.
Однако ЭГП модели ПЭГ-ПМ
16/160 обладает рядом недостат-
ков как в отношении схемы, так
и конструкции. Поэтому целесо-
образнее использовать преобра-
зователи, построенные по схеме с
пружинной обратной связью.
Рис. 81. Электрогидравлический преобра-
зователь ПЭГ-ПМ 16/160
166
Рис. 82. Электрогидравлический преобразователь ЭГП-1
Рис. 83. Распределитель фирмы «Росс»:
1,2 — клапан; 3 — электропневмоклапан; 4 — полость управления; А — полость выхлопа
в атмосферу; Б — камера нагнетания; — камеры
В гидроприводе робота УМ-1 применен преобразователь
12Г68, разработанный ЭНИМС. Простой по конструкции ЭГП
12Г68 в качестве гидроусилителя имеет дроссель игольчатого
типа. Нелинейный характер статической характеристики этого
преобразователя достигается доработкой втулки (коэффициент
усиления по расходу в диапазоне управляющих сигналов
О 4- 2 — 0,8 4- 1,2 л/мин; в диапазоне 2 -н 10 •—4 4- 6 л/мин). Не-
достатком этого преобразователя в силу несимметричной схемы
управления является нестабильность «нуля», особенно при
повышении температуры. Этот недостаток устранен во вновь
разработанной конструкции преобразователя ЭГП-1 (рис. 82)
с торцовыми пружинами на золотнике и с гидроусилителем
«сопло — заслонка».
Роботы ПР-10 и «Аида», оснащенные пневматическим при-
водом, имеют четырехходовые двухпозиционные воздухораспре-
делители с электропневмоуправлением. На рис. 83 показан
такой распределитель фирмы «Росс» (США). Распределители
фирмы «Росс» клапанного типа хорошо зарекомандовали себя,
они просты по конструкции и надежны в работе, имеют большой
срок службы.
167
Клапаны распределителя в его управляющей части (поло-
сти 4) имеют форму поршней, уплотнение которых обеспечи-
вается резиновыми кольцами или манжетами. Воздух от пневмо-
сети поступает в камеру Б распределителя и нормально закры-
тый электропневмоклапан 3.
При отсутствии электрического сигнала управления клапан 1
соединяет камеру с атмосферой (полость А) и отсоединяет
ее от пневмосети, при этом клапан 2 соединяет камеру Ц2 с
пневмосетью и отсоединяет ее от атмосферы (надежность уплот-
нения клапанного тип^ обеспечивается резиновыми кольцами,
поджимаемыми пружинами и давлением пневмосети). Так как
камеры и Ц2 соединяются с противоположными полостями
исполнительного механизма — пневмоцилиндра, то поршень
последнего перемещается. Скорость штока пневмоцилиндра за-
висит от расхода сжатого воздуха, площади его прохода в рас-
пределителе, утечек в пневмоцилиндре и нагрузки на штоке
пневмоцилиндра.
При подаче электрического управляющего сигнала электро-
пневмоклапан 3 срабатывает и открывает доступ воздуха от
пневмосети в управляющую часть (полость 4); при этом кла-
паны 1 и 2 перемещаются, камера Ц[ соединяется с пневмо-
сетью, камера Ц2— с атмосферой, поршень пневмоцилиндра
перемещается в противоположном направлении.
При снятии электрического сигнала электропневмоклапан
закрывает доступ воздуха в полость 4 и соединяет ее с атмосфе-
рой, при этом клапаны 1 и 2 под действием пружин возвращают-
ся в исходное положение, камера соединяется с атмосферой,
а камера Ц2 с пневмосетью, в результате чего поршень исполни-
тельного пневмоцилиндра возвращается в исходное положение.
Отечественной промышленностью выпускаются четырехходо-
вые двухпозиционные воздухораспределители, разработанные
ЭНИМС, с односторонним электропневматическим управлением
(рис. 84).
Сжатый воздух подводится к внутренней полости распреде-
лителя через отверстие П. Плоский золотник 3 прижимается
к плоскости основания пружиной 8 и давлением сжатого воздуха
в полости Л. Поршень 2 уплотняется манжетами (нормаль на
них разработана Московским тормозным заводом), электромаг-
нит 5 выключен, поэтому полость Б сообщается с атмосферой
через каналы /С, Ж, Д и И. Под действием сжатого воздуха,
находящегося в полости Л, поршень 2 вместе с золотником 3
занимают крайнее правое положение, показанное на рис. 84.
Из полости Л через отверстие БЦ сжатый воздух поступает в од-
ну из полостей пневмоцилиндра, другая полость цилиндра сое-
диняется золотником 3 через отверстия Ц2 и А с атмосферой.
При включении электромагнита 5 его якорь, втягиваясь,
нажимает на стержень 6, который перемещаясь влево, открывает
клапан 7, при этом резиновый вкладыш клапана 7 закрывает
168
Рис. 84. Воздухораспределитель ЭНИМС с односторонним электропиевмэтиче-
ским управлением:
1 — корпус; 2 — поршень; 3 — золотник; 4, 10 — крышки; 5 — электромагнит; 6 — стер-
жень; 7 — клапан; 8 — пружина; 9 — основание; А — полость выхлопа в атмосферу;
Б — полость распределителя; В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л — каналы для воздуха; Ж
U.г — полости исполнительного цилиндра; П — отверстие
в стержне 6 отверстие канала Ж, в результате чего сжатый
воздух получает возможность поступать по каналам В, Г, Е и К
в полость Б распределителя.
Под действием давления воздуха поршень 2 вместе с золот-
ником 3 перемещается влево, так как активная площадь, на
которую действует давление сжатого воздуха, с правой стороны,
больше, чем с левой. Сжатый воздух через отверстие Ц2
поступает в одну из полостей цилиндра, а другая его полость
соединяется с атмосферой через отверстия Д1 и А.
Время срабатывания распределителя около 0,1 с. В ЭНИМС
разработана гамма распределителей такого типа на условные
диаметры прохода воздуха 10, 15 и 20 мм. Потребляемая элек-
тромагнитом мощность невелика — 45 Вт.
К достоинствам распределителей с плоским золотником
относится наличие в них малого числа мягких уплотнений (ман-
жет) для подвижных соединений, которые работают в хороших
условиях — в гладком отверстии и поэтому изнашиваются мало.
Такие распределители выпускаются многими зарубежными фир-
мами: американскими — «Хэннифин», «Беллоуз», «Нопэк»,
«Лихай» и английскими — «Лэнг», «Ко'нсалтар», «Мэдэн».
Недостатком распределителя является большое трение
в плоском золотнике и значительные усилия переключения
распределителя, вызывающие большие ударные нагрузки на
169
поршне распределителя, в результате чего значительно умень-
шается срок его службы.
В четырехходовом распределителе (рис. 85) с электропнев-
матическим управлением фирмы «Паркер Хэннифин» (США)
имеется встроенный пневматический аккумулятор для запаса
энергии, необходимой для переключения в случае падения дав-
ления в сети. Распределитель срабатывает при давлении
1 кгс/см2. Он имеет алюминиевый литой корпус. Нейлоновая
втулка распределителя служит направляющей для сердечника/
соленоида, являющегося одновременно клапаном. Пазы во втул-
ке обеспечивают проход сжатому воздуху в полость управления.
Сжатый воздух подается в распределитель по стрелке П и
проходит в полости Б и В. Одновременно, пройдя обратный кла-
пан 5 и заполнив аккумулятор 2, сжатый воздух поступает в по-
лость управления распределителем Г.
При отключенном соленоиде сердечник / (клапан) занимает
под действием пружины крайнее левое положение, поэтому сжа-
тый воздух из полости Г, пройдя через пазы в нейлоновой втул-
ке соленоида, попадает в полость управления Д, раздвигая пор-
шни 3 и 4.
В это время полость Е аппарата находится под давлением,
а полость Ж через канал А соединена с атмосферой.
При включении соленоида сердечник / перемещается вправо,
перекрывая проход сжатому воздуху в полость Д и сообщая
ее с атмосферой. При этом поршни 3 и 4 под действием давления
в полостях В а Б сближаются, полость Ж сообщается с линией
давления, а полость Е — с атмосферой.
Рис. 85. Четырехходовой распределитель с электропневматическим управлением
фирмы «Паркер Хэннифин» (США):
1 — сердечник; 2 — аккумулятор; 3, 4 — поршень; 5 — клапан обратный; А — выхлоп
в атмосферу; Б, В, Е, Ж — полости распределителя; Г, Д — полости управления рас-
пределителем; П — подвод воздуха в распределитель
170
Рис. 86. Воздухораспределитель фирмы «Росс» с притертым золотником
Рис. 87. Воздухораспределитель
фирмы «Росс» клапанного типа
Главный недостаток распределителей клапанного типа за-
ключается в том, что они нагружены, так как клапаны подпру-
жинены и подпираются давлением пневмосети, из-за чего тре-
буются большие усилия для переключения клапана.
Фирма «Росс» выпускает воздухораспределители с при-
тертым золотником (рис. 86), а также воздухораспредели-
тели клапанного типа (рис. 87), которые имеют взаимозаменяе-
мые корпусы.
Фирма «Мартон» выпускает распределители с резиновыми
уплотнительными кольцами плавающего типа, которые ставятся
без натяга.
171
Глубина кольцевой проточки в плунжере золотника на 0,1—
0,2 мм больше диаметра плавающего резинового кольца,
которое устанавливается в этой проточке (канавке), а наружный
диаметр кольца на 0,3—0,7 мм больше диаметра отверстия
гильзы, в которой перемещается плунжер. Уплотнение плаваю-
щими кольцами существенно уменьшает трение при работе
золотника. В распределителях с пневматическим управлением
это дает возможность переключать золотник малого диаметра
(16 мм и менее) при небольшой величине управляющего сигнала
(давления пневмосети). Однако для достаточно надежного уп-
лотнения плавающие кольца должны иметь точные размеры и
правильную форму, что затрудняет их изготовление и сдержи-
вает применение. Следует также иметь в виду, что для эффек-
тивного уплотнения разница давлений в двух полостях, разде-
ляемых плавающим кольцом, должна быть не менее 1,5 кгс/см2.
Недостатком распределителей такой конструкции является
необходимость сверления большого количества отверстий во
втулке золотника. Это объясняется тем, что плунжер золотника
с плавающими кольцами при своем перемещении пересекает
отверстия во втулке, поэтому для уменьшения износа плаваю-
щих колец и увеличения срока их службы диаметр отверстий
делается небольшим. Чтобы обеспечить необходимую величину
проходного сечения, втулка распределителя с условным диа-
метром отверстия для прохода воздуха 15 мм должна иметь
свыше 200 отверстий диаметром 1 мм.
Конструкция золотника с плавающими уплотнительными
кольцами показана на рис. 88.
Кроме малой величины усилия переключения, к достоинствам
такого распределителя следует отнести его небольшие габариты,
а также широкую возможность унификации конструкций. Ос-
новные детали одного и того же распределителя можно исполь-
зовать в большом числе конструкций, отличающихся, например,
способом управления (пневматическим, механическим, электри-
ческим) или способом возврата золотника в исходное положение
(пружиной, от пневматического сигнала, благодаря постоянному
электропитанию).
Пятиканальный распределитель (см. рис. 88) имеет дву-
стороннее пневматическое управление. В целях уменьшения га-
баритов распределителя отверстия для выхода воздуха в атмос-
феру не имеют присоединительных резьб и выполнены в виде
окон А и Б.
В некоторых конструкциях распределителя (см. рис. 88)
все присоединительные каналы выведены на одну полость
(такой распределитель предназначен для стыкового или панель-
ного монтажа), а уплотнение присоединительной плоскости
обеспечивается тем, что на ней сделаны углубления, в которые
закладываются уплотнительные круглые кольца. Стыковой мон-
172
Рис. 88. Пятиканальный распределитель конструкции ЗИЛ
Рис. 89. Распределитель конструкции ЗИЛ с дифференциальным пневматиче-
ским управлением:
1 — плунжер золотника; А, Б — отверстия
таж позволяет в случае необходимости снять распределитель, не
разбирая при этом трубопроводов.
Пятиканальный распределитель, показанный на рис. 89, име-
ет дифференциальное пневматическое управление. При поступ-
лении пневматического сигнала в полость Б плунжер золотника 1
переместится в крайнее левое положение, независимо от того,
соединена ли полость А с атмосферой или же в нее подан
пневматический сигнал. Это объясняется тем, что пло-
щадь поршня в правой управляющей полости больше площади
в левой. Если полость Б соединить с атмосферой, то при наличии
сигнала в полости А золотник переместится в крайнее правое
положение.
173
В модели робота ПР-10С с системой управления, выполнен-
ной на элементах струйно-мембранной техники, применяются,
распределители конструкции ЗИЛ. В качестве исполнительных
механизмов гидро- и пневмоприводов применяются гидро- и
пневмодвигатели, которые преобразуют энергию несжимаемой
жидкости и сжатого воздуха в полезную механическую работу.
В гидро- и пневмоприводах роботов чаще всего применяются
гидро- и пневмоцилиндры. По характеру действия различаются
односторонние и двусторонние пневмоцилиндры. В цилиндрах
одностороннего действия сжатый воздух поступает только
в одну полость поршня. Обратный ход поршня осуществляется
с помощью пружины.
В гидро- и пневмоцилиндрах двустороннего действия жид-
кость или сжатый воздух можно подавать в две полости (по обе
стороны поршня).
Если поршни гидро- и пневмоцилиндров занимают в процессе
работы только два конечных положения, цилиндры называются
двухпозиционными.
Различают гидро- и пневмоцилиндры без торможения и с
торможением в конце хода. Торможение поршня гидро- и пнев-
моцилиндра необходимо в тех случаях, когда скорость поршня
и присоединенные к нему массы достаточно велики. В результате
в конце хода может произойти удар, который вызывает прежде-
временный выход из строя цилиндра, и даже поломки.
На рис. 90, а показан пневмоцилиндр, а на рис. 90, б гидро-
цилиндр фирмы «Миллер» (США) с двусторонним торможением
поршня в конце хода.
Рабочая среда (жидкость или сжатый воздух) подается либо
в полость Г, либо в полость В и перемещает поршень. Пор-
шень 10 уплотняется манжетами 9 (во время выдвижения
штока 2— левой, во время убирания штока — правой). Шток
уплотняется манжетами 12. Уплотняющая манжета 9 прижата
к внутренней поверхности гильзы 3 в результате упругой дефор-
мации манжеты и давления в полостях Г а В. Крышки 1 и 6
притягиваются к гильзе 3 с помощью стяжек 11, сжимая при
этом уплотняющие кольца 8 из органического материала.
В крышки 1 и 6 встроены обратный клапан 5 и регулируемый
дроссель 7.
При подводе рабочей среды в полость В поршень 10, переме-
щаясь влево, в конце хода втулкой 4 входит в отверстие А
крышки 1. При этом обратный клапан 5 закрыт и рабочая среда
выходит на слив или сбрасывается в атмосферу через дроссель 7.
В результате в полости Г создается подпор, благодаря которо-
му скорость движения штока 2 замедляется.
При подводе рабочей среды в полость Г обратный клапан 5
открывается и поршень 10 со штоком 2 перемещается с большой
скоростью вправо. При заходе штока в отверстие Г происходит
174
Рис. 90. Пневматические (а) и гидравлические цилиндры (б) фирмы «Миллер»:
/, 6 —- крышки; 2 — шток; 3 — гильза; 4 — втулка; 5 — клапан обратный; 7 — дроссель
регулируемый; 8 — кольцо уплотнительное; 9, 12 — манжета; 10 — поршень; 11 — стяж-
ки; А, Б — отверстия в крышках 1,6; В, Г — полости цилиндра
аналогичный процесс торможения с помощью обратного клапа-
на 5 и другого дросселя 7.
Конструкции силовых гидроцилиндров, используемых в ро-
боте «Юнимейт», показаны на рис. 91. Их существенной осо-
бенностью является простота конструкции и сборки. В качестве
уплотнений применяются манжеты и круглые кольца из органи-
ческих материалов как в подвижных, так и неподвижных эле-
ментах силовых цилиндров. Манжеты из органических материа-
лов: нейлона, тефлона — обладают хорошей упругостью,
высокой износоустойчивостью и могут работать в широком
диапазоне температур: от —100 до +200° С.
В комплект гидроагрегатов насосной станции робота обычно
входит обратный клапан, предназначенный для перекрытия по-
дачи жидкости от насоса, когда гидропривод работает с малым
расходом, или для отсоединения гидроаккумулятора.
Обратный клапан гидросистемы робота «Юнимейт» выполнен
из органического материала (тефлона).
Тефлон значительно легче стали, это — упругий и достаточно
твердый материал, не вызывающий шума при переключении
175
1332
клапана, который хорошо прирабатывается по месту (к седлу),
обеспечивая надежное уплотнение.
Обратный клапан (рис. 92) иногда оборудован системой
демпфирования, для этого в корпусе 1 имеется канал или про-
точное отверстие, соединяющее полость клапана 4 с клапаном
демпфирования 5, имеющим отверстие для демпфирования. Гри-
бок клапана 4 прижимается к седлу корпуса 1 с помощью пру-
жины 3. Стержень 2 встроен в пробку с уплотнением и служит
направляющей клапана.
176
Рис. 92. Обратный клапан гидроси-
стемы робота «Юнимейт»:
/ — корпус; 2 — стержень; 3, 6 — пру-
жина; 4 — клапан; 5 — клапан демпфи-
рования
Иногда (например, в робо-
те «Юнимейт») применяются
перепускные клапаны.
Назначение такого пере-
пускного клапана — снять вы-
сокие напряжения в зубьях ко-
нических зубчатых колес при
резком останове и разгоне руки
и кисти робота.
Эти напряжения возникают
в результате больших скачков
давления жидкости в гидроси-
стеме, особенно при резком
торможении руки.
Перепускной клапан (рис.
93) представляет собой гидро-
агрегат с резьбовым подсоеди-
нением к коллектору панели,
через которую он сообщается
с рабочими полостями силовых цилиндров. Через отверстия Б
(их четыре) в корпусе 7 жидкость проходит от рабочей полости
цилиндра в полость плунжера 4 дифференциального типа. С од-
ной стороны плунжер 4 упирается в коническую часть втулки 3.
Последняя упирается в буртик внутри корпуса 7, который тор-
цевой частью соединяется со сливом. Кольцо уплотнения 1 пре-
дотвращает перетечку жидкости из отверстий Б на слив. Пере-
течки через зазор втулки 3 предотвращаются кольцами из паро-
нита и кольцом 2. Перетечки между полостью А и отверстиями Б
предотвращаются кольцом 10 уплотнения золотника. Полость А
соединена со сливом через небольшое отверстие в плунжере 4
Рис. 93. Перепускной клапан гидросистемы робота «Юнимейт»:
/, 2, 9, 10 — кольцо уплотнительное; 3 — втулка; 4 — плунжер золотника; 5 — пружина;
6 — крышка; 7 — корпус; 8 — гайка
12 Заказ 3483
177
золотника. Пружина 5 поджимает плунжер 4 к втулке 3. Поджа-
тие пружины регулируется резьбовой крышкой 6, которая конт-
рится гайкой 8. Диаметр левого буртика плунжера 4 меньше диа-
метра его рабочей поверхности.
В буртике под углом 120° друг от друга просверлено три
наклонных отверстия.
При подсоединении перепускного клапана к рабочей полости
силового цилиндра, шток которого резко тормозится, в полости
около отверстий Б возникает большое давление, которое, дей-
ствуя на дифференциальный золотник, преодолевает усилие
поджатия пружины 5, и плунжер 4 перемещается вправо,
полость отверстий Б соединяется со сливом — давление падает.
Во время перемещения плунжера 4 часть жидкости из по-
лости А перетекает на слив через дроссельные отверстия и
отверстие в торце плунжера 4. После того как давление в по-
лости Б упадет, пружина 5 возвращает плунжер 4 в первона-
чальное положение, причем часть жидкости через те же отвер-
стия в плунжере перетечет обратно в полость А. Дроссельные
отверстия в плунжере 4 обеспечивают демпфирование золотника.
В гидравлических и пневматических системах манипуляторов
роботов, кроме описанных, применяется большое количество
других агрегатов: предохранительные клапаны, клапаны раз-
грузки, гидроаккумуляторы, фильтры и т. д. Эти агрегаты по
конструкции ничем не отличаются от широко применяемых,
поэтому здесь не рассматриваются.
Глава VI
КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ
И АГРЕГАТОВ РОБОТОВ
1. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ
УСТРОЙСТВ И ДАТЧИКОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Движение робота по каждой координате осущест-
вляется с помощью трех основных механизмов: исполнительного
двигателя, передаточного механизма и исполнительного устрой-
ства. Последним может быть схват, кисть, рука и робот в целом.
В некоторых случаях передаточный механизм может отсутство-
вать, тогда перемещение исполнительного устройства осущест-
вляется непосредственно пневмоцилиндром, гидроцилиндром,
электродвигателем и т. п. Каждый из трех механизмов должен
удовлетворять специфическим требованиям условий эксплуата-
ции, обеспечивать надежное функционирование робота, задан-
ную точность отработки программы и, кроме того, обладать
минимальной инерционностью, массой, а также иметь минималь-
ный мертвый ход при изменении направления движения.
К узлам и агрегатам робота в частных случаях могут быть
предъявлены требования взрыво- и пожаробезопасности, обес-
печения возможности работать в условиях повышенной темпе-
ратуры, большой запыленности и задымленности воздуха, в воде,
в парах агрессивных веществ. Иногда робот должен транспор-
тировать детали из непрочных легкодеформируемых и хрупких
материалов, нагретые до высоких температур детали и т. д.
Конструкции исполнительных устройств роботов отличаются
большим разнообразием. В этих конструкциях применяются
червячные, цилиндрические, зубчатые рядные и планетарные,
конические зубчатые, реечные, а также винтовые, цепные, тро-
совые и ленточные передачи.
Встречаются передачи, движение в которых передается
с помощью поводков в виде гладких реек, охватываемых роли-
ками.
В конструкции кисти руки манипулятора, показанной на
рис. 94, червячная передача применена в механизме привода
схвата 1. Конструкция работает следующим образом. Вращение
от вала двигателя А через пару конических зубчатых колес 11
и набор цилиндрических колес 12 передается на червячную
пару 13. Червяк, связанный с винтом пары 14, поворачивает
винт. При этом гайка винтовой пары 14, двигаясь вверх или
вниз, перемещает рейку 15, которая находится в зацеплении с
12*
179
Рис. 94. Кинематическая схема кисти робота:
А, Б, В, Г — электродвигатели; 1 — рычаг схвата; 2 — зубчатое колесо; 3 — цилиндри-
ческая соосная зубчатая передача; 4, 7, 9, 10, 13 — червячная передача; 5. 6, 11 — кониче-
ская пара; 8 — головка; 12 — набор цилиндрических колес; 14 — винтовая пара; 15 —
рейка
зубчатыми колесами 2, рычагов 1 схвата и приводит их
в движение.
Поворот кисти вокруг вертикальной оси происходит от дви-
гателя Б. В конце кинематической цепи поворота кисти преду-
смотрена червячная 4 и цилиндрическая соосная 3 передачи.
Наличие конических пар 11 и 6 в кинематических цепях дает
возможность передавать движение от двигателей А и Б к схвату
при выпрямленной или согнутой в локте (повернутой вокруг оси
а—а) руке, а также привести в действие схват руки, повернутой
вокруг вертикальной оси. Для поворота руки вокруг вертикаль-
ной оси и сгибания ее в локте от двигателя В используются
червячные передачи 7, 9, 10.
При использовании в подобной кинематической схеме пла-
нетарных передач для осуществления тех же движений полу-
чаются более компактные конструкции.
У манипулятора робота, схема которого представлена на
рис. 69, червячная передача в сочетании с цепной применена для
180
сгибания руки в шарнирах (а, б, в). Сгибание в одном шарнире
(в) осуществляется от двигателя А через цилиндрическую и
червячную 5 передачи. Сгибание в другом шарнире (б) проис-
ходит при передаче вращения от двигателя Б через цилиндриче-
скую, червячную 4 и цепную 3 передачи.
Ведомая звездочка цепной передачи укреплена неподвижно
на ведомом звене сочленения. Сгибание руки в третьем шарни-
ре (а) осуществляется при передаче вращения от вала двигате-
ля В через цилиндрическую, червячную 9 и цепную 10 передачи
на ведомую звездочку цепной передачи 11. Ведомая звездочка
укреплена неподвижно на последнем звене сочленения. Ввиду
того, что цепи в процессе эксплуатации быстро вытягиваются,
подобная конструкция передаточного механизма требует надеж-
ного механизма натяжения цепей.
Движение схвата 1 осуществляется от двигателя Г через
винтовую передачу. Поворот кисти 13 происходит непосред-
ственно от двигателя Д, а перемещение кисти вдоль вертикаль-
ной оси — от двигателя Б через винтовую передачу 2.
К механизмам, в которых используются цепные передачи,
относится механизм поворота колонны робота «Версатран» от
двух гидроцилиндров. На валу поворотного стола робота уста-
новлены две звездочки, которые на 180° охватываются цепями.
Оба конца верхней цепи соединены шарнирно с коромыслом,
которое в свою очередь связано шарнирно с соответствующим
концом нижней цепи. Средняя часть коромысла шарнирно за-
креплена на штоке поршня цилиндра. Оба цилиндра разме-
щаются между ведомыми звездочками. Помимо компактности,
эта конструкция обладает следующими преимуществами. Вслед-
ствие того, что при повороте колонны шток через шарниры
воздействует одновременно на обе цепи, последние несут оди-
наковую нагрузку. Суммарная нагрузка, приходящаяся на шток,
действует только в осевом направлении, поэтому не возникает
дополнительных усилий, прижимающих поршень, в результате
уменьшаются потери на трение в цилиндрах.
Наконец ввиду того, что при повороте колонны в одну сторону
работает один цилиндр, а при повороте в другую — другой
цилиндр, преодолевающий, помимо сопротивления вращению,
сопротивление перемещению поршня первого цилиндра, цепи
постоянно находятся в натянутом состоянии. Это избавляет от
необходимости иметь специальное натяжное устройство.
В конструкции робота «Юнимейт» цепная передача примене-
на в механизмах поворотов кисти.
Повороты кисти 17 (рис. 95) осуществляются от двух одина-
ковых гидроцилиндров 23 и 8. Гидроцилиндр 23 используется
для поворота кисти вокруг продольной оси, цилиндр 8 поворачи-
вает кисть вокруг поперечной оси. Движение от штока гидро-
цилиндра 23 через цепь 22, которая охватывает натяжную звез-
дочку 21 и ведомую звездочку 24, передается на вал 26. На одном
181
Рис. 95. Кинематическая схема привода кисти робота «Юнимейт»:
1, 5, 26, 30 — вал; 2, 29 — полый вал; 3, 4, 11, 18, 20, 27, 28 — зубчатое Колесо кониче-
ского зацепления; 6, 24 — ведомая звездочка; 7, 25 — датчик перемещения; 8, 23 — гид-
роцилиндр; 9, 22 — цепь; 10, 21 — натяжная звездочка; 12 — ось; 13, 16 — центральное
зубчатое колесо 14 — сателлит; 15 — водило; 17 — кисть; 19 — блок зубчатых колес
конце вала установлено ведущее коническое зубчатое колесо 27,
другой конец соединен с валом датчика перемещения 25. От ко-
леса 27 движение передается через зубчатое колесо 28 и полый
вал 29 на вал 30. Передача момента с вала 29 на вал 30 осу-
ществляется через шариковое шлицевое соединение, которое
дает возможность передавать вращение при горизонтальном
перемещении руки. Зубчатое колесо 20, закрепленное на конце
вала 30, приводит во вращение блок конических зубчатых колес
19. Одно из колес блока 19 вращает колесо 18, установленное
на кисти 17. Движение от штока гидроцилиндра 8 через цепь 9,
которая охватывает натяжную 10 и ведомую 6 звездочки, пере-
дается на вал 5. На одном конце вала 5 установлено коническое
зубчатое колесо 4, другой конец соединен с валом датчика пе-
ремещения 7. От колеса 4 движение через колесо 3 и полый вал 2
передается на вал 1.
Вращающий момент с вала 2 на вал 1 передается посред-
ством шарикового шлицевого соединения. Зубчатое колесо И,
закрепленное на конце вала 1, приводит во вращение централь-
ное колесо 16 конического планетарного редуктора. Второе
182
центральное колесо 13, представляющее собой зубчатый кони-
ческий сектор, закреплено на корпусе руки. Движение с сател-
лита 14, который обкатывается вокруг колеса 13, передается
через водило 15 на горизонтальную ось 12 кисти 17.
Как видно из кинематической схемы (см. рис. 95), движения
кисти не являются независимыми. При повороте кисти вокруг
горизонтальной оси 12 колесо 18 обкатывается вокруг находя-
щегося с ним в зацеплении зубчатого колеса блока 19, в резуль-
тате чего кисть 17 начинает поворачиваться вокруг продоль-
ной оси.
Такое конструктивное решение вызывает трудности при
наладке робота для выполнения некоторых операций, в частно-
сти, при необходимости извлечения некруглой детали из высо-
кого контейнера. На рис. 96 показана конструкция передаточного
механизма, в котором этот недостаток устранен.
Поворот кисти вокруг поперечной оси осуществляется от
звездочки 1 через пару конических зубчатых колес 2, 3 и кони-
ческий планетарный редуктор 4. Ведомая шестерня редуктора
вращает вал 5 вместе с кистью. Поворот кисти вокруг продоль-
ной оси осуществляется от звездочки 12 через конический
планетарный редуктор 13 и дифференциал 14. Так как в это
время звездочка 1 остановлена, то вместе с ней остановлено и
закрепленное с ней на одном валу колесо 17 дифференциала 14,
который вследствие этого работает, как планетарный редуктор.
Движение с водила дифференциала 14 передается на зубчатое
коническое колесо 11 и далее через конические колеса 10, 9, 8,
7 — на ведомое колесо 6, вместе с которым кисть поворачивается
вокруг продольной оси.
Рис. 96. Кинематическая схема передаточного механизма, обеспечивающего
независимые движения кисти:
/, 12 — звездочка; 2, 3, 7, 8, 9, 10. 11, 15, 17 — коническое зубчатое колесо; 4, 13 — ре-
дуктор планетарный; 5 — вал; 6 — шестерня ведомая; 14 — дифференциал; /6 — сателлит
183
Наличие в кинематической цепи дифференциала 14 обеспе-
чивает независимость двух движений.
Действительно, при повороте кисти вокруг поперечной оси
звездочка 12, связанное с ней через планетарный редуктор 13
колесо 15 дифференциала 14 не вращается, а колесо 17 этого
дифференциала вращается вместе со звездочкой 1. При этом
сателлиты 16 дифференциала, обкатываясь по неподвижному
колесу 15, поворачивают водило вместе с колесом 11. Последнее
поворачивает блок колес 9 и 10, который в свою очередь вращает
блок колес 7 и 8. При вращении блока колес 7 и 8 с валом 5
в одну сторону с одинаковой скоростью кисть вокруг продольной
оси не поворачивается.
Цепной передаточный механизм применен в конструкции
привода поворота руки вокруг вертикальной оси в роботе «Аида»
(рис. 97). Блок ведомых звездочек 11 установлен в опорах
в корпусе 3. Блок 11 через хомут 10, рейку 9, ролики 8, охваты-
вающие рейку, и хомут 7 связан кинематически с вертикальным
валом 6. Верхние звездочки блока И и верхнюю звездочку 4
натяжного устройства 1 охватывает одна цепь, а нижние звез-
дочки охватывает вторая цепь; в разрывах верхней и нижней
цепей установлены два коромысла 12 и 14. Верхний конец каж-
дого коромысла соединяет верхнюю цепь, а нижний конец —
нижнюю цепь, поэтому обе цепи оказываются замкнутыми.
Средняя часть каждого коромысла шарнирно соединена со што-
ком своего пневмоцилиндра. Штоки пневмоцилиндров 2 и 15
Рис. 97. Схема цепного передаточного механизма.
/ — натяжное устройство; 2, 15 — шток пневмоцилиидра; 3 — корпус; 4 — верхняя звез-
дочка; 5 — шток; 6 — вал вертикальный; 7, 10 — хомут; 8 — ролик; 9— рейка; 11 — блок
ведомых звездочек; 12, 14 — коромысло; 13 — упор
184
Рис. 98. Реечный механизм продоль-
ного перемещения руки:
/ __ гидроцилиидр; 2, 10 — рейка; 3, 4, 5,
8 — зубчатое колесо; 6 — вал вертикаль-
ный; 7 — штырь; 9 — каретка; 11 — рука
проходят между верхней и
нижней цепью. При движении
верхнего штока вправо, а ниж-
него влево происходит поворот
блока звездочек 11 и верти-
кального вала 6 по часовой
стрелке. Величина поворота ог-
раничивается упорами 13, в ко-
торые упирается шток 5.
Упоры обеспечивают плав-
ную остановку руки. Регули-
ровкой их положения достига-
ется заданный угол поворота.
Отличительной особенно-
стью конструкции является то,
что поворот вала в любую сто-
рону происходит под действи-
ем двух одновременно действу-
ющих пневмоцилиндров. Это
дает возможность уменьшить
диаметр цилиндров, что осо-
бенно важно при работе на
низких давлениях воздуха.
Реечный передаточный ме-
ханизм применен для верти-
кального перемещения руки
робота «Версатран». К карет-
ке руки одним концом шарнирно присоединена рейка. Вторая
рейка укреплена неподвижно на вертикальной стойке, которая
вращается вместе с поворотным столом. Между рейками поме-
щено зубчатое колесо, ось которого установлена в каретке коле-
са. Каретка укреплена на конце штока исполнительного гидро-
цилиндра, установленного на поворотном столе. При перемеще-
нии штока в вертикальном направлении перемещается каретка
руки со скоростью, в 2 раза большей скорости движения штока.
Известен вариант конструкции, когда шток поршня цилиндра
соединен непосредственно с кареткой руки. Однако в этом слу-
чае шток должен совершать в два раза больший ход, поэтому
становится излишне длинным.
Механизм продольного перемещения руки робота (рис. 98)
является еще одним примером передаточного механизма. В нем
имеются два гидроцилиндра 1, установленных на поворотном
столе, поршни которых связаны с одинаковыми рейками 2. Зубья
185
на рейках нарезаны с обеих сторон. Каждая рейка входит
в зацепление с двумя колесами 3. Со средним колесом зацеп-
ляются обе рейки. На валах каждого колеса 3 закреплено три
одинаковых колеса 4. На среднем валу закреплено колесо 5,
которое вращает колесо вертикального вала 6. Вертикальный
вал 6 имеет V-образные выточки, параллельные оси вала. В вы-
точки входят штыри 7, укрепленные неподвижно в колесе 8,
которое установлено в подшипниках в каретке 9 руки 11. Коле-
со 8 входит в зацепление с рейкой 10, закрепленной неподвижно
на руке 11. Один из гидроцилиндров вращает вертикальный вал
в одну сторону, а второй — в другую. Эта конструктивная схема
позволила получить компактный передаточный механизм, обес-
печивающий продольное перемещение руки при ее одновремен-
ном вертикальном перемещении. Большая часть звеньев меха-
низма установлена на поворотном столе, поэтому их вес не
нагружает привод вертикального перемещения каретки. При-
менение в механизме комплектов колес 3 и 4 дает возможность
уменьшить мертвый ход при реверсе механизма и повысить плав-
ность зацепления.
Несколько иначе решена конструкция реечного механизма
продольного перемещения руки робота, выполненного по схеме,
показанной на рис. 72. Здесь вертикальный вал 19 приводится
во вращение от гидромотора через редуктор 9. Вертикальный
вал имеет прямоугольное сечение, и крутящий момент на веду-
щее колесо реечной передачи передается через ролики. Это дает
возможность уменьшить силы трения, которые могут достигать
больших величин при одновременном движении руки в горизон-
тальном и вертикальном направлениях. В некоторых подобных
конструкциях валы выполняются шлицевыми или круглого се-
чения с направляющей шпонкой, которая скользит в шпоночном
пазу зубчатого колеса, установленного в каретке.
Реечный механизм часто применяется и в приводе поворота
руки вокруг вертикальной оси. В манипуляторе робота «Юни-
мейт» (рис. 99) рейка / вращает зубчатое колесо 3, связанное
с поворотным столом. Рейка приводится в движение двумя гид-
роцилиндрами 2. Так как точность этого механизма оказывает
большое влияние на точность позиционирования руки, преду-
сматриваются средства для уменьшения мертвого хода передачи.
В конструкции «Юнимейт» рейка прижимается постоянно к
зубьям шестерни специально предусмотренным гидроцилиндром.
Реечные передаточные механизмы применяются для привода
схвата, а также для поворота и разворота кисти. В роботе, при-
веденном на рис. 57, реечные механизмы применены для поворо-
тов кисти. Один механизм установлен в задней части руки.
Рейка перемещается от штока гидроцилиндра. При перемещении
рейки поворачивается полый вал, установленный внутри руки,
и вместе с валом поворачивается кисть. Второй реечный меха-
низм установлен в передней части кисти. Штанга с рейкой
186
Рис. 99. Реечный механизм поворота;
1 — рейка; 2 — гидроцилиндр; 3 — зубчатое колесо
перемещается от второго гидроцилиндра, расположенного в зад-
ней части руки. При перемещении рейки поворачивается зуб-
чатое колесо и вместе с ним кисть робота.
На рис. 100 представлена конструктивная схема еще одного
передаточного механизма привода кисти робота. В кисти / соос-
но установлены два зубчатых колеса 2 и 3. Колесо 3 входит
в зацепление с рейкой 5, закрепленной на конце полого штока 9.
Раскрытие и закрытие схвата осуществляется при осевом ходе
поршня 16. При этом перемещается полый шток 9 с рейкой 5,
поворачивающей зубчатое колесо 3 и закрывающей схват. Пово-
рот кисти вокруг вертикальной оси осуществляется при движе-
нии поршня 17 со штоком 7, к которому прикреплена рейка 6,
поворачивающая колесо вместе с кистью. Во избежание рас-
крытия схвата при повороте кисти одновременно с поршнем 16
перемещается поршень 17. Поворот кисти вокруг продольной оси
происходит при осевом движении поршня 15, выполненного
в виде трубы. В трубе 13 имеется винтовой паз, а во втул-
ке 12 — штифт 18, входящий в этот паз. При перемещении
поршня 15 втулку 12 поворачивает штифт 18, дви-
гающийся по пазу трубы 13, а так как втулка 12 прикреплена
к полому штоку 9, то он тоже поворачивается, вращая кисть 1
вокруг продольной оси руки. Описанную конструкцию отличает
расположение исполнительных гидроцилиндров в задней части
руки и отсутствие каких-либо магистралей гидросистемы в ее
передней части. Поэтому устраняется возможность закипания
или загорания рабочей жидкости при эксплуатации робота в го-
рячих цехах, где его кисть может входить в горячие зоны и под-
вергаться влиянию высоких температур. Поршни 15, 16 и 17
работают в цилиндрах одностороннего действия и возвращаются
в исходное положение пружинами 11, 10 и 8 соответственно.
187
Рис. Схема передаточного механизма привода кисти:
! — кисть; 2, 3 — зубчатое колесо; 4 — рычаг схвата; 5, 6 — рейка; 7 — шток; 8, 10, 11 — пружина;
шток полый; 12— втулка; 13 — труба; 14—труба руки; 15, 16, 17—поршень; 18 шгнфт
I
188
Рис. 101. Схема механизмов приводов
схватов:
а — рычажно-кулисиый механизм; б — ку-
лисный механизм; в — реечио-рычажный
механизм
В конструкциях роботов ис-
пользуются и рычажные пере-
даточные механизмы. Наибо-
лее часто они применяются для
привода схвата. На рис. 101
приведены схемы конструкции
наиболее часто встречающихся
механических схватов. На рис.
101, а показан рычажно-кулис-
ный механизм, одним из звень-
ев которого является шток пор-
шня исполнительного гидроци-
линдра. Усилие захвата здесь
в значительной степени зависит
от положения поршня, поэтому
для обеспечения достаточного
усилия зажима разных деталей
обычно предусматривается на-
бор сменных схватов, даже ес-
ли детали незначительно отли-
чаются по размерам (имеется в виду, что масса деталей близка
к предельной). В показанном на рис. 101,6 кулисном механизме
привода схвата усилие сжима также в значительной степени за-
висит от положения штока поршня. Чаще всего подобный схват
применяется для работы с небольшими по массе деталями. На
схеме 101, в приведен реечно-рычажный механизм привода схва-
та, конструкция которого обеспечивает постоянство усилия на
схватах независимо от положения штока поршня. Этот наиболее
сложный из показанных механизмов обладает тем преимущест-
вом, что не требует установки сменных схватов при работе с де-
талями, значительно отличающимися по размерам.
Передаточные механизмы типа «винт — гайка» применяются
в приводных устройствах схватов взамен реечных механизмов,
а также совместно с реечными механизмами, как показано выше.
В качестве передаточного механизма датчиков обратной
связи в основном применяются цилиндрические и реечные
зубчатые механизмы. Однако известны и другие конструкции.
В роботе УМ-1, например, для привода датчиков обратной связи
при повороте руки вокруг вертикальной оси передача вращения
с ведущего шкива на ведомый осуществляется посредством за-
крепленных на шкивах стальных лент.
В роботе «Юнимейт» для привода тех же датчиков исполь-
зуется роликовая цепь малого шага. Цепь охватывает ведомую
189
Рис. 102. Схема привода датчика обратной связи продольного перемещения
руки робота «Юнимейт»:
1, 6 — шкив; 2 — поперечная планка; 3 — направляющая; 4 — гидроцилиндр; 5 — датчик
обратной связи; 7 — трос; 8 — рука
звездочку, установленную на валу датчика обратной связи, и
крепится в гладком желобе на вертикальном валу поворота
руки.
Привод датчика обратной связи продольного перемещения
руки робота «Юнимейт» осуществляется тросом (рис. 102).
Перемещение руки 8 производится гидроцилиндром 4, шарнирно
установленным в корпусе башни. При движении руки параллель-
ные несущие элементы ее перемещаются в направляющих 3.
На этих трубчатых элементах установлена поперечная планка 2,
с которой через пружину связан трос 7, укрепленный на средней
линии шкива 6. При среднем положении руки несколько витков
троса оказываются намотанными выше этой линии и несколь-
ко — ниже. От шкива 6 трос идет к шкиву 1, проходит через него
и крепится к поперечной планке 2. Вал шкива 6 связан с валом
датчика обратной связи 5. При своем движении поперечная
планка 2 тянет ту или иную ветвь троса 7 в зависимости от на-
правления движения. В результате вращаются шкив 6 и вал
датчика обратной связи 5. Пружина в тросовой передаче устра-
няет мертвый ход при изменении направления движения.
2. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В качестве исполнительных двигателей в конструкци-
ях роботов применяются гидродвигатели, гидроцилиндры, пнев-
модвигатели, пневмоцилиндры и электродвигатели. При этом
в разных модификациях робота для привода манипулятора мо-
гут быть использованы в одном случае гидродвигатели, а в дру-
гом — гидроцилиндры. В манипуляторе робота, выполненном
по схеме на рис. 57, для продольного перемещения руки исполь-
зуется гидродвигатель, а в его модификации — гидроцилиндры.
Гидродвигатель может быть установлен непосредственно на
190
каретке руки. От его вала через редуктор приводится зубчатое
колесо, которое входит в зацепление с рейкой, вертикальный
вал отсутствует. Каждая из рассмотренных конструкций имеет
свои преимущества. Механизм с гидродвигателем на каретке
руки является более простым, однако в этом случае затруднен
подвод рабочей жидкости и каретка становится излишне утя-
желенной. В роботе «Юнимейт» гидроцилиндры применены для
осуществления всех движений, кроме движения схвата. Эти
движения осуществляются либо непосредственно от штока гид-
роцилиндра (продольное перемещение руки, поворот руки
в вертикальной плоскости), либо через промежуточную передачу.
Гидроцилиндры, как правило, выполняются отдельными
самостоятельными узлами.
Пневмоцилиндры нередко встраиваются в несущие элементы
конструкции. Примером подобного конструктивного решения
может служить манипулятор, схема которого приведена на
рис. 103. Рука 5 имеет две степени свободы (продольное пере-
мещение, поворот вокруг вертикальной оси) и движение схвата.
Перемещение руки осуществляется при подаче воздуха в одну
из полостей пневмоцилиндра 11. Последний и его шток являют-
ся несущими элементами руки. Поворот кисти производится от
пневмоцилиндра, выполненного самостоятельным узлом, который
перемещает рейку 6. При этом зубчатым колесом 7 поворачи-
ваются валы 9 и 13 вместе с пневмоцилиндром 14 и кистью 2 со
схватом. Схват 1 закрывается при подаче воздуха под поршень 4.
Раскрытие схвата осуществляется под действием пружины 3.
В некоторых конструкциях с пневматическим приводом для по-
лучения поворотных движений вместо пневмоцилиндров приме-
няются пйевмодвигатели.
В конструкции робота «Синко» пневмомоторы используются
для поворота руки вокруг вертикальной оси и поворота кисти
вокруг продольной оси.
Электропривод применяется в конструкциях роботов пока
довольно редко. Среди конструкций, получивших определенную
Рис. 103. Конструктивная схема руки робота с пневмоприводом:
I — схват; 2 — кисть; 3 — пружина; 4, 10 — поршень; 5 — рука; 6 — рейка; 7 — зуб-
чатое колесо; 8 — колонна; 9, 13 — вал; //, 14 — пневмсцилиндр; 12 — шток
191
известность, в качестве примера робота с электроприводом
можно назвать робот «Сандстрэнд».
Представляется перспективным применение в роботах не-
большой грузоподъемности электродвигателей с дисковым ро-
тором. Подобные двигатели уже применены в последних кон-
струкциях робота «Трансфер аутомат Е», более ранние модели
которого были выполнены с пневмоприводом.
3. ДАТЧИКИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Тип датчиков обратной связи, применяемых в про-
мышленных роботах, определяется видом используемой в них
системы управления. Датчики обратной связи предназначены
для контроля текущих координат подвижных элементов робота и
выдачи соответствующей информации в блок памяти или в срав-
нивающее устройство системы управления при отработке робо-
том заданной программы.
Выбор датчика обратной связи является одним из главных
вопросов при проектировании робота. Приходится учитывать
такие факторы, как помехоустойчивость датчика, его ресурс,
габариты, возможность эксплуатации в заданных условиях
окружающей среды и др.
Датчики обратной связи, используемые в промышленных
роботах, можно разделить на две основные категории: анало-
говые и цифровые, при этом, как правило, обеспечивается абсо-
лютный отсчет перемещений.
В качестве датчиков аналогового типа наиболее распростра-
нены потенциометры и вращающиеся трансформаторы.
Потенциометр является электромеханическим преобразова-
телем, выходное напряжение которого является функцией (как
правило, линейной) угла поворота его вала и, соответственно,
перемещения подвижного элемента робота.
В отечественных образцах роботов используются, как прави-
ло, многооборотные проволочные потенциометры точностью 0,1
и 0,05%. Для повышения надежности роботов предполагается
использование многооборотных пленочных потенциометров,
имеющих ресурс до 2—3 млн. циклов. Подобные потенциометры
используются японскими фирмами. Они допускают эксплуата-
цию при температуре окружающей среды до +60° С, имеют
сравнительно небольшие габариты. Наличие таких потенциомет-
ров с сопротивлениями 2,0—200,0 кОм позволяет использовать
их в разных по структуре системах управления.
В качестве примера робота, в котором используются потен-
циометры, можно указать робот «Версатран» с позиционной
системой управления. Здесь потенциометры используются и как
датчики обратной связи, и как задающие элементы, монтируемые
на пульте управления робота. Потенциометры используются
192
Рис. 104. Схема преобразования сигнала вращающегося трансформатора в
цифровой код
в таких японских роботах, как RA и RB фирмы «Мицубиси»,
«Юнимэн» фирмы «Фудзикоси» и других.
Что касается вращающихся трансформаторов, то в отече-
ственных образцах роботов используются, как правило, вра-
щающиеся трансформаторы типа ВТМ-1В, имеющие точность
преобразования угла 10'. Трансформаторы ВТМ-1В имеют до-
статочно надежную конструкцию, они хорошо зарекомендовали
себя в станках с программным управлением и другом оборудо-
вании.
Эти трансформаторы использованы, например, в конструкции
промышленного робота «УМ-1».
Однако для новых моделей роботов точность преобразования
угла, обеспечиваемая трансформатором ВТМ-1В и аналогичны-
ми ему, в ряде случаев уже оказывается недостаточной.
Перспективно использование многополюсных синус-косинус-
ных вращающихся трансформаторов, имеющих точность в не-
сколько раз более высокую, чем у обычных вращающихся
трансформаторов с одной парой полюсов. Большие выгоды
обещает применение синус-косинусных вращающихся трансфор-
маторов, у которых в одном корпусе совмещены машины с одной
и многими парами полюсов. Это значительно упрощает переда-
точные механизмы роботов, в которых требуется применение
двухканальной системы отсчета.
Учитывая относительную простоту конструкции, небольшую
стоимость и ряд других факторов, следует считать перспектив-
ным использование вращающихся трансформаторов в цифровых
системах управления. В этом случае информация в аналоговой
форме на выходе вращающегося трансформатора должна быть
преобразована в цифровую, представляющую собой код величи-
ны перемещения вала трансформатора.
На рис. 104 представлена одна из возможных схем преобра-
зования сигнала вращающегося трансформатора в цифровой код.
13 Заказ 348.3 1 93
В этой схеме последовательно осуществляются преобразования
угла поворота вращающегося трансформатора (ВТ) в сдвиг
фаз, сдвига фаз во временной интервал и временного интервала
в цифровой код. Первое преобразование осуществляется с по-
мощью самого ВТ, работающего в режиме фазовращателя, при
этом U\—опорное напряжение, U2 —- напряжение, имеющее
фазу, сдвинутую относительно фазы опорного напряжения на
величину, пропорциональную углу поворота ротора ВТ.
Второе преобразование выполняется с помощью схем выде-
ления ноля СВН] и СВНг, выдающих одиночные импульсы на-
пряжения U3 и U4 в моменты прохождения напряжений U\ и U2
через ноль. Импульсы напряжений U3 и U4, таким образом,
отстоят друг относительно друга на временной интервал, про-
порциональный сдвигу фаз и соответственно углу поворота
ротора ВТ.
Этот временной интервал преобразуется в цифровой код,
что достигается подачей импульсов U3 и U4 на вход триггера Т.
При подаче импульса U3 триггер переключается и с помощью
импульса U$ открывается схема совпадения И, и генератор ГИ
заполняет счетчик импульсов. При подаче импульса U4 вход
счетчика закрывается. В результате на выходе счетчика оказы-
вается требуемый цифровой код. После считывания полученной
информации счетчик возвращается в исходное положение.
Таким образом, использование вращающегося трансформато-
ра для получения информации в цифровой форме требует
применения специального преобразователя, что несколько ус-
ложняет систему управления робота и понижает ее надежность.
В настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию
надежных, удобных в эксплуатации и, главное, недорогих дат-
Рис. 105. Кодовый датчик обратной связи
194
Рис. 106. Схема кодового датчика:
1,3 — диск; 2 — блок лампочек; 4 — блок
фотодиодов
чиков обратной связи, осуществ-
ляющих непосредственное преоб-
разование величины перемещения
в цифровой код. Эти датчики со
временем найдут широкое приме-
нение в конструкциях промыш-
ленных роботов. В качестве при-
мера кодового датчика обратной
связи рассмотрим фотоэлектриче-
ский датчик «угол — код», ис-
пользованный в конструкции аме-
риканского робота «Юнимейт».
Общий вид кодового датчика
приведен на рис. 105;
схематическое устройство —
на рис. 106.
На диски 3 и 1 нанесена маска в циклическом коде Грея,
причем на диск 3 нанесена шестиразрядная маска, на диск 1 —
семиразрядная.
Спиральные дорожки, нанесенные на диск 1, выполняют, кро-
ме того, вспомогательные функции в согласовании отсчетов
дисков 3 и 1.
Кодовые датчики, примененные в роботе «Юнимейт», имеют
срок службы 10 тыс. ч; габариты датчика 150X115X80 мм.
Известны конструкции кодовых датчиков, в которых в целях
повышения надежности считывание информации дублируется.
Следует отметить, что в промышленных роботах с помощью
датчиков обратной связи осуществляется, как правило, отсчет
перемещений в абсолютных единицах, т. е. в каждый момент
времени информация, получаемая с датчиков, полностью харак-
теризует фактическое положение подвижных элементов робота.
4. НАПРАВЛЯЮЩИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В качестве направляющих для поворота исполнитель-
ных устройств применяются радиальные, радиально-упорные
шариковые и роликовые подшипники. Для уменьшения сопротив-
ления движению в направляющих линейного перемещения не-
редко применяются ролики.
На рис. 107 представлены схемы нескольких вариантов кон-
струкций роликовых направляющих, применяемых в роботах.
В первой конструкции см. рис. 107, а к колонне 5 прикреплены
две направляющие полосы 1 треугольного сечения. Полосы 1
охватываются роликами 2 и 4, установленными на подшипниках;
13*
195
Рис. 107. Направляющие линейного перемещения.
1 — направляющая полоса; 2, 4, 7, 9, 11, 13, 16 — ролик; 3, 14, 17 — каретка; 5, /2 — ко-
лонна; 6, 15 — рука; 8, 10 — планка
их оси закреплены в корпусе каретки 3, которая вместе с рукой
робота перемещается вертикально вдоль колонны.
В конструкции, показанной на рис. 107, б, рука 6 робота
перемещается в трех направляющих роликах 7, расположенных
под углом 120° друг относительно друга. Оси роликов крепятся
в каретке. Для направления руки предусматривается два ком-
плекса таких роликов. Ролик 9, буртики которого охватывают
планку 8, служит для удержания руки от вращения вокруг
продольной оси. В конструкции, показанной на рис. 107, в, оси
роликов 13 укреплены на каретке 14, которая перемещается
вместе с рукой по колонне 12. От вращения каретку удерживают
два ролика 11, которые охватывают планку 10, закрепленную
неподвижно на колонне. В конструкции предусмотрена возмож-
ность регулирования положения направляющих роликов 13 и
удерживающих роликов 11.
В конструкции, показанной на рис. 107, г, рука 15 переме-
щается на четырех роликах 16, которые установлены в кронштей-
нах каретки 17. Несущий элемент руки 15 согнут из листового
196
материала и представляет в сечении квадрат, в углы которого
упираются ролики.
В роботах, где движение осуществляется от упора до упора,
направляющие качения для прямолинейного движения обычно
не применяются.
5. СИЛОВОЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ
Силовое электрооборудование роботов включает в се-
бя, приводные двигатели гидравлических насосов и генераторов
спецтоков, аппаратуру управления электродвигателями,.пони-
жающие трансформаторы, силовые выключатели, а также предо-
хранители и другие устройства.
Силовое электрооборудование, как правило, размещается
в конструкции самого робота, что обеспечивает минимальную
длину кабельных связей манипулятора с пультом управления и
другими внешними устройствами, повышает удобство и простоту
обслуживания.
К виброустойчивости электрооборудования, размещенного
в конструкции робота, предъявляются повышенные требования,
так как оно должно надежно работать в тех же условиях, что
и сам робот.
В качестве примера на рис. 108 приведена схема силового
электрооборудования робота «Юнимейт» модели 2200.
Сеть трехфазного переменного тока (220 В, 50 Гц) подклю-
чается к роботу через основной выключатель В, расположенный
в главной распределительной коробке.
Рис. 108. Схема силового электрооборудования
197
От основного выключателя трехфазный ток подводится
к контактам магнитного пускателя Р1, а однофазный ток — к
выводам первичной, обмотки трансформатора Тр. Вторичная
обмотка трансформатора Тр обеспечивает управление пуском
электродвигателя и работой силовых цепей.
При нажатии кнопки «пуск» срабатывает пускатель Р1 и
через свои нормально открытые контакты включает трехфаз-
ный асинхронный электродвигатель М насосной станции и одно-
временно подает напряжение 220 В в блок питания системы
управления робота. Кнопка «пуск» блокируется нормально от-
крытым контактом пускателя Р1, нормально открытым кон-
тактом реле Р2 и контактами реле давления РД. В цепь катушки
магнитного пускателя Р1 включены также нормально закрытые
контакты тепловых, реле РТ, включенных в две фазы двигате-
ля М.
Реле Р2 запитывается от блока питания напряжением + 12 В.
Если давление в гидросистеме падает ниже 35 кгс/см2 или
происходит потеря постоянного напряжения +12 В, подача тока
к катушке пускателя прерывается, и робот останавливается.
В силовом электрооборудовании роботов применяются
стандартные электроагрегаты и коммутирующая аппаратура,
поэтому нет необходимости подробно рассматривать их кон-
струкцию.
Глава VII
КОНСТРУКЦИИ МЕХАНИЗМОВ
СХВАТОВ РОБОТОВ
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Роботы применяются на самых разнообразных опе-
рациях и работают с деталями, резко отличающимися по проч-
ности, массе, габаритам, конфигурации, расположению центра
масс, шероховатости поверхности. Детали могут быть изготов-
лены из различных металлов, керамики, стекла, пластмассы.
Это могут быть и массивные поковки и крупногабаритная тара
из пластмассы, стальные листы, кирпич, листы из стекла и
стеклянные трубки. Один и тот же робот может транспортиро-
вать собранные узлы, тару с насыпанными мелкими деталями,
емкость с жидкостью и, кроме этого, работать различным ин-
струментом — распылителем, гайковертом, пневмоотверткой.
Поэтому обычно для каждой модели робота создается большое
число всевозможных схватов, которые при необходимости легко
и быстро заменяются и монтируются на кисти. В некоторых кон-
струкциях роботов схваты могут меняться автоматически
в соответствии с записанной программой.
Схваты можно подразделить на:
— механические с жесткими или пружинящими губками;
— с вакуумными присосами;
— с электромагнитами;
— с сенсорными датчиками;
— прочие схваты, в том числе схваты, несущие инструмент.
Нередко эффективность применения робота при выполнении
тех или иных технологических операций определяется тем, на-
сколько удачно выбрана конструкция схвата. Во многих случаях
схваты должны приспосабливаться к изменению размеров дета-
ли после обработки. В схватах нередко вводятся гибкие эле-
менты, что делает их самоустанавливающимися.
2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СХВАТЫ
В качестве приводов механических схватов исполь-
зуются гидро- и пневмоцилиндры, штоки которых через систему
рычагов или других механизмов приводят схваты в действие.
На рисунках 109—115 приведены примеры конструктивных
решений некоторых механических устройств схватов промыш-
ленного робота «Юнимейт».
199
Рис. 109. Схват с рычажно-ку-
лисным приводом:
/ — рычаг; 2, 3 — губки
На рис. 109 представ-
лен схват с рычажно-ку-
лисным приводом и смен-
ными губками 2, 3 к нему.
Для деталей, имеющих
параллельные плоскости,
применяются самоуста-
навливающиеся губки
схвата 3. Если диаметр
детали меняется после
обработки, то использу-
ются губки 2 для деталей
разных диаметров.
В некоторых случаях
на кисти рационально
иметь два или четыре
схвата. Схема кисти с
двумя схватами приведе-
на на рис. НО. Один схват, например, может снять крышку с
контейнера, второй.— вынуть из контейнера деталь. Этот же
принцип применяется при обслуживании станка: один схват
вынимает деталь из патрона и отводит ее в сторону при разворо-
те кисти, второй — устанавливает в патрон станка заготовку.
Для работы с тяжелыми и громоздкими деталями применяет-
ся схват, схема которого показана на рис. 111. Здесь центр масс
детали расположен недалеко от места, за которое деталь удер-
Рис. 110. Кисть с двумя схватами
200.
Рис. 111. Схват для работы с тяжелыми деталями
живается, чем уменьшается возможность качания детали во
время ее переноса.
Если деталь должна быть переориентирована, то применяется
кисть с двойным схватом (рис. 112). «Шляпообразная» деталь
захватывается внешними схватами 2, когда она стоит фланцем
вверх. Когда деталь перевернута, цилиндр меньшего диаметра
захватывается схватами 1. Так делается во всех случаях, когда
в процессе обработки форма и размеры детали значительно
меняются.
Для работы с длинными тонкими трубками используется
схват с пневмоприводом, выполненный так, как показано на
рис. ИЗ. При включении пневмоцилиндра 2 пальцы 1 и 4 дви-
гаются по дуге, пока не встанут перпендикулярно оси трубки,
далее они входят в трубку и зажимают её.
Схват с пневмоприводом используется для работы с длинно-
мерными деталями, имеющими в сечении неправильную форму.
Кисть с подобными схватами показана на рис. 114. Кисть имеет
длинную балку 3, на концах кото-
рой смонтированы два схвата 2,
имеющих по одному приводному
пневмоцилиндру 1.
Для переноса больших полых
цилиндрических деталей, напри-
мер емкостей, изготовленных из
пластмасс, применяется схват,
схема которого показана на рис.
115. Ч
В углах рамы 1 на осях уста-
новлены три звездочки 4. На осях
звездочек вместе с ними установ-
лено три одинаковых кулачка 3.
Звездочки 4 охватываются цепью
Рис. 112. Кисть с двойными (внутрен-
ним 1 и внешним 2) схватами
201
Рис. 114. Схват для длинномерных деталей:
1 — пиевмоцнлнидр; 2 — схват; 3 — балка
5. Для привода цепи используется гидроцилиндр или пневмоци-
линдр 2. При включении цилиндра 2 цепь 5 перемещается и ку-
лачки поворачиваются до тех пор, пока не упрутся в боковую по-
верхность переносимой детали. Один такой схват пригоден для
работы с деталями различного диаметра.
Для роботов, используемых на разгрузке и раскладке кирпи-
ча, сконструированы специальные схваты с пневмоприводом,
которые содержат набор лопаток. Схваты могут удерживать до
24 кирпичей стандартных размеров (по 8 шт. в 3 ряда). В неко-
торых случаях применяются специальные типы схватов (деталь,
например, может прижиматься к кронштейну штоком исполни-
тельного цилиндра).
Ниже приведены примеры некоторых конструкций схватов
для отечественного робота УМ-1. Эти устройства предназначены
для роботов, выполняющих переноску, ориентирование, установ-
ку и снятие обработанных деталей при обслуживании операций
на токарных станках.
На рис. 116 показан схват, с помощью которого роботом
обслуживается одновременно два токарных станка, используе-
202
Рис. 115. Схват для полых цилиндри-
ческих деталей:
1 — рама; 2 — гндроцилиидр или пнев-
моцилиндр; 3 — кулачок; 4 — звездочка;
5 — цепь
мых для обточки и внутренней
расточки гильзы. В процессе
выполнения операций робот с
этим схватом берет заготовку
из накопителя, устанавливает
ее в кулачковый патрон перво-
го станка, снимает обработан-
ную заготовку, переворачивает
ее на 180°, устанавливает в
разжимную оправку второго
станка, снимает готовую де-
таль и укладывает ее в нако-
питель. Конструкция схвата предусматривает возможность ком-
пенсации некоторого несовпадения оси обрабатываемой детали
и осей шпинделей станков с осью схвата, а также «мягкую» до-
сылку детали до упора в патрон станка. Для этой цели схват
снабжен самоориентирующимися «плавающими» схватами,
имеющими две степени свободы — вдоль оси руки робота и во-
круг оси губок схватов. Неточности совпадения осей компенси-
рует также резина, которой облицованы ложементы схвата.
С помощью схвата, показанного на рис. 117, робот УМ-1 дол-
жен выполнить примерно такие же операции, как и в предыду-
щем случае при обработке другой детали — ступицы колеса.
Деталь захватывается за отверстие, а неточности совпадения
осей схвата, детали и шпинделя станка компенсируются
резиновыми обечайками, которыми облицованы рычаги 1 схва-
тов. Надежное прижатие детали к торцу патрона обеспечивается
двумя подпружиненными упорами 2.
Рис. 116. Схват для гильзы
203
Рис. 117. Схват для ступицы колеса:
1 — рычаг; 2 — упор
Рис. 118. Самоориентирующий схват для цилиндрической заготовки массой
25 кг
Еще один образец самоориентирующего схвата к роботу
УМ-1 показан на рис. 118. Этот схват предназначен для взятия
из тары, установки в патрон токарного станка, снятия и укладки
в другую тару полой, цилиндрической стальной заготовки диа-
метром до 200 мм и массой до 25 кг. Самоустановка здесь дости-
гается независимым поворотом каждого схвата на оси. После
снятия нагрузки губки схватов возвращаются в первоначальное
положение. Для работы с деталями разных диаметров, а также
при переходе на обработку новой детали, предусмотрена пере-
становка схватов в три фиксированных положения.
На рис. 119 представлена конструкция схвата, рычажная
стрела которого позволяет широко разводить схват, не увеличи-
вая хода приводного пневмоцилиндра. В результате при разводе
губок схватов на требуемые углы время на включение и выклю-
чение схвата уменьшается.
204
Рис. 119. Схват широкоразводный
Следует отметить, что при конструировании схватов большое
внимание удаляется снижению их массы, так как при увеличен-
ной массе схватов, находящихся на большом расстоянии от
вертикальной оси поворота руки, значительно возрастает
момент инерции вращающихся элементов, в связи с чем умень-
шается грузоподъемность робота.
3. ВАКУУМНЫЕ СХВАТЫ
Вакуумные схваты применяются преимущественно
при работе с листовыми деталями. Эти схваты отличает просто-
та конструкции и небольшая масса. Наиболее распространенная
конструкция вакуумного схвата показана на рис. 120. Одним из
основных элементов этих схватов является чашка-присоска 5,
которая делается обычно из резины или пластмассы. Присоски
используются также для захвата стеклянных деталей со слож-
ной наружной поверхностью или для захвата нескольких раз-
205
ных по форме, но близких по размеру деталей. Иногда присоски
делаются в виде пластин с большим количеством отверстий,
каждое из которых предназначено для захвата одной детали.
Откачивание воздуха из-под присоски производится вакуум-
ным насосом через шланг, протянутый вдоль руки робота, или
с помощью эжектора, работающего от цеховой сети сжатого
воздуха.
Для запуска и выключения вакуумного насоса в магистраль
насоса встраивается датчик, который при образовании заданной
степени вакуума подает сигнал в систему управления роботов.
4. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СХВАТЫ
У схватов, работающих с помощью электромагнитов,
область применения аналогична с вакуумными схватами. Пре-
имуществом электромагнитных схватов является большая сила
притяжения на единицу площади, быстрота срабатывания и про-
стота конструкции. К их недостаткам следует отнести возмож-
ность использования схватов только для работы с деталями из
магнитных материалов и наличие остаточного магнетизма на
перемещаемых деталях. Менее удобны схваты с постоянным
магнитом (рис. 121), так как в этом случае снятие детали дол-
жно производиться с помощью приспособления.
Рис. 121. Схваты электромагнитные с
одним (а), двумя (б) и четырьмя (si
магнитами:
/ — деталь; 2 — магнит
206
5. СХВАТЫ С СЕНСОРНЫМИ ДАТЧИКАМИ
В некоторых случаях необходимо, чтобы робот наря-
ду с выполнением основных функций выдавал разного рода
информацию, например об исправности и правильности работы
оборудования в момент установки и обработки детали, а также
о соблюдении заданных параметров в процессе обработки и т. д.
Роль контрольных органов могут исполнять специальные датчи-
ки, выдающие сигналы о всевозможных отклонениях от задан-
ного режима или об изменении условий обработки или внешней
среды. В ряде случаев, когда требуется информация о взятии и
установке детали, об усилии сжимания, температуре, скорости
перемещения детали или о положении схвата относительно де-
тали и т. д., используются сенсорные датчики, которые устанав-
ливаются непосредственно на схватах.
6. СХВАТЫ С РАБОЧИМ ИНСТРУМЕНТОМ
Многие из схватов, которыми оснащены роботы, не-
сложно приспособить для выполнения основных операций про-
изводственных процессов, например, для сварки, нанесения
покрытий и др. Для этого надо установить на схват клещи для
точечной сварки, приспособление, несущее электрод или газовую
горелку, пистолет для нанесения пластмасс или лакокрасочных
покрытий. Существуют схваты с ножницами для обрезки кабе-
ля, разработаны схваты с устройством для гибки труб.
Схваты с надувными резиновыми оболочками (мешками)
хорошо зарекомендовали себя в работе с хрупкими изделиями
различной формы.
Державки к схватам для деталей, имеющих очень сложную
форму, могут быть изготовлены путем отливки пластмассы в
форму, сделанную непосредственно по детали. При необходи-
мости эта пластмасса может быть армирована стекловолокном.
Большие трудности вызывает использование роботов на
сборочных операциях. Эти трудности можно в некоторых случаях
легко преодолеть, если для соосной установки двух сопрягаемых
деталей сообщить схвату с деталью, которая должна быть вло-
жена в отверстие, колебательные движения. При совмещении
осей отверстия и детали амплитуда становится меньше и прекра-
щение колебаний служит сигналом для открытия схвата.
В процессе эксплуатации роботов приходится создавать раз-
личные конструкции схватов, всякий раз заботясь о наиболь-
шей приспособленности схвата к детали.
Глава VIII
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РОБОТОВ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Системы управления промышленных роботов могут
быть разделены на две основные группы:
— работающие по жесткой программе;
— работающие по гибкой программе.
В свою очередь системы управления, работающие по жесткой
программе, могут быть разделены на:
— цикловые;
— позиционные;
— контурные;
— контурно-позиционные.
Приведенная классификация является укрупненной и отра-
жает лишь главную особенность систем управления, связанную
с их назначением.
Системы одинакового назначения могут иметь различное
конструктивное исполнение. Например, известны цикловые
системы управления, построенные как на электрических, так и
на пневматических логических элементах.
Разнообразны применяемые в системах управления роботов
программоносители. В известных образцах отечественных и
зарубежных роботов для этой цели широко используются
штекерные панели (роботы ПР-10И и «Аида»), штекерные
барабаны (роботы «Универсал-50» и «Версатран Р»), перфолен-
ты (роботы УМ-1 и «Юнимэн-2000»), магнитные барабаны (ро-
бот «Юнимейт» модели 2200), а также кассеты с магнитной лен-
той (робот «Юнимэн-3000»).
Большим разнообразием отличаются также применяемые
в роботах датчики обратной связи даже для сходных по струк-
туре систем управления.
Конструкция систем управления зависит от типа исполни-
тельного привода.
Позиционные и контурные системы управления могут быть
аналоговыми и цифровыми, что, главным образом, определяется
видом используемых в них устройств сравнения сигналов про-
граммы работы робота и сигналов датчиков обратной связи.
Роботы, работающие по жесткой программе, составляют
группу роботов первого поколения.
208
Дальнейшая перспектива расширения возможностей и об-
ластей применения промышленных роботов связана с оснаще-
нием их различного вида сенсорными датчиками и адаптивными
системами управления. Такие роботы должны обладать боль-
шей гибкостью и выполнять ряд операций, недоступных роботам
первого поколения (взятие, захват и установка неориентирован-
ных деталей, сборка несложных узлов и т. д.). В простейшем
случае адаптивные системы управления включают логические
блоки, осуществляющие сбор и переработку информации, посту-
пающей от ограниченного числа сенсорных датчиков, фикси-
рующих значение самых необходимых параметров. С усложне-
нием задач, которые должны решать роботы во взаимодействии
с внешней средой, оказывается необходимым создавать адап-
тивные системы управления на базе мини-компьюторов и ЭВМ.
Условно к адаптивным системам управления могут быть
отнесены и создаваемые в разных странах экспериментальные
образцы систем управления роботов третьего поколения, кото-
рых отличает наличие развитой подсистемы зрительного вос-
приятия трехмерного пространства и использование ее для
управления движением исполнительного устройства.
В настоящей главе более подробно рассмотрены системы
управления роботов, работающих по жесткой программе.
2. ЦИКЛОВЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Цикловые системы управления нашли применение
в промышленных роботах с ограниченным числом точек пози-
ционирования, в которых перемещения подвижных элементов
ограничиваются либо концевыми выключателями, либо жестки-
ми переналаживаемыми упорами.
На рис. 122 показана панель управления пульта робота АН-6
фирмы «Аида», оснащенного цикловой системой управления
(перемещения подвижных элементов робота ограничиваются
жесткими упорами).
В левой части панели располагаются органы ручного управ-
ления, в правой — программное коммутационное поле.
Отдельные органы ручного управления имеют следующее
назначение:
— тумблер «Реле времени» — для включения временной
задержки между циклами при отработке роботом заданной про-
граммы;
— регулятор «Время» — для установки величины задержки
времени между циклами;
— регулятор «Такт» — для установки частоты тактовых
импульсов;
— тумблеры А, В, С, D и Е — для управления подвижными
элементами робота в ручном режиме (А — поворот руки, В —
14 Заказ 3483 209
Рис. 122. Панель управления пульта робота АН-6
210
выдвижение руки, С — схват, D — вращение кисти, Е — подъем
и опускание руки);
— кнопка Р — для управления технологическим оборудова-
нием, работающим в комплексе с роботом, в режиме наладки
технологического процесса.
Программное коммутационное поле содержит:
— наборное штекерное поле емкостью 100 гнезд;
— пять групп гнезд А, В, С, D, Е (по шесть гнезд в группе),
каждая из которых соответствует одному из движений органов
робота;
— десять гнезд «Пресс», G, Н, J, К — для связи системы
управления робота с технологическим оборудованием;
— гнезда «Повторение цикла» и «Останов».
Три верхних гнезда каждой группы гнезд А, В, С, D, Е
соответствуют движению исполнительного органа робота из
исходного положения в другое крайнее, а нижние гнезда —
возврату в исходное положение.
Блок-схема системы управления робота АН-6 приведена на
рис. 123.
Импульсы генератора тактовых импульсов через схему сов-
падения подаются на блок распределения импульсов, подклю-
ченный к наборному штекерному полю. С помощью блока рас-
пределения импульсы последовательно подаются ко всем
14;
211
гнездам поля. Для этой цели в блоке используются два
четырехразрядных счетчика импульсов и два дешифратора.
Счетчики включены таким образом, что сброс первого осущест-
вляется всякий раз, когда на его вход поступает одиннадцатый
импульс, при этом импульс переносится на счетный вход второго
счетчика.
Выходы дешифраторов подсоединены к гнездам наборного
поля через логические схемы совпадения. После прихода им-
пульса к сотому гнезду наборного поля оба счетчика сбрасы-
ваются, и цикл обегания импульсами гнезд поля повторяется.
Частота генератора тактовых импульсов регулятором «Такт»
(см. рис. 122) может регулироваться в пределах 50—10 Гц, что
позволяет изменять время «обегания» поля и соответственно
время цикла от 2 до 10 с.
Программа работы робота набирается на коммутационном
поле с помощью проводников, оконцованных штекерами. Для
этого в соответствии с карточкой программирования один конец
каждого проводника вставляется в гнездо наборного поля, а
другой — в одно из гнезд, соответствующих движению исполни-
тельных органов робота или управлению технологическим обору-
дованием, либо в одно из гнезд «Повторение цикла» или
«Останов».
Соединение проводником гнезда «Повторение цикла» с лю-
бым промежуточным гнездом наборного штекерного поля
позволяет задать требуемую продолжительность цикла в соот-
ветствии с конкретным технологическим процессом. В этом
случае сброс счетчиков блока распределения импульсов проис-
ходит после прихода импульса к промежуточному гнезду поля,
соединенному с гнездом «Повторение цикла».
Соединение проводником гнезда «Останов» с любым гнездом
наборного штекерного поля позволяет автоматически прервать
отработку роботом программы в любом месте. Использование
гнезда «Останов» оказывается удобным при наладке техноло-
гического процесса, так как позволяет проверять набранную на
пульте робота программу по шагам.
Срабатывание исполнительных реле (см. рис. 123), пред-
назначенных для управления движением исполнительных орга-
нов робота или технологическим оборудованием, осуществляется
через триггерные ячейки, подключенные к гнездам наборного
штекерного поля, и усилители. Блоки № 1 и триггеров, и уси-
лителей используются для управления органами самого робота,
блоки № 2 — для управления внешним технологическим обору-
дованием, работающим в комплексе с роботом.
На блок-схеме (см. рис. 123) показано включение реле вре-
мени, обеспечивающего задержку времени между циклами.
Со стороны наборного штекерного поля (см. рис. 122) запуск
реле времени осуществляется через гнездо «Повторение цикла».
В свою очередь сигнал реле времени подается к блоку распре-
212
деления импульсов через схему совпадения. Регулятором «Вре-
мя» на панели пульта управления задержка времени может
устанавливаться в пределах 0—30 с.
На рис. 124 показана карточка программирования робота.
ДеОс/пбие Знях bug X 1 Зяях лрограммя- робяяяз/
Л о борот pyxis ЕхеЕо Л * ЯЕ
Лоборот руки блрабо -— Я * Ях
£б/у&/жем/е рум/ —— е * Вх
Я/пяге/бям/е руля —— Е * BE
/7ор//Р/ги/е ру/ся Е * ЕЕ
Улусхяяяе рум/ Е * Ех
Размб/хяяяе сзсбя/л а —— С * ЕЕ
Ежатие слоЕата •—• с * Ех
Зрящеяяе м/с/пя 6/гебя я *• ЛЕ
Арящем/е м/с/пя блрабо я * Дх
Лосреуо£я/ле/гб//ом» о/?еряя</& / 2 3 4 5 S 7 8 9 Ю II !2 73 79
Злах уеОетби? — *—* ^4 —— — Я Я I
Зяя/с лрогряммярО бям/р Вх Ех Ex ЕЕ BE Ях BX Ex EE BE Лх Я6 ЛЕ EE
ЛеоЕхоуимое Ерелгр 7,0 ОД 0,3 0,0 0,9 is 7,0 ОД 0,3 0,9 0,3 0,2 7,3 0,6
//• гнезуи 1 И ft IE 22 3! 96 S6 60 63 72 75 77 90
OEexpavepi/sr- х-хо8д В-ВозВрат
Рис. 124. Карточка программирования робота АН-6
213
Следует заметить, что интервал времени, фиксируемый
в карточке программирования, определяет собой время между
началами двух последовательных операций, а не время, необхо-
димое для перемещения того или иного исполнительного органа
робота или технологического оборудования.
Пример карточки программирования, приведенной на
рис. 124, соответствует частоте тактовых импульсов, равной
10 Гц. Последовательность операций, приведенных в карточке:
1 — выдвижение руки, 2 — опускание руки, 3 — сжатие схвата,
4 — поднятие руки, 5 — втягивание руки, 6 — поворот руки впра-
во, 7— выдвижение руки, 8 — опускание руки, 9 — размыкание
схвата, 10 — втягивание руки, 11—включение пресса, 12 — по-
ворот руки влево, 13 — отмена сигнала на включение пресса,
14 — поднятие руки.
Для набора программы (рис. 125) одно из верхних гнезд
группы В проводником соединяется с гнездом / наборного поля,
Рис. 125. Пример набора программы
214
затем одно из верхних гнезд группы Е — с гнездом 11 наборного
поля и так далее в соответствии с карточкой программирования.
Блоки, на которых собираются цикловые системы управле-
ния, обычно компактны и могут быть размещены в конструкции
самого робота.
Известны конструкции цикловых систем управления, в ко-
торых наборное штекерное поле заменено наборным полем на
декадных переключателях.
Объем наборного поля в каждом конкретном случае опреде-
ляется технологическим назначением робота и числом его сте-
пеней свободы. Так, в роботе «ПР-10И», в котором в отличие от
робота АН-6 имеется дополнительная возможность останова
руки при повороте в промежуточном положении, наборное ште-
керное поле имеет 150 гнезд.
Цикловые системы управления могут быть выполнены и во
взрывоопасном исполнении. В этом случае наиболее целесооб-
разным является их построение на базе пневматических логи-
ческих элементов, как это сделано в роботе модели ПР-ЮС.
Переналаживаемая цикловая система управления роботом
ПР-10С построена на базе пневматической агрегатно-модульной
системы «Цикл», разработанной Институтом проблем управле-
ния [19] и заводом «Тизприбор», и может быть использована
в пожаро- и взрывоопасных помещениях, а также в условиях
радиационных и магнитных полей.
Время одного такта в системе управления задается генера-
тором и регулируется в непрерывном интервале от 0,1 до 0,2 с.
Система обеспечивает работу робота в автоматическом и на-
ладочном режимах.
Система управления имеет блочную структуру, что позво-
лило при наличии серийно выпускаемых функциональных
блоков значительно сократить сроки проектирования системы и
упростить ее обслуживание и наладку. По зарубежным
данным, затраты на разработку и отладку системы циклового
управления с использованием функциональных блоков составля-
ет 10% от затрат на систему, построенную обычным способом,
однако в этом случае появляется некоторая избыточность эле-
ментов и модулей.
Стандартная структура системы управления роботом ПР-10С,
показанная на рис. 126, состоит из блока логических условий
БЛУ, блока распределения команд БРК, генератора Г, блока вы-
хода БВ и блока временных задержек БЗ.
БЛУ вырабатывает сигналы логических условий, разрешаю-
щих первоначальное включение робота, выполнение тех или иных
движений, переход на следующий цикл и вызывающих останов-
ку робота. На входы БЛУ подаются сигналы Xi—Хъ контроля
состояния обслуживаемого оборудования 00, сигнал у о падении
давления в исполнительной пневмосистеме, сигналы Za — ZE
контроля состояния исполнительных органов робота, Р, сигналы
215
Рис. 126. Структура цикловой системы управления роботом ПР-ЮС
cti — «4 и Рд1’ — Рг0’, поступающие с панели пульта управления
ППУ, сигнал Y от БЗ, а также сигналы от гнезд Р, Ж—Н и 150,
расположенных на коммутационном поле. Сигналы с выхода
БЛУ поступают на входы БРК и БВ.
БРК выдает команды на управление движением исполнитель-
ных органов робота и управление обслуживаемым оборудова-
нием, этот блок представляет собой обегающее устройство
(кольцевой счетчик) емкостью 150 точек. Поступающие от гене-
ратора Г через БЛУ импульсы Xri последовательно пробегают
все точки. БРК выполнен в виде прямоугольной матрицы
(рис. 127), которая состоит из двух обегающих устройств, соб-
ранных по каскадной схеме и работающих в восьмеричной
системе счисления, и дешифратора, собранного по прямоугольной
216
Рис. 127. Принципиальная схема блока распределения команд:
Т — триггер с раздельными входами; SR — входы включающий и выключающий соот-
ветственно; Тс — триггер со счетным входом; И — двухходовын логический элемент, вы-
полняющин операцию конъюнкции; а, b — выходные сигналы
схеме. Одно обегающее устройство считает до 8, а второе — чис-
ла, кратные 8. Выходы обегающих устройств соединены со
входами дешифратора, в узлах которого (в точках пересечения
горизонтальных и вертикальных линий, обозначенных знаком
«X») расположены логические двухвходовые элементы «И». Вы-
ходы элементов И соединены с матричным полем коммутаци-
онной платы. Обегающее устройство, считающее до 8 (горизон-
тальное), работает по переднему и заднему фронтам импульса
ХгГ, обегающее устройство, считающее числа, кратные 8 (верти-
217
кальное), имеет счетный триггер и работает только по переднему
фронту импульса ag.
В автоматическом режиме сигналы от БРК поступают к БВ
в результате коммутации определенных гнезд матричного поля
с гнездами А*/’— Ез0>, соответствующими движениям испол-
нительных органов робота, и с гнездами — е<°), управляющи-
ми обслуживаемым оборудованием.
Последний обеспечивает запоминание поступающих команд
и формирование воздействий ZA — ZE на органы управления ро-
ботом Р; воздействий Z, — Z5 да органы управления 00 и воз-
действий VA — VE на органы индикации, расположенные на
ППУ.
БЗ реализует выдержку времени между концом одного
цикла и началом следующего, величину которой можно регу-
лировать от 1 до 50 с.
Рассмотрим более подробно функции, выполняемые БЛУ.
1. БЛУ обеспечивает два режима работы робота: автомати-
ческий и наладочный.
Выбор режима осуществляется тумблером аз. При автома-
тическом режиме снимается питание с кнопок Рд1’ —Ре’,
управляющих перемещением исполнительных органов робота
в наладочном режиме. При наладочном режиме отключается
БРК и формируется сигнал, запрещающий включение робота при
нажатии на кнопку Рп («Пуск»).
2. БЛУ разрешает первоначальное включение робота после
наладки только в том случае, если все его исполнительные
органы находятся в исходном положении. При этом от БЛУ на
вход БРК подается сигнал Qn, подготавливающий БРК к вклю-
чению, и разрешается проход импульсам ХГ1 от генератора к
БРК.
3. БЛУ вырабатывает условия перехода от одной операции
цикла к следующей, складывающиеся из основного условия и
разрешающего. Разрешающее условие отражает связь с обслу-
живаемым оборудованием. В отдельных случаях разрешающее
условие может отсутствовать, тогда команда на начало операции
подается по приходе импульса Xri в гнездо матрицы, соединен-
ное с одним из гнезд А?’— Ез°} , соответствующим этой
операции. Разрешающим условием для выполнения любой
операции цикла является поступление сигналов Xi — Х6 от
обслуживаемого оборудования. Команда на переход к следую-
щей операции при наличии разрешающего условия формируется
путем коммутации одного из гнезд Ж—Н с гнездом матрицы,
расположенным перед гнездом, соединенным с гнездом
А’,1’—£^0) соответствующего движения. Если сигнал —Х6,
* Верхние индексы (1) и (0) означают соответственно включение и воз-
врат исполнительных органов робота, нижние 1—3 — номер гнезда.
218
подтверждающий выполнение команды обслуживаемым оборудо-
ванием, отсутствует, то БЛУ вырабатывает сигнал, запрещаю-
щий прохождение импульсов Хг1 от Г к БРК; одновременно
в БРК запоминается координата последнего опрошенного гнезда
матрицы. В результате робот останавливается. После поступле-
ния в БЛУ сигнала об исполнении команды обслуживаемым
оборудованием запрет снимается, импульсы Хг1 вновь проходят
к БРК, и робот продолжает движение. При отработке программы
сигналы Xi — Х6 можно имитировать кнопками р, — 06.
4. При небольшом количестве операций цикл может быть
закончен до поступления импульса Xri в последнее гнездо мат-
рицы. В этом случае гнездо «Р» на коммутационном поле соеди-
няется с гнездом окончания цикла. После прихода импульса
в это гнездо БЛУ вырабатывает сигнал QC6, который обеспечи-
вает возвращение БРК. в исходное положение. Повторение цикла
происходит либо сразу, либо (при включенном тумблере аг) че-
рез определенный промежуток времени, определяемый настрой-
кой БЗ.
5. При подаче сигнала от тумблера оц к БЛУ вырабатывается
команда, обеспечивающая останов робота после окончания
последней операции цикла. При падении давления в исполни-
тельной пневмосистеме ниже допустимого появляется сигнал у,
который вызывает те же последствия, что и сигнал от тумбле-
ра СЦ-
6. БЛУ обеспечивает останов робота при нажатии на кнопку
«Стоп», при этом предыдущие команды, поданные к исполни-
тельным органам робота, не стираются. Дальнейшее движение
робота происходит после нажатия на кнопку рп («Пуск»).
Агрегатно-модульная система «Цикл» средств циклической
автоматики состоит из девяти блоков, конструктивно оформлен-
ных в виде кассет стандартных размеров с регулярным разме-
щением элементов и регулярной организацией внутренних
коммуникаций. Конструктивно-компоновочной особенностью си-
стемы является высокая степень унификации; она отвечает тре-
бованиям нормативов ГСП УТК- Кассеты снабжены быстросмен-
ными разъемами. В качестве элементной базы системы «Цикл»
применена струйно-мембранная релейная техника, сочетающая
достоинства струйных и мембранных элементов [19].
Элементная база системы «Цикл» содержит струйные логи-
ческие преобразователи (с помощью которых выполняется
основной объем логических операций), согласующие мембран-
ные усилители (предназначенные для осуществления развет-
влений в схемах для организации обратных связей и для
формирования выходных сигналов на исполнительные органы)
и усилители мощности (используемые для реализации одно- и
двухвходовых логических функций).
Струйные логические преобразователи работают в пассивном
режиме. На входах струйных модулей и выходах усилителей
219
менее 300
*з -Ч Рис.. 128. Принципиальные схемы структур-
ных логических элементов:
а — первый тип; б — второй тип
отсутствуют сигналы стандартного
— уровня давления (1,4 кгс/см2). Вы-
сокая степень надежности управля-
ющих устройств, построенных на ба-
зе системы «Цикл», обеспечивается
за счет того, что на выходах струй-
ных модулей формируются сигналы
мм вод. ст., в то время как согласующие
усилители срабатывают при величине сигнала на входе менее
200 мм вод. ст. Струйные модули снабжаются местными фильтра-
ми, что обеспечивает их защиту от загрязнения частицами, не
отфильтрованными в устройстве подготовки воздуха. Струйные
модули и усилители имеют стандартные габаритные размеры (в
плане) 26X26 мм и стандартные цоколи.
На функциональной пластине струйного модуля с одной
стороны размещается два струйных элемента, а с другой — стан-
дартная сетка коммуникационных каналов. В системе исполь-
зуются струйные элементы двух типов, которые реализуют сле-
дующие функции:
у = (X1VX2) (X3VX4) — первый тип (рис. 128, а);
у = (X1VX2) (*3vx4) — второй тип (рис. 128, б).
Три типа функциональных логических пластин содержат
соответственно по два элемента первого типа, по два элемента
второго типа и по одному элементу первого и второго типов.
Кроме того, используется вспомогательная пластина для реали-
зации логической операции «ИЛИ» по дроссельной схеме. В один
струйный модуль может входить не более трех функциональных
пластин, собираемых в пакет и разделяемых прокладками.
Рис, 129. Принципиальные схемы двухкаскадных усилителей давления и мощ-
ности:
а — усилитель, работающий по схеме повторения; б — по схеме отрицания; 1 — питание
каскада усиления мощности; 2 — управляющий вход; 3 — питание каскада усиления
давления (при включении системы подается с опережением относительно питания 1);
4 — выход; 5 — выход в атмосферу
220
г
о
Рис. 130. Принципиальные схема однокаскадных усилителей давления:
а — усилитель, работающий по схеме отрицания; б — по схеме повторения; 1 — пита-
ние; 2 — управление; 3 — выход: 4 — выход в атмосферу
Согласующие усилители являются двухкаскадными и уси-
ливают сигнал по давлению и мощности. В первом каскаде
происходит усиление по давлению, а во втором — по мощности.
Эти усилители могут работать в режиме повторения и в режиме
отрицания. Схемы усилителей приведены на рис. 129. Однокас-
кадные усилители (рис. 130) в активном режиме выполняют
логические операции «ДА» и «НЕ», а в пассивном режиме опе-
рации «И» и «ЗАПРЕТ».
В системе управления роботом ПР-ЮС используются сле-
дующие блоки системы «Цикл»:
— блок усилителей функционального назначения;
— блок усилителей вспомогательного назначения;
— блок универсальной логики;
— блок обегания.
Кроме того, в системе используются дополнительные блоки:
— генератор Г;
— блок выдержки времени БЗ.
В качестве входных и выходных дискретных сигналов дол-
жно быть:,
при значении «0» — 0—0,1 кгс/см2;
при значении «1» — 1,1 —1,4 кгс/см2.
Питание блоков должно осуществляться сухим, очищенным
от пыли и масла воздухом при давлении 1,4 ± 0,14 кгс/см2.
Блоки усилителей вспомогательного и функционального
назначений имеют по 16 «посадочных» мест каждый для уста-
новки однокаскадных усилителей, причем на каждое место
может устанавливаться как усилитель, работающий по схеме
повторения, так и усилитель, работающий по схеме отрицания.
В блоке усилителей вспомогательного назначения каждые четыре
элемента имеют общий канал питания. Этот блок используется
для построения дешифратора БРК- В блоке усилителей функ-
ционального назначения каждый усилитель имеет индивиду-
альный подвод питания. Этот блок применен для построения
БЛУ и БВ.
Блок универсальной логики предназначен для выполнения
различных логических операций (в том числе и запоминания);
на нем может быть установлено до восьми логических ячеек. Все
логические операции выполняются струйными модулями, рабо-
221
тающими в пассивном режиме, когда ни один из элементов не
связан с источником питания. Сигналы с выхода струйных мо-
дулей подаются на двухкаскадные мембранные усилители,
работающие как по схеме повторения, так и по схеме отрицания.
Струйный модуль вместе с усилителем представляет собой
логическую ячейку. Реализуемые блоком логические функции
приведены на рис. 131. Входы струйного модуля коммутируются
либо с выходами других устройств, либо с выходами внутри-
схемных усилителей, в частности, при наличии в схеме обратных
связей.
На вход струйного модуля подается давление 1,4 кгс/см2,
для его понижения на входе в модуль установлены пневматиче-
ские сопротивления. Для контроля работы блока применены
Рис. 131. Логические функции, реализуемые
а - 3 - [(11V12) 1]V[(6V8)-(7V4)];
б — 3 - 1I-12V(6V8)X(6V8)- (7V4);
в -- 3 == 11VI2V5V67V4;
г - 3 = (11- 12)V(7-4)V(5-6);
д — 3 = 11 -12-(6V4); е — 3 == [(11V12) • 1V5] 6;
ж - 3 = [(11 12JV6J-(5V4); з — 3 = (11 • 12)V(4-6)
блоком универсальной логики:
222
----------.... - Рис. 132. Принципиальная
п-mt I 6--------пневматическая схема блока
—I? II 2fi* 1 обегания
223
пневматические индикаторы. Блок универсальной логики исполь-
зуется для построения БЛУ и БВ.
Блок обегания реализует функцию счета; при подаче на его
вход серии импульсов единичный сигнал на его выходах-после-
довательно перемещается от низшего разряда к высшему.
Принципиальная схема блока приведена на рис. 132.
Блок состоит из триггера со счетным входом и восьми
однотипных ячеек с выходами Т1—Т8, на которых реализуются
функции счета. Триггер Тс имеет вход, устанавливающий его
в исходное положение. Выходной сигнал с триггера Тс поступает
через однокаскадный усилитель, работающий по схеме повто-
рения, на счетную часть блока и на выход блока. Все нечетные
ячейки представляют собой триггеры с раздельными входами и
элементами «И» на включающем входе; все четные ячейки —
триггеры с элементами «ЗАПРЕТ» на включающем входе.
Первая ячейка содержит дополнительный элемент «ИЛИ» для
запуска с двумя входами подготовки Т1. Одновременное выклю-
чение всех триггеров с выходами Т1—Т8 производится по входу
«Общий сброс».
С помощью блока обегания можно осуществлять счет и до
любого числа, меньшего восьми. При этом остальные выходы
блока не используются. При необходимости счета до числа,
большего восьми, используется цепочка из нескольких блоков
обегания. Во всех блоках цепочки, кроме начального, отсутствует
счетный триггер, и входами триггеров последующих блоков слу-
жит счетный вход Тс первого блока.
В системе управления робота ПР-ЮС блоки обегания исполь-
зуются для построения БРК.
Блок задержки БЗ использован в схеме для обеспечения
выдержки времени между концом предыдущего и началом после-
дующего такта. Блок (рис. 133) состоит из однокаскадного
усилителя У[ с независимым питанием, работающего по схеме
повторения, и инерционного звена, соединенного с его входом.
Звено включает в себя регулируемое пневмосопротивление Ri и
Рис. 133. Принципиальная пневматическая схема блока задержки
224
Рис. 134. Конструкция блока системы «Цикл»:
1 — коммуникационная плата; 2 — элементы; 3 клеммник; 4 — разъем; 5 — штуцер;
6 — ввод; 7 — индикатор
1;
две постоянные емкости С\ и С2- Продолжительность времени т
задержки настраивается с помощью пневмосопротивления R{.
В схему БЗ введен усилитель У2, работающий по схеме отрица-
ния и обеспечивающий отсутствие задержки при снятии входного
сигнала.
Блок системы «Цикл» (рис. 134) представляет собой ком-
муникационную плату 1 с укрепленными на ней элементами 2.
Коммуникационные платы 1 выполнены по принципу пневмати-
ческого печатного монтажа. На торцевой поверхности платы 1
расположен клеммник 3, снабженный разъемом 4. За состоянием
выходов блока можно наблюдать по индикаторам 7, образующим
колодку, расположенную на монтажной плате 1 со стороны, про-
тивоположной клеммнику 3.
Блоки унифицированы по габаритным (160 X160 мм) и
присоединительным размерам и предназначены для установки
в изделия второго порядка УТК (универсальных типовых кон-
струкций) .
Клеммник 3 представляет собой металлическую пластину,
прикрепленную к плате, с выступающими из нее пластмассовыми
вводами 6. Уплотнение между платой и пластиной клеммника
достигается с помощью капроновых прокладок. Вводы клемм-
ника входят в отверстие разъема 4, состоящего из двух пластин
с проложенными между ними резиновыми кольцами (с их
помощью осуществлено уплотнение между вводами и разъемом
при подаче сигналов). Заканчивается разъем штуцерами 5,
которые используются для коммутации блоков между собой.
15 Заказ 3483
225
Рис. 135. Пульт управления роботом ПР-ЮС в открытом (а) и закрытом (б)
виде:
/ — тумба; 2 — разъемы; 3 — стол; 4 — кронштейн; 5 — блочный каркас; 6 — крышка
Разъемы бывают одно-, двух-, трех-, четырех- и пятирядные.
Каждый ряд имеет 10 вводов.
Конструктивно система управления робота ПР-ЮС оформле-
на в виде пульта (рис. 135), состоящего из тумбы 1 и установ-
ленного на ней стола 3 с наклонной поверхностью. Для удобства
монтажа и обслуживания стол выполнен откидным с фиксацией
в верхнем положении. Передняя 6 и задняя крышки на тумбе
съемные. В тумбе 1 закреплены кронштейны 4 с направляющи-
ми, на которых установлены блочные каркасы 5 с расположен-
226
ними в них блоками системы «Цикл». Блоки вставляются
в каркасы по направляющим. Межблочный монтаж осуществля-
ется поливинилхлоридными трубками.
На верхней поверхности стола пульта размещены органы
ручного управления, органы индикации и контрольные мано-
метры. В окне верхней панели пульта неподвижно закреплено
коммутационное поле, основу которого составляют быстродей-
ствующие разъемы 2.
Пульт соединяется с манипулятором робота гибким пневмо-
кабелем, подключаемым к пульту и манипулятору с помощью
штепсельных разъемов.
Цикловые системы управления роботами относительно про-
сты по конструкции и достаточно надежны в эксплуатации.
3. ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Позиционные системы управления, широко исполь-
зуемые в конструкциях промышленных роботов, отличаются
высокой универсальностью, а также большим, по сравнению
с цикловыми системами (а в ряде случаев и неограниченным),
объемом памяти.
Позиционные системы способны обеспечить высокую точность
отработки роботом заданной программы, не зависящую от
ошибок установки жестких упоров, характерных для цикловых
систем. Выходные сигналы позиционных систем используются
для управления следящими приводами робота и, как правило,
составляют с ними единое целое, так как через них осущест-
вляется замыкание следящих приводов по цепям обратной
связи. '
В качестве примера, цифровой позиционной системы управ-
ления рассмотрим систему управления робота «Юнимейт»
Марк II серии 2200.
Робот оснащен блоком памяти на магнитном барабане. Для
целей программирования или обучения робот имеет ручной
пульт управления, снабженный кнопками и тумблерами для
управления различными движениями руки и кисти робота на
малой скорости.
Координаты каждой последовательной позиции руки и кисти,
занимаемой после нажатия кнопки «Запись», записываются в
цифровой форме на магнитном барабане памяти. При воспро-
изведении робот будет двигаться к записанной позиции незави-
симо от формы траектории, по которой он перемещался при
обучении.
Координаты конечной позиции могут быть записаны с тремя
различными степенями точности:
— первая (±1,27 мм)—для точного позиционирования
детали. Чтобы добиться такой высокой точности, необходимо
снизить скорость движения до очень медленной. Если такую
15* 227
точность применить в командах программы, где этого не тре-
буется, время цикла станет излишне продолжительным;
— вторая (1,27—3,8 мм) — для взятия и перекладывания
деталей;
— третья (12,7 мм)—25% от всей длины пути, пройден-
ного рабочим органом робота. С этой невысокой точностью робот
отрабатывает движения, необходимые для того, чтобы обойти
возникающие на пути руки препятствия.
Каждая последующая записанная позиция считается счетчи-
ком, расположенным на панели управления, как шаг программы.
Если препятствие находится между двумя записанными пози-
циями, то должна быть записана дополнительная позиция, опре-
деляющая траекторию вокруг препятствия, чтобы избежать
столкновения с ним. Между позициями можно также записать
выдержки времени длительностью 1—6 с.
Для синхронизации работы робота с окружающим техно-
логическим оборудованием имеются 18 блокировочных выходных
цепей. Девять из них предназначены для приема внешних сиг-
налов от технологического оборудования на задержку движения
робота до окончания какой-либо операции, например, нагрева
поковки. Остальные девять предназначены для выдачи самим
роботом сигналов внешнему технологическому оборудованию
(количество выходных цепей может быть и иным). После того
как от пульта ручного управления программа записана и про-
верена, робот может повторять рабочий цикл автоматически
нужное число раз.
Каждая позиция записывается с помощью универсальных
магнитных головок на магнитном барабане памяти в виде груп-
пы из пяти двоичных чисел. Одновременно записываются допол-
нительные команды или сигналы блокировочных цепей.
После записи программы система памяти выдает сложное,
состоящее из пяти групп, число в двоичном коде, описывающее
координаты следующей позиции руки и кисти робота. Пять
кодовых датчиков дают сигналы, считывающие координаты
позиции исполнительного органа в данный момент. Гидроци-
линдры приводят в движение руку и кисть до тех пор, пока числа
в двоичном коде сигналов датчиков обратной связи не станут
такими же, как числа, считываемые магнитными головками
с барабана памяти для данного шага в программе.
После этого робот остановится и начнет новый шаг про-
граммы. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока
вся программа работы не будет выполнена.
В электронной цифровой системе робота применен цикличе-
ский код (код Грея). При этом для кодирования положений
исполнительных органов робота используются:
для выдвижения руки и вращения кисти — 10 разрядов;
для подъема — опускания руки и сгибания кисти — 11 раз-
рядов;
228
для вращения руки — 13 разрядов.
Блок-схема управления для реализации одной степени
свободы представлена на рис. 136. Система управления вклю-
чает магнитный барабан памяти 9, который приводится в дви-
жение от двигателя 7. Блок записи программы 6, который
управляется от блока программирования и управления 5 (пульт
ручного управления), вырабатывает выходной сигнал для груп-
пы записывающих магнитных головок по одной головке для
каждого разряда числа, которое записывается на барабане 9.
На схеме для упрощения показано семь головок для записи
7-разрядного числа в двоичном коде; считывающие 12 и записы-
вающие 8 головки показаны раздельно.
Каждая головка 12 формирует сигнал двоичной «единицы»
(1) или двоичного «нуля» (0) в зависимости от сигнала, запи-
санного на барабане 9.
Выходной сигнал считывающей головки 12 поступает в блок
считывания программы 10, который управляется блоком 5.
Далее он передается по проводникам А1—А7 в блок сравне-
ния 11. Исполнительный орган робота 3 приводится в движение
соответствующим приводным устройством 2, управляемым гид-
рораспределителем 4, который в свою очередь управляется бло-
ком управления гидрораспределителя 13.
Для определения координат действительного положения
исполнительного органа 3 предусмотрено пять кодовых датчи-
ков обратной связи 14. Кодовый датчик имеет диск с кодовой
маской, нанесенной на диск в виде разрядов цифр в цикличе-
ском двоичном коде, и блок считывающих фотодиодов 1 (на
Рис. 136. Блок-схема позиционной системы управления:
1 — блок считывающих фотодиодов; 2 — приводное устройство; 3 — исполнительный ор-
ган робота; 4 — гндрораспределнтель; 5 — пульт ручного управления; 6 — блок записи
программы; 7 — электродвигатель; 8 — записывающие головки; 9 — магнитный барабан
памяти; 10 — блок считывания программы; 11 — блок сравнения; 12 — считывающие го-
ловки; 13 — блок управления парораспределителем; 14 — кодовый датчик
229
схеме для упрощения диск с нанесенной маской представлен
в виде прямоугольника и показано только семь разрядов).
На диске кодового датчика двоичный «О» оформлен в виде не-
прозрачного участка дорожки, а двоичная «1» — в виде прозрач-
ного участка. Кодовый диск датчика кинематически связан
с исполнительным органом робота 3. Группа считывающих
фотодиодов 1 (по одному на каждую цифру) неподвижна отно-
сительно движущегося диска. Каждый фотодиод выдает сигнал
двоичной «1» или двоичного «О» в соответствии с цифрой на
дорожке диска (маски) датчика 14, проходящей под считываю-
щим фотодиодом.
Программа работы робота записывается на барабане 9
в виде команд — координат последовательных положений, в
которые исполнительный орган 3 должен быть перемещен для
выполнения нужной технологической операции. Во время записи
программы сигналы команд передаются от блока 5 к блоку 13
так, чтобы можно было в нужный момент перекрыть управляю-
щий золотник гидрораспределителя 4 и прекратить движение
исполнительного органа 3.
При необходимости дальнейшего перемещения исполнитель-
ного органа 3 управляющий сигнал подается от блока 5 на
блок 13 при нажатии соответствующей кнопки на пульте руч-
ного управления. Таким образом, исполнительный орган
обучается прохождению заданного количества позиций в необ-
ходимой последовательности. При остановке на каждой позиции
сигнал со считывающих фотодиодов 1 через блок записи 6 по-
ступает к записывающим головкам 8 и записывается на магнит-
ном барабане 9.
После окончания процесса обучения запись последователь-
ных положений используется для воспроизведения нужное число
раз. При воспроизведении первое командное число считывается
с барабана 9 и подается через блок считывания 10 к выходным
клеммам А1—А7 блока сравнения 11. В зависимости от дей-
ствительного положения исполнительного органа робота кодо-
вый датчик 14 выдает соответствующее число, которое будет
считывающими фотодиодами 1 передано по вторым входным
клеммам Б1—Б7 в блок сравнения 11. Эти два числа в двоичном
циклическом коде сравниваются непосредственно в блоке 11, и
выходной сигнал передается в блок 13 для перемещения испол-
нительного органа 3 в нужном направлении с необходимой ско-
ростью. При движении исполнительного органа блок 11 форми-
рует серию сигналов на снижение скорости по мере приближе-
ния к заданной позиции. Несколько последовательных команд
на снижение скорости дают возможность исполнительному ор-
гану 3 на части пути двигаться с максимальной скоростью и
осуществлять плавное снижение скорости во избежание меха-
нических перегрузок, перебега и рыскания руки или кисти около
запрограммированной позиции.
230
На рис. 137 приведена схема блока сравнения 11 (см.
рис. 136). Верхняя группа блоков логических элементов, преду-
смотренных в каждом разряде (см. рис. 137), предназначена
для определения направления движения, нижняя — для отра-
ботки последовательных команд на снижение скорости при
подходе к заданной позиции. Для цифр высшего разряда этими
блоками являются 30 и 31. Выходные сигналы на эти блоки
подаются на клеммы А1 со считывающей головки 12 (см.
рис. 136) цифр высшего разряда и на клеммы Б1 —со считы-
вающего фотодиода блока 1.
Блоки логических элементов (см. рис. 137) каждого разряда
идентичны (одна такая группа блоков третьего разряда цифр
представлена на рис. 138).
При использовании циклического двоичного кода для опре-
деления направления движения недостаточно сравнения только
цифр высшего разряда, как обычно делается при использовании
обычного двоичного кода. Недостаточным оказывается и срав-
нение цифр последующих разрядов в порядке убывания, так как
первоначально правильно выбранное направление движения
может оказаться неправильным после прохождения некоторой
области кодовой маски в циклическом двоичном коде (вслед-
ствие естественных свойств этого кода). Это легко проследить,
если представить позицию 20 (см. рис. 136) заданной в блоке
памяти, а действительное положение исполнительного устрой-
ства — соответствующим позиции 21.
При этих условиях цифры высшего разряда не совпадают, и
на клемму Б1 (см. рис. 137) поступает сигнал двоичной «1», а
Рис. 137. Принципиальная схема связи блока сравнения (11) и блока управ-
ления гидрораспределителем (13) для реализации движения расшифровки по-
зиции (обозначения позиций 2, 3, 4, 11, 13, 14 см. на рис.136)
231
Рис. 138. Схема сравнения одного разряда двоичного числа
на клемму А1 —сигнал двоичного «О». Если предположить, что
несовпадение сигналов определяет направление движения
исполнительного органа 3 к позиции 20, то очевидно, что при
достижении позиции 22 (см. рис. 136), где цифры высшего
разряда совпадают, будет выработан сигнал на изменение
направления движения. Действительно, в этой позиции высшим
разрядом, где цифры не совпадают, будет третий разряд. Однако
на клемму БЗ (см. рис. 137) будет передан сигнал двоичного «О»
(а не ««1», как в начале движения), а на клемму АЗ — сигнал
двоичной «1». Это будет служить указанием на изменение нап-
равления движения, так как исполнительный орган 3 будет
удаляться от заданного положения 20.
Следовательно, в описываемой позиционной системе,
в которой числа в двоичном циклическом ходе сравниваются
непосредственно (без применения промежуточного кода), для
получения и поддержания сигнала правильного направления
движения сигнал несовпадения цифр в наиболее высоком раз-
232
ряде реверсируется столько раз, сколько раз совпадают цифры
«1» в более высоких разрядах.
Такая система вырабатывает правильный сигнал направле-
ния при всех условиях движения и автоматически реверсирует
движение при перебеге заданного положения.
Отработка сигналов происходит следующим образом.
Командный сигнал поступает на контакты А, например на кон-
такт АЗ блоков третьего разряда цифр (см. рис. 138), а сигнал
действительного положения подается на контакт БЗ. Сигнал АЗ
реверсируется в инверторе 70, а сигнал БЗ — в инверторе 71.
В приведенной схеме принято, что направление движения при
командном сигнале «1» и сигнале положения «О» является
положительным. В соответствии с этим сигнал АЗ приложен
к одному входу логического элемента «И» (74), второй вход
которого связан с выходом инвертора 71. Если сигнал «/» появ-
ляется на контакте АЗ, а сигнал «О» — на контакте БЗ, элемент
«И» (74) формирует сигнал, который проходит через элемент
«ИЛИ» (75) к положительному контакту Р5, определяя поло-
жительное направление движения. Таким же образом выходной
сигнал с инвертора 70 подается на один из выходов элемента
«И» (76), второй вход которого связан с клеммой БЗ. Когда
есть сигнал «О» на контакте АЗ и сигнал «1» на контакте БЗ,
элемент «И» (76) пропускает сигнал, который через элемент
«ИЛИ» (77) подается на отрицательный контакт М5, определяя
движение в отрицательном направлении.
Когда на обоих контактах АЗ и БЗ одинаковые сигналы («О»
или «1»), на выходе элементов «И» (74, 76) сигнал отсутствует,
т. е. отсутствует рассогласование цифр в третьем разряде. Од-
нако при этом пропускается сигнал с блоков низших разрядов
цифр на блоки высших разрядов, если на контактах есть сигнал
«О», и этот сигнал инвертируется, если на контактах есть
сигнал «1».
Для этого предусмотрены трехвходные логические элементы
«И» (80, 82), выходы которых соединены с двумя входами трех-
входного элемента «ИЛИ» (75), а также трехвходные элементы
«И» (84, 86), связанные с двумя входами трехвходного элемен-
та «ИЛИ» (77).
Сигнал с контакта Р4 (см. рис. 137) блока более низкого
разряда поступает на один из входов элементов «И» (80, 86)
(см. рис. 138), а с контакта М4 — на один из входов элементов
«И» (82, 84). Контакты АЗ и БЗ соединены с двумя другими
входами элементов «И» (82, 86), выходы инверторов 70, 71 свя-
заны с другими входами элементов «И» (80, 84). Следовательно,
если на контакт Р4 подан сигнал «1», а на контакты АЗ и БЗ —
сигналы «1», то элемент «И» (86) пропускает сигнал, который
через элемент «ИЛИ» (77) поступает на контакт М5. Таким
образом, сигнал, поданный на контакт Р4, инвертируется при по-
даче сигналов «1» на контакты АЗ—БЗ.
233
Если на контакт М4 подается сигнал при наличии сигналов
«1» на контактах АЗ, БЗ, элемент «И» (82) пропускает сигнал,
который проходит через элемент «ИЛИ» (75) на контакт Р5, по-
этому в этих условиях сигнал, поданный на контакт М4, также
инвертируется.
Если на контакты АЗ и БЗ поступят одинаковые сигналы «О»,
то элементы «И» (80) или «И» (84) пропустят соответствующий
сигнал без изменения с контактов Р4 и М4 на контакты Р5 и М5
соответственно.
Блоки логических элементов низшего разряда цифр не имеют
контактов Р и М, поэтому отпадает необходимость в логических
элементах 75, 77, 80, 82, 84 и 86 для определения направления
движения, и выходы элементов «И» (74, 76) используются непо-
средственно как контакты Pl, Ml (см. рис. 137).
Если несовпадающие сигналы появляются на контактах
блоков данного разряда цифр, сигналы информации о направ-
лении движения предыдущих разрядов цифр подавляются и ис-
пользуются сигналы данного разряда цифр, так как он является
высшим разрядом цифр, где появились несовпадающие сигналы.
Эти сигналы всегда поступают к блокам высших разрядов цифр.
Например, если предположить, что число команды, соответ-
ствующее позиции 20 (см. рис. 136), в циклическом двоичном
коде есть 0111010, а число, соответствующее положению 21
исполнительного органа 3, есть 1100101, определение направле-
ния его движения логическими элементами будет происходить
следующим образом. На контакте А7 (см. рис. 137) будет сиг-
нал «0», а на контакте Б7 — сигнал «1». В результате сигнал
появится на контакте Ml, который поступит в блоки следующего
разряда цифр. Однако, вследствие того что на контакты А6 и
Б6 поданы несовпадающие сигналы, сигнал с контакта Ml
будет подавлен, и вместо него выходной сигнал будет подан на
контакт Р2, потому что на контакте А6 есть сигнал «1», а на
контакте Б6 — сигнал «0». В результате того, что на контакты
А5 и Б5 поступили разноименные сигналы с более высокого
разряда цифр, сигнал на контакте Р2 подавляется и вместо него
появляется выходной сигнал на контакте М3 вследствие нали-
чия сигналов «0» на контакте А5 и «1» на контакте Б5. В сле-
дующем разряде цифр также получено несовпадение сигналов:
сигнал на контакте М3 подавляется и выходной сигнал, в соот-
ветствии с сигналами на контактах А4 и Б4, поступает на кон-
такт Р4.
В следующем разряде сигнал «1» подан на контакт АЗ,
а «0» — на контакт БЗ. Такие же сигналы поданы на контакты
А4 и Б4, поэтому сигнал с контакта Р4 не пропускается ни эле-
ментом 80, ни 86 (см. рис. 138) вследствие несовпадения сигна-
лов на контактах АЗ и БЗ. Вместо этого будет подан сигнал на
контакт Р5 (см. рис. 137) с выходами элемента 74 (см. рис. 138).
В следующем разряде сигналы «1» поступают на контакты
234
А2 и Б2 (см. рис. 137). Следовательно, направление тока
в блоке 33, соответствующее направлению тока в элементе 86
(см. рис. 138), сформирует выходной сигнал на контакте Мб
(см. рис. 137), инвертируя таким обрядом сигнал, полученный
на контакте Р5. Однако в наивысшем разряде сигнал «О» по-
ступает на контакт А1, а сигнал «1» — на контакт Б1, так что
инвертированный сигнал с блоков второго разряда цифр подав-
ляется и выходной сигнал подается на контакт М7. Этот сигнал
поступает на реле Р61 блока управления гидрораспределите-
лем 13 (см. рис. 137 и 136), который содержит пару обмоток 62
и 63 (см. рис. 137). Когда на какую-нибудь из обмоток поступает
ток, клапан гидрораспределителя открывается. Величина этого
открытия пропорциональна току в обмотке, так что движение
исполнительного органа происходит при соответствующей ско-
рости, пропорциональной величине открытия клапана гидрорас-
пределителя. Обмотки 62 и 63 производят противоположное
действие, так что исполнительный орган робота может быть
сдвинут в любом положении. Реле Р61 управляет положением
контактов 61а, которые в замкнутом состоянии пропускают ток
из батареи 64 через контакты 121 реле Р120 на обмотку 63. Сиг-
нал с контакта Р7 поступает на реле Р60, чьи контакты 60а за-
мыкают цепь от батареи 64 на обмотку 62, когда требуется дви-
жение в сторону «плюс».
Когда поступает сигнал на контакт М7, исполнительный
орган движется к позиции 20 (см. рис. 136) в «минусовом»
направлении. Как только исполнительный орган достигает по-
зиции 22, соответствующей числу 0100000, одинаковые сигналы
появляются в блоках для двух высших разрядов цифр. Однако
в третьем разряде будет сигнал «1» на контакте АЗ и «0» — на
контакте БЗ, которые должны были подать команду на движе-
ние в направлении «плюс», соответствующую сигналу на контак-
те Р5 (см. рис. 138). Если бы сигнал не был изменен, то испол-
нительный орган начал бы двигаться не в ту сторону — от
позиции 20 (см. рис. 136). Однако сигнал Р5 (см. рис. 137)
инвертируется в блоке 33, так как на контакты А2 и Б2 по-
ступают одинаковые сигналы «1», поэтому инвертированный
сигнал подается на контакт Мб. В высшем разряде на контакты
А1 и Б1 поступают одинаковые сигналы «0», так что сигнал
с контакта Мб не изменяется в блоке 30 и поступает на контакт
М7 (см. рис. 137), следовательно, движение продолжается в том
же направлении.
Так как сигнал о направлении движения поступает
с низших разрядов цифр на высшие и подавляется в случае
поступления разноименных сигналов в блоки высших разрядов,
требуется минимальное количество блоков логики для каждого
разряда цифр. Это объясняется тем, что отпадает необходимость
в передаче сигналов с блоков высших разрядов цифр в блоки
низших разрядов, как это делается в системах, где сигнал на-
235
правления движения исполнительного органа робота начинает
формироваться в блоке наивысшего разряда цифр. Направление
движения легко реверсируется в случае перебега заданного
положения 20 (см. рис. 136). Так, если вследствие инерции
системы или других факторов исполнительный орган передви-
нется в позицию 20', соответствующее число которой 0111111, то
входными сигналами на блоках высшего разряда цифр, где есть
разница в сигналах, в соответствии с командным числом 0111010
будут «0» на контакте А5 (см. рис. 137) и «1» — на контакте Б5.
В результате появится сигнал на контакте М3, который укажет
направление движения «минус», т. е. к позиции 20 (см. рис. 136).
Однако сигнал на М3 (см. рис. 137) будет инвертирован три
раза, так как сигнал «1» поступает на контакты А2 и Б2, АЗ и
БЗ, А4 и Б4. Поэтому выходной сигнал будет подан на клемму
Р7, вследствие чего будет подан ток на реле Р60, поэтому ис-
полнительный орган будет двигаться от позиции 20' в пози-
цию 20 (см. рис. 136).
Когда все цифры числа команды и числа позиции совпадают,
сигналы на контактах М7 и Р7 (см. рис. 137) отсутствуют. Оче-
видно, что наличие сигнала на каком-либо контакте Р или М
означает несовпадение каких-либо цифр в кодовых числах
команды программы и фактической позиции. При отсутствии
сигналов на контактах Р7 и М7 ток в реле Р60 и Р61 отсутствует,
и движение исполнительного органа 3 прекращается, так как
ток в обмотках 62 и 63 отсутствует.
Для подачи нескольких сигналов на снижение скорости
движения исполнительного органа предусмотрены блоки 36
(см. рис. 138) для каждого разряда цифр. Эти блоки произво-
дят выходные сигналы, которые используются для последова-
тельного снижения скорости движения исполнительного органа.
В схеме на рис. 137 такие блоки предусмотрены для 3, 4, 5 и
6-го разрядов. Для того чтобы обеспечить получение надлежа-
щего сигнала на снижение скорости (при движении исполни-
тельного органа на максимальной скорости до точки ее сни-
жения), а также чтобы получить максимально возможное за-
медление, при котором еще отсутствует перебег, сравниваются
соответствующие разряды кодовых чисел команды и положения,
начиная с третьего разряда.
Сигнал на снижение скорости не выдается до тех пор, пока
сравниваемые числа в рассматриваемом наиболее высоком раз-
ряде отличаются на 1 и более. Это происходит При выполнении
трех условий:
1) в ближайшем высшем разряде (после рассматриваемого)
имеются несовпадающие цифры, они же имеются в любом дру-
гом более высоком разряде;
2) двоичные «1» имеются в рассматриваемом разряде, а
несовпадающие цифры имеются в любом другом более высоком
236
разряде, первый из которых отстоит через один от рассматри-
ваемого разряда;
3) двоичные «О» имеются в рассматриваемом разряде, а
несовпадающие цифры имеются в следующем более высоком
разряде.
Когда не выполняются все три условия, это означает, что
группы рассматриваемых чисел, состоящих из цифр высшего
разряда, включая рассматриваемый, отличаются только на 1
(разноименные цифры только в низшем разряде). В этом случае
вырабатывается сигнал на снижение скорости. Для определения
наличия или отсутствия этих условий в 3, 4, 5 и 6-м разрядах
предусмотрены блоки, подобные блоку 36 (см. рис. 137). Более
подробно схема блока 36 третьего разряда представлена
на рис. 138.
Пара логических элементов «И» (100, 102) предусмотрена
для определения наличия разноименных сигналов на контактах
АЗ и БЗ. Так, если сигнал «1» появится на контакте АЗ, а «О» —
на контакте БЗ, то элемент «И» (100) пропустит сигнал. Инвер-
тор 71 в блоке 35 может быть использован для инвертирования
сигнала БЗ. Аналогично: если сигнал «1» будет на контакте БЗ,
а сигнал «0» -—на контакте АЗ, элемент «И» (102) пропустит
сигнал. Эти разноименные сигналы поступят на элемент «ИЛИ»
(104), а сигнал с элемента «ИЛИ» (104) поступит на выходную
клемму ВЗ, связанную с блоком следующего, более низкого
разряда. Выход элемента «ИЛИ» (104) связан также с одним
из входов элемента «ИЛИ» (106), на выходе которого имеется
клемма В'З, связанная с блоком более низкого разряда. Другой
вход элемента «ИЛИ» (106) имеет клемму В'2, соединенную с
блоком -ближайшего высшего разряда. Если сигнал несовпаде-
ния появится в любом из разрядов А1—Б1, А2—Б2 или АЗ—БЗ,
то сигнал несовпадения будет на контактах ВЗ и В'З. Для опре-
деления первого условия в элементе «И» (108) предусмотрен
вход, связанный с клеммой В'1, которая в свою очередь свя-
зана с выходом блока наивысшего разряда, и другой вход,
связанный с выходом блоков второго разряда. В соответствии
с этим элемент 108 пропускает сигнал, когда несовпадающие
сигналы будут на контактах А2—Б2 и сигнал несовпадения бу-
дет на контакте В'1, т. е. когда разноименные сигналы будут
на контактах А1—Б1 (см. рис. 137).
Для определения второго условия предусмотрен элемент «И»
(НО), один вход которого связан через клемму В'1 (см. рис. 138)
с блоком наивысшего разряда, а второй и третий — с клеммами
АЗ—БЗ. Если сигнал «1» поступает на клеммы АЗ—БЗ и разно-
именные сигналы — на клеммы А1—Б1, то элемент «И» (ПО)
пропускает сигнал.
Для определения третьего условия предусмотрен элемент
«И» (112), один вход которого соединен через клемму В2 (см.
рис. 138) с блоком следующего, более высокого разряда, а вто-
237
рой и третий входы — с выходом инверторов 70, 71. Следова-
тельно, элемент 112 пропускает сигнал только тогда, когда
появляется сигнал «О» на клеммах АЗ и БЗ, а на клеммах А2
и В2 (см. рис. 137) — разноименные сигналы.
Выходы элементов «И» (108), «И» (110) и «И» (112)
(см. рис. 138) соединены со входами элемента «ИЛИ» (114),
выход которого является одним из входов элемента «ИЛИ»
(116). Выходной сигнал элемента «ИЛИ» (116) используется
как сигнал снижения скорости на клемме ДЗ, которая представ-
ляет собой вход блока третьего разряда цифр. Выходной сигнал
также подается через клемму ДЗ на блок более низкого разряда
цифр. Второй вход элемента «ИЛИ» (116) связан через клемму
Г2 с блоком более высокого разряда цифр.
Когда выполняется одно из трех перечисленных выше усло-
вий, один из элементов 108, ПО, 112 пропускает положительный
сигнал, который через элементы «ИЛИ» (114), «ИЛИ» (116)
пройдет на клемму ДЗ. Соответственно, когда ни один из эле-
ментов 108, ПО, 112 не пропустит сигнал, на клеммах Г2 и ДЗ
сигнала не будет. Отсутствие сигнала на клемме ДЗ использует-
ся как действительный сигнал на снижение скорости. Некий
потенциал точки ДЗ (см. рис. 137) сохраняется в течение всего
периода, пока числа кодов команды и позиции отличаются на 1
или более в третьем разряде цифр. В этих условиях реле Р120
находится под током и держит контакты 121 (см. рис. 137) за-
крытыми таким образом, что замкнутой остается цепь между
батареей 64 и контактами релеРбО и Р61.
Однако, когда потенциал на клемме ДЗ (см. рис. 138) равен
нулю, закрывается контакт 122 (см. рис. 137) и резистор R123
включается в цепь последовательно с батареей 64 и обмотками
62 и 63 через нормально закрытые контакты 124 реле Р125,
связанного с контактом Д4. Понятно, что в этих условиях в точ-
ке Д4 сохраняется потенциал по крайней мере до того момента,
пока не станет равным нулю потенциал в точке ДЗ, так как по-
тенциал в точке ГЗ (см. рис. 138) приложен через элемент
«ИЛИ», подобный элементу 116 (см. рис. 138), и точке Д4
(см. рис. 137). Следовательно, когда потенциал в точке ДЗ равен
нулю, скорость исполнительного органа уменьшится благодаря
включению в цепь резистора R123.
Когда прекратится выполнение первого условия для четвер-
того разряда цифр, который будет рассматриваться как низший,
потенциал в точке Д4 станет равным нулю и реле Р125 будет
обесточено, контакт 126 замкнется, а последовательно с резис-
тором R123 будет включен резистор R127. Когда потенциал
в точке Д5 станет равным нулю, контакт 132 замкнется таким
образом, что последовательно с резисторами R123 и R127 будет
включен резистор R133, и, когда потенциал точки Д6 станет рав-
ным нулю, реле Р140 будет обесточено, в цепь включится рези-
стор R141. При этом происходит последнее снижение скорости;
238
на этой скорости исполнительный орган робота будет переме-
щаться до совпадения всех цифр кодов.
В логическом блоке 34 (см. рис. 137) второго разряда на
клеммах А2 и Б2 не будет входного сигнала, подобного сигналу
В1, так как разряд является следующим после высшего. Сле-
довательно, первое и второе условия всегда будут удовлетво-
рены, а элементы 108 и ПО (см. рис. 138) изъяты из блока 34
(см. рис. 137). Таким же образом в разрядах А1 и Б1 никогда
не будут выполняться указанные три условия, так как более
высоких разрядов нет. Поэтому элементы 106, 108, ПО, 112,
114, 116 (см. рис. 138) не нужны. В этом высшем разряде вы-
ходной сигнал элемента 104, означающий наличие разноимен-
ных сигналов в блоке, используется как выходные сигналы В1
и В'1 (см. рис. 138) блока 31 (см. рис. 137); все три условия
всегда выполняются в высшем разряде, поэтому отсутствует
контакт Г1 этого разряда (см. рис. 137). Остальные функции
логические блоки 31 и 34 выполняют так же, как и блок 36. Если
предположить, что кодовое число команды, соответствующее
позиции 20 (см. рис. 136), появилось на блоке 1, а исполнитель-
ный орган находится в позиции 24, то сигналы несовпадения
будут поданы на контакты В1, В'1 (см. рис. 138), так как сигнал
«1» будет на контакте Б1, а сигнал «О» — на контакте А1 (см.
рис. 137). В блоке 36 третьего разряда цифр элемент ПО
(см. рис. 138) пропустит сигнал, так как сигнал «1» получен
на контактах АЗ и БЗ, и сигнал появится на контакте В'1 с выс-
шего разряда. Выходной сигнал элемента ПО пропускается
через элементы 114 и 116 на контакт ДЗ. Вследствие этого реле
Р120 (см. рис. 137) находится под током и исполнительный орган
движется на максимальной скорости к позиции 20 (см. рис. 136).
Когда достигнута позиция 25, тремя кодовыми цифрами
высшего разряда будут ПО. На контактах АЗ—БЗ появляются
разноименные сигналы, поэтому элементы ПО и 112 (см.
рис. 138) не пропустят выходной сигнал. Последний не пропус-
тит также элемент 108, так как на контакты А2—Б2 поданы
разноименные сигналы. При этом на контакте Г2 второго раз-
ряда цифр сигнала нет, так как нет одинаковых сигналов «О» на
контактах А2—Б2. Это значит, что третье условие не реализует-
ся. В соответствии с этим напряжение на контакте ДЗ будет
равно нулю и реле обесточится, скорость исполнительного орга-
на снизится пропорционально величине включенного в цепь
резистора R123.
Для определения следующей точки снижения скорости рас-
сматриваются четыре высших разряда цифр; разряд А4—Б4
становится низшим. Когда достигнута позиция 22 (см. рис. 136),
цифрами четырех высших разрядов будут 0100, на контактах
А4—Б4 (см. рис. 137) появятся разноименные сигналы. В соот-
ветствии с этим элементы ПО (см. рис. 138) и 112, подобные тем
же элементам, не пропустят выходного сигнала. Элемент, по-
239
добный элементу 108, также не пропустит выходного сигнала,
так как нет разноименных сигналов на контактах А1 и Б1, А2
и Б2.
Элемент, соответствующий элементу 116 (см. рис. 138),
также не пропустит выходного сигнала, так как на контакте ДЗ
(см. рис. 137) сигнал отсутствует. Вследствие этого при дости-
жении позиции 22 (см. рис. 136) потенциал в точке Д4 (см.
рис. 137) становится равным нулю, реле Р125 обесточивается,
в цепь включается резистор R127, и скорость движения испол-
нительного органа еще более снижается.
Для определения следующей точки снижения скорости рас-
сматриваются пять высших разрядов цифр, при этом пятый
разряд рассматривается как низший. Когда исполнительный ор-
ган достигает позиции 23 (см. рис. 136), пять цифр высших раз-
рядов будут следующими: 01011. В этой позиции ни одно из
трех перечисленных выше условий не выполняется, так как по-
тенциал точек Д4 и Д5 (см. рис. 137) становится равным нулю;
реле Р131 обесточивается, происходит дальнейшее снижение ско-
рости исполнителнього органа благодаря включению резистора
R133. Подобным способом определяется следующая точка сни-
жения скорости при невыполнении всех трех условий для пяти
разрядов цифр, когда потенциал точки Д6 становится равным
нулю и включается резистор R141. Исполнительный орган на
этой скорости подходит к позиции 20 (см. рис. 136), где оба реле
Р60 и Р61 (см. рис. 137) обесточиваются, поэтому исполнитель-
ный орган остановится.
На рис. 139 приведены графики изменения величины тока
в обмотках электрогидравлического преобразователя (ЭГП) и
пути продольного перемещения руки робота в зависимости от
времени в период разгона и последующего торможения. Графи-
ки отражают зависимости при воспроизведении программы с
нормальной скоростью и первой степенью точности. Подобные
Рис. 139. Графики зависимостей силы тока / в обмотках электрогидравличе-
ского преобразователя (ЭГП) и продольного перемещения руки 5 от времени
t при воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности и
при нормальной рабочей скорости
240
Рис. 140. Графики зависимости силы тока / в обмотках ЭГП и продольного
перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы, записанной
со второй степенью точности при нормальной скорости перемещения руки
Рис. 141. Графики зависимости силы тока I в обмотках ЭГП и продольного
перемещения руки 5 от времени t при воспроизведении программы, записанной
с первой степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
зависимости показаны на рис. 140 при воспроизведении про-
граммы со второй степенью точности. Графики подобных зави-
симостей при воспроизведении программы на замедленной ско-
рости с первой степенью точности приведены на рис. 141.
На рис. 142 приведены графики зависимостей при воспроиз-
ведении программы со второй степенью точности на замедленной
скорости: на рис. 143—в процессе обучения робота; на
рис. 144 — в режиме контроля записанной программы; на
рис. 145—147 — графики изменения величины тока в зависимо-
сти от времени в период разгона, равномерного движения и тор-
можения руки при ее перемещении по программе на величину
максимального хода с первой, второй и третьей степенями точ-
ности соответственно.
Анализ приведенных графиков позволяет сделать следующие
выводы:
1) режим торможения занимает значительную часть времени
при воспроизведении программы. Так, при максимальном ходе
руки и воспроизведении программы, записанной с первой сте-
Заказ 3483
241
Рис. 142. Графики зависимости силы тока I в обмотках ЭГП и продольного
перемещения S от времени t при воспроизведении программы, записанной со
второй степенью точности при замедленной скорости перемещения руки
Рис. 143. Графики зависимости силы тока I в обмотках ЭГП и продольного
перемещения руки S от времени t в режиме обучения
Рис. 144. Графики зависимости силы тока I в обмотках ЭГП и продольного
перемещения руки S от времени t при воспроизведении программы в режиме
контроля
242
Рис. 145. График зависимости силы тока I в обмотках ЭГП от времени t при
воспроизведении программы, записанной с первой степенью точности при нор-
мальной скорости перемещения руки
Рис. 146. График зависимости силы тока I в обмотках ЭГП от времени t при
воспроизведении программы, записанной со второй степенью точности при нор-
мальной скорости перемещения руки
Рис. 147. График зависимости си-
лы тока I в обмотках ЭГП от вре-
мени t при воспроизведении про-
граммы, записанной с третьей сте-
пенью точности при нормальной
скорости перемещения руки
243
г
Рис. 148. График зависимости скорости
перемещения исполнительного органа от
величины тока в обмотках ЭГП
пенью точности, время торможе-
ния составляет примерно 80% об-
щего времени движения;
2) при записи с первой и вто-
рой степенями точности наиболь-
шее количество участков тормо-
жения — шесть (см. рис. 145 и
146), т. е. в системе управления
при торможении используются
шесть низших разрядов двоично-
го кода, а наименьшее количест-
во участков торможения — два
(при записи с третьей степенью
точности);
3) наибольший ток в обмотке ЭГП равен 520 мА, а наимень-
ший, при котором происходит точная доводка руки к нужной
точке при записи с первой и второй степенями точности —
150 мА и с третьей степенью точности — 280 мА;
4) снятие напряжения с обмотки ЭГП происходит практи-
чески в релейном режиме;
5) воспроизведение программ, записанных с первой, второй
и третьей степенями точности, отличается интервалом времени
движения в режиме торможения.
На основании выявленных особенностей системы управле-
ния построен график зависимости скорости перемещения испол-
нительного органа от величины тока в обмотках электрогидрав-
лического преобразователя, представленный на рис. 148.
Наличие трех программ (шести программ при установке
дополнительного барабана памяти) делает робот «Юнимейт»
эффективным при использовании его в серийном и мелкосерий-
ном производствах, так как конструкция системы управления
позволяет быстро переключаться на новую, заранее записанную
программу без переналадки робота. Устройство переключения
программ дает возможность автоматически переходить на новую
программу при отработке заданного количества циклов старой
программы.
Предусмотренные в системе управления блоки внешних
команд позволяют осуществлять управление обслуживаемого
оборудования (включение пресса, открытие и закрытие заслонок
нагревательных устройств и пр.) и проверять выполнение
команд от системы управления робота.
В последних моделях робота «Юнимейт» в результате ис-
пользования новых блоков памяти на статических элементах
244
в несколько раз увеличено возможное число точек позициониро-
вания в одном цикле.
Примером аналоговой позиционной системы управления
является система управления робота УМ-1.
Робот УМ-1 оснащен аналого-трансформаторной системой
управления с абсолютным отсчетом перемещений. В качестве
программоносителя используется пятидорожечная перфолента,
информация на которой записывается в буквенно-цифровом коде
БЦК-5. Ввод информации автоматический от стандартного фо-
тосчитывателя. В качестве датчиков обратной связи исполь-
зуются серийные вращающиеся трансформаторы ВТМ-1В.
Блок-схема системы управления робота УМ-1 представлена
на рис. 149.
Запуск системы управления производится нажатием кнопки
«пуск системы», при этом в фотосчитыватель СП вводится пер-
вый кадр перфоленты. Последующий ввод кадров осуществляет-
ся автоматически в момент появления сигнала у3, подтверждаю-
щего выполнение команд, записанных в предыдущем кадре
перфоленты.
Считанная с перфоленты информация поступает в блок БКР
контроля и распределения ее по адресам в блоки памяти:
Рк — номера кадра; Рх, Ру, Р<р—координаты х, у, <р соответ-
ственно; Рт— технологических команд. С блока памяти номера
кадра Рк сигналы поступают в блок БИК индикации номера
кадра, где усиливаются и используются для коммутирования
цепей включения ламп индикации. Сигналы с блока памяти Рт
технологических команд поступают на блок с аппаратурой,
Рис. 149. Блок-схема аналоговой позиционной систе.мы управления робота
УМ-1:
СП — считыватель программы; БКР — блок контроля и распределения команд; Рк, Рх,
Ру, Рф. Рт — блоки памяти иомера кадра перфоленты, координат х. у, ф и технологи-
ческих команд соответственно; БМК — блок индикации номера кадра; ЦАП — цифро-ана-
логовый преобразователь; ГОН — генератор опорного напряжения; ВТп, ВТк, ВТр —
датчики обратной связи (вращающиеся трансформаторы ВТ); ФД — фазовый дискри-
минатор; НО — нуль-оргаи; ЛС — блок логических схем; ЗС — задатчик скорости,
УВ — выходной усилитель мощности; ЭГП — электрогидравлический преобразователь;
ГД — гидродвигатель
245
осуществляющей связь с технологическим оборудованием,
работающим в комплексе с роботом.
Выходные сигналы блоков памяти координат х, у, <р посту-
пают на входы цифро-аналоговых преобразователей ЦАП.
В блоке ЦАП дискретные сигналы преобразуются в аналоговые
и на его выходе имеется два синусоидальных напряжения, моду-
лированных по амплитуде синусом и косинусом заданного в
цифровой форме угла перемещения:
t/c = [70sina; (22)
UK = Uo cos a; (23)
где Uc — напряжение выхода ЦАП по синусному каналу;
UK — напряжение выхода ЦАП по косинусному каналу;
Uo—опорное напряжение (напряжение питания ЦАП);
a — заданный угол.
Цо = Цот5ш(аФ + ф0), (24)
где о> — круговая частота синусоидальной функции;
t —• время;
фо — начальная фаза;
Частота опорного напряжения — 400 Гц, амплитуда — 10 В;
источник — специальный генератор опорного напряжения ГОН.
Между блоком ЦАП и датчиком обратной связи по положе-
нию ВТп включен вращающийся трансформатор ВТк, с помо-
щью которого можно осуществлять коррекцию программы.
Трансформатор ВТк расположен на лицевой панели пульта уп-
равления, величина коррекции задается вручную поворотом
ротора ВТк на необходимый угол. Если программа не требует
коррекции, напряжения t70sin а и Досоз а минуя ВТк, подаются
на обмотку статора датчика обратной связи ВТп.
Если ротор ВТп повернут на угол ai относительно условных
осей отсчета, то рабочий сигнал на выходе ВТп
[7р = t7ocos(a — с^) = t70sin(a>/ + ф0)соз(а — aj =
— Uo sin (<nt + фо) cos 0, (25)
где Up — рабочий сигнал на выходе ВТп;
a — заданный угол;
— угол ротора ВТп до задания угла а.
Очевидно, если 0 = 90°, рабочий сигнал равен нулю и система
находится в равновесии. Величина Up может изменяться от 0 до
U sin со/ и зависит от соотношения углов а и ои. Затем напря-
жение Up подается на фазовый дискриминатор ФД, где преоб-
разуется в напряжение постоянного тока. Полярность выпрям-
ленного напряжения на выходе фазового дискриминатора также
зависит от соотношения углов а и ai.
Далее рабочий сигнал через выходной усилитель мощности
УВ подается на электрогидравлический преобразователь ЭГП,
246
У, м/с, град/с
Рис. 150. График зависимости скорости v исполнительного органа робота УМ-1
от запрограммированного пути S
который управляет гидродвигателем ГД. Направление вращения
гидродвигателя определяется сигналами xt и Хг. Схема нуль-
органа НО выполнена таким образом, что на его выходе
в зависимости от полярности выпрямленного напряжения суще-
ствует сигнал Xi либо Хг, что и определяет полярность выходного
напряжения задатчика скорости ЗС и направление вращения
двигателя ГД. Задатчик скорости представляет собой набор
сопротивлений, каждое из которых соответствует определенной
величине скорости. Перемещение исполнительного органа робо-
та в заданную точку позиционирования осуществляется приводом
в разомкнутом режиме с максимальной скоростью 14 (рис. 150),
определяемой уровнем напряжения задатчика скорости ЗС.
Затем скорость перемещения автоматически понижается до ве-
личины ц2 и вблизи заданной точки позиционирования системы
переключается на режим слежения от датчика обратной связи
ВТп с переменной скоростью Уз- Такой график перемещения
обеспечивает плавную работу привода при максимально воз-
можных скоростях.
Моменты переключения скоростей с 14 на v2 (сигнал z/i),
переключения привода на режим слежения (сигнал у2) и ввода
очередного кадра (сигнал у3) определяются выходными сигна-
лами логической схемы ЛС, которые формируются в соответ-
ствии с уровнем рабочего напряжения Up (см. рис. 149).
Система обеспечивает возможность управления приводами
от ручного пульта, что необходимо для наладки технологиче-
ского процесса.
В этом случае задатчиком является вращающийся трансфор-
матор, с которого сигналы, аналогичные сигналам ЦАП, посту-
пают на датчик обратной связи ВТп. С пульта ручного управ-
ления также возможно управление кистью манипулятора.
Для обеспечения совместной работы манипулятора с тех-
нологическим оборудованием система управления обеспечивает
возможность запоминания до 24 технологических команд.
По линейным координатам заданная точность позициониро-
вания обеспечивается применением одного датчика обратной
247
связи (грубого отсчета). При этом одному полному обороту
вращающегося трансформатора соответствует перемещение ру-
ки на 1000 мм. Если исходить из разрешающей способности
системы б = 1 мм, то вращающийся трансформатор при полном
ходе руки должен иметь возможность занимать 103 фиксирован-
ных положений, т. е. иметь возможность останавливаться через
каждые 0,36°. У отечественных синусно-косинусных вращающих-
ся трансформаторов угловая погрешность значительно меньше
0,36°, что и объясняет успешное применение их В качестве дат-
чиков обратной связи. - • !
Задаваемое значение угла перемещения а может быть
выражено в этом случае трехразрядным десятичным числом
а = а + b + с, (26)
где
2л , 2л 2л
CL — Ч- Vi 1 Ь — Ч- у2---» С = Ч- Vo--- ,
“ и 10 " 102 ~ 103
причем Yi, № — целые числа (от 0 до 9). С учетом выраже-
ния (26) выражения (22) и (23) примут вид
Ud = £70 sin at sin(a + b + с), (27)
Uq = C/osinciH cos(a+ b + c). (28)
Выражения (27) и (28) могут быть преобразованы:
Ud = Uo [sin a + cos atg b + ±g c(cos a — sin a tg 6)]; (29)
Uq = C/O[cos a + sin a tg b — tg c(sin a + cos a tg 6)]. (30)
Реализация выражений (29) и (30) осуществляется с помо-
щью цифро-аналогового преобразователя. Значения синусов и
косинусов углов а, b и с определяют коэффициент трансформа-
ции соответствующих секций ЦАП. Умножение производится
каскадным соединением трансформаторов, а сложение — после-
довательным соединением их вторичных обмоток.
Коммутация соответствующих выводов трансформаторов
ЦАП производится контактами реле либо бесконтактными
ключами на транзисторах.
Для обеспечения точности позиционирования по круговой
координате используются два датчика обратной связи грубого
и точного отсчета (ВТг и ВТт) с механической редукцией между
ними 1 : 9. ВТг и ВТт поочередно подключаются к выходному
усилителю с помощью селекторного переключателя.
Сигналы на ВТг подаются с цифро-аналогового преобразова-
теля ЦАПг грубого отсчета, на ВТт — с ЦАПт точного отсчета.
В остальном двухканальная схема управления круговой
координатой аналогична одноканальной схеме управления.
Элементной базой системы управления манипулятора УМ-1
являются логические элементы серии «Логика-Т». Особенностью,
248
примененной в работе УМ-1 системы управления, является прак-
тически неограниченный объем памяти, зависящий лишь от дли-
ны перфоленты с информацией о программе работы робота.
Широко известна аналоговая позиционная система управ-
ления, примененная в роботе «Версатран» модели 500Р.
На пульте робота устанавливаются 90 потенциометров,
объединенных в группы по три потенциометра в каждой. Один
потенциометр группы предназначен для задания положения
руки робота по горизонтали, другой — по вертикали и третий —
по углу. Таким образом тремя потенциометрами одной группы
может быть задано вполне определенное положение руки робота
в пространстве. В качестве датчиков обратной связи по поло-
жению руки робота также используются потенциометры.
Количество возможных положений руки робота при отработ-
ке им заданной программы движений определяется количеством
групп потенциометров, установленных на пульте, и составля-
ет 30.
При отработке программы рука робота может занимать одно
и то же положение несколько раз, что обеспечивается установкой
на пульте штекерного программного барабана, имеющего
100 ступеней.
Требуемая по программе группа потенциометров выбирается
установкой на барабане соответствующих штырей. Перемещение
барабана от одной ступени к другой осуществляется, когда рука
робота приходит в заданную программой позицию.
Управляющий сигнал на гидропривод по любой координате
перемещения руки робота формируется на основе сравнения
сигналов потенциометра, установленного на пульте управления,
и потенциометра обратной связи. Разностные напряжения
потенциометров по всем координатам перед подачей на гидро-
приводы предварительно усиливаются. Выходы всех усилителей
объединяются в общий контур. Снижение напряжения в контуре
до нуля используется для формирования сигнала на перемеще-
ние программного барабана.
С помощью барабана осуществляется также управление
приводами кисти и схвата, а также технологическим оборудова-
нием, работающим в комплексе с роботом. Специальные потен-
циометры, установленные на пульте управления, позволяют
изменять скорость перемещения руки по отдельным координатам
в пределах 3—100% номинальной скорости.
Роботу «Версатран-500Р» придается ручной пульт управле-
ния, который используется в процессе наладки технологического
процесса. С помощью ручного пульта рука робота последова-
тельно приводится в положения, которые она должна занимать
по технологическому процессу. При этом в каждом из таких
положений руки положения осей командных потенциометров,
расположенных на основном пульте управления, вручную (по
стрелочному прибору) согласовываются с положениями осей
249
потенциометров обратной связи. Таким образом осуществляется
обучение робота.
Кроме описанных выше, существует ряд разновидностей кон-
струкций как цифровых, так и аналоговых позиционных систем
управления. В первых отечественных и зарубежных образцах
промышленных роботов использовались, главным образом,
аналоговые системы управления. Эти системы, как правило,
являются более простыми по конструкции, менее дорогими;
собираются они на базе хорошо освоенных серийных элементов,
таких, как вращающиеся трансформаторы, потенциометры, стан-
дартные усилители постоянного и переменного тока и другие.
Однако аналоговые системы управления отличаются меньшей
по сравнению с цифровыми системами помехоустойчивостью,
ограниченной точностью отработки программы.
При необходимости включения робота, оснащенного анало-
говой системой управления, в комплекс машин, управляемых от
ЭВМ., неизбежно возникают трудности, связанные с необходимо-
стью преобразования информации, поступающей от ЭВМ в циф-
ровом виде, для ввода ее в аналоговую систему управления
робота. Такие же трудности вызывает преобразование информа-
ции о работе робота для передачи ее в общий контур управления.
А так как создание автоматических производственных ком-
плексов, управляемых от ЭВМ, становится все более насущной
задачей, то в последнее время более широкое применение начи-
нают находить цифровые системы управления. Перспективным
является создание цифровых позиционных систем управления
на базе серийных мини-компьютеров.
4. КОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Контурные системы управления применяются в про-
мышленных роботах, предназначенных для нанесения различ-
ных покрытий на корпуса деталей, дуговой сварки, газовой
резки по контуру и других работ.
Контурные системы могут строиться на цифровом и
аналоговом принципах управления. В первых зарубежных
(«Версатран-500 С») и отечественных образцах роботов ис-
пользовались в основном контурные системы управления ана-
логового типа, ранее разработанные для станков с программ-
ным управлением. В качестве датчиков обратной связи в этих
системах применены вращающиеся трансформаторы ВТ, в ка-
честве программоносителя — магнитная лента.
Контурная система управления аналогового типа, построен-
ная на принципе фазовой модуляции электрических сигналов,
использована, например, в отечественном промышленном роботе
модели УПК-1.
В фазовой системе управления скорость перемещения по-
движных элементов робота задается разностью частот выход-
250
Рис. 151. Блок-схема фазовой контурной системы управления робота УПК-1:
МЛ — программоноситель; МГ - считывающая магнитная дорожка; УС — усилитель ра-
бочего сигнала; УОС — усилитель опорного сигнала; ФД — фазовый дискриминатор;
ВТ — датчик обратной связи (вращающийся трансформатор); УМ — усилитель мощно-
сти; Д — исполнительный двигатель
ного сигнала датчика обратной связи и рабочего сигнала,
записанного на магнитной ленте, направление перемещения —
полярностью выходного сигнала фазового дискриминатора ФД,
а величина перемещения — фазой рабочего сигнала относитель-
но опорного, также записанного на магнитной ленте.
Блок-схема фазовой системы управления для одной коорди-
наты перемещения показана на рис. 151.
На двух дорожках магнитной ленты МЛ записываются два
синусоидальных сигнала: рабочий t7maxsin(w/ + <р) и опорный
kSnaxCos со?. Фаза <р рабочего сигнала определяет собой заданный
закон перемещения по координате. Эти сигналы считываются
магнитными головками МГ и усиливаются усилителями УС и
УОС. Усилитель опорного сигнала УОС питает входные обмотки
вращающегося трансформатора ВТ обратной связи, кинемати-
чески связанного с управляемой координатой. Выходной сигнал
ВТ, равный t7maxcos(w/+ а'), где а! — электрический угол,
соответствующий механическому углу а, подается на один из
входов фазового дискриминатора ФД. На другой вход ФД по-
дается рабочий сигнал. В результате перемножения этих сигна-
лов на выходе ФД получается сложный сигнал, постоянная
составляющая которого пропорциональна sin(<p—а). Этот сиг-
нал, являющийся сигналом ошибки следящего привода е, уси-
ливается усилителем мощности УМ и подается на исполнитель-
ный двигатель Д.
Фазовый дискриминатор, используемый в системе управле-
ния, может иметь синусоидальную, треугольную или пилообраз-
ную статическую характеристику.
Дискриминатор с синусоидальной статической характери-
стикой обладает тем недостатком, что с изменением величины
ошибки е изменяется и общий коэффициент усиления следящего
251
Рис. 152. Принципиальная схе-
ма триггерного фазового ди-
скриминатора
привода. В результате ра-
бочий диапазон фазового
дискриминатора прихо-
дится ограничивать угла-
ми ±60°. В связи с этим
преимущественное рас-
пространение получили
дискриминаторы с тре-
угольной и пилообразной
характеристиками, позво-
ляющие работать в рабо-
чем диапазоне углов соот-
ветственно ±90 и ±180°.
Пилообразная стати-
ческая характеристика
может быть получена при использовании в качестве фазового
дискриминатора обычного потенциального триггера с двумя вхо-
дами (рис. 152). На входы триггера подаются сигналы от датчи-
ка обратной связи ВТ и от магнитной ленты М.Л, предваритель-
но оформленные для получения импульсов в моменты прохож-
дения синусоидальных напряжений через нулевые значения.
Вращающийся трансформатор в режиме фазовращателя
обычно включается по схеме, приведенной на рис. 153.
На выходе ВТ включена фазосдвигающая цепочка —С так,
что выходной сигнал е является суммой сдвинутых по фазе на
+45° и —45° напряжений, амплитуды которых изменяются про-
порционально sin а и cos а. В результате имеем:
e = U
max
cos а — jaRC sin а
1 + jaRC
sin (at.
(31)
Если выбрать параметры фазосдвигающей цепочки так, что
&RC = 1, то
г, cos а — / sin а - ,
е = Umax-----------sin и/. (32)
1 +1
Отсюда следует, что амплитуда переменного напряжения на
выходе постоянна и равна t7max/ И 2, а фаза а' изменяется и
равна:
a' = arctg^------— =а —45°. (33)
cos а 4
Отметим, что фаза а' равна углу а поворота ротора ВТ за
вычетом постоянного угла 45°, что, однако, не оказывает
252
Рис. 153. Схема однофазного «о
фазовращателя (включение дхии
вращающегося трансформатора
ВТ)
£___
Выход
влияния на работу системы. При отклонении частоты питания
и нарушении условия &RC = 1 в такой измерительной системе
возникает погрешность
Ла'=--^-(1 + cos 2а), (34)
2 ш
Ли
где-------относительное отклонение частоты.
Быстрые, неконтролируемые изменения частоты вследствие
колебания скорости магнитной ленты обычно не превышают
1—2% и мало сказываются на погрешности системы.
Помимо погрешности в результате отклонения частоты пи-
тания ВТ, т. е. частоты опорного сигнала, в системе имеет
место погрешность вследствие искажения формы опорного
сигнала.
При питании ВТ искаженным сигналом, содержащим гармо-
ники с амплитудами ак, на выходе ФД окажутся постоянные
составляющие от каждой гармоники, так что суммарный сигнал
k—n
е — --- sin(<p— а')+ X^-^-sina(l—cosfert). (35)
fe=2
Первый член выражения (35) дает полезный сигнал ошибки,
второй — сигнал погрешности.
Следует заметить, что искажение формы опорного сигнала
главным образом сказывается на неравномерности перемещения
исполнительных органов робота. Максимальная же ошибка
в отработке заданного положения Ла' не превышает величины
Ла' = arcsin-^-. (36)
При создании фазовых систем управления приходится счи-
таться с погрешностью, связанной с возможным перекосом
магнитной ленты. Так, при длине волны X сигналов, записанных
на ленте, расстоянии а между дорожками и перекосе ленты на
угол ц, погрешность в передаче фазы
Лф = 360-^-. (37)
253
Очевидно, что величину погрешности А<р можно уменьшить
соответствующим увеличением длины волны Л, и сокращением
расстояния d между дорожками магнитной ленты. Однако при
этом приходится учитывать, что увеличение длины волны требу-
ет в свою очередь большего расхода ленты, а сокращение рас-
стояния между дорожками нередко связано со значительными
конструктивными трудностями.
Несмотря на отмеченные недостатки, фазовые системы
управления находят широкое применение благодаря своей отно-
сительной простоте, возможности использования стандартных,
хорошо отработанных схемных и конструктивных решений.
Практически возможным оказывается осуществить в промыш-
ленном роботе, оснащенном фазовой системой управления,
обычно необходимые скорости линейных перемещений (порядка
1 м/с) и угловых перемещений (порядка 90°/с).
Фазовые системы позволяют просто осуществить обучение
робота при управлении им от ручного пульта. При этом на
магнитной ленте фиксируются сигналы вращающихся транс-
форматоров обратной связи. Для обеспечения повторения цик-
лов при воспроизведении программы запись в режиме обучения
обычно осуществляется на две бобины лент, воспроизведение
с которых производится попеременно.
В последнее время интенсивно ведутся работы по созданию
контурных систем управления, построенных на цифровом прин-
ципе. К этим системам, как правило, предъявляются требования
обеспечения воспроизведения программ как нанесенных на про-
граммоноситель в режиме ручного управления роботом, так и
полученных в результате расчета на ЭВМ. Второе требование
особенно существенно для роботов со многими степенями
свободы, когда запись программы при ручном управлении
оказывается затруднительной или даже практически невоз-
можной.
Применение цифровой системы управления позволяет наибо-
лее просто осуществить связь робота с работающим с ним
в комплексе технологическим оборудованием (имеется в виду
взаимный обмен информацией систем управления робота и
технологического оборудования о выполнении отдельных этапов
программы).
5. СВЯЗЬ РОБОТА С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ
ОБОРУДОВАНИЕМ
Условия эксплуатации промышленного робота в ком-
плексе с другим технологическим оборудованием всегда требуют
принятия специальных мер, обеспечивающих их синхронную
работу и безопасность обслуживания.
Ведущая роль в комплексе совместно работающих машин
всегда отводится роботу. С этой целью в его системе управления
254
предусматривается возможность выдачи на внешнее оборудо-
вание серии команд, с помощью которых и обеспечивается син-
хронность работы всего комплекса машин. Эти команды можно
разделить на две группы:
— команды на включение ранее отключенных управляющих
устройств внешнего технологического оборудования, с подачей
которых автоматически прерывается воспроизведение роботом
заданной программы до прихода в его систему управления
сигналов, подтверждающих, что поданные команды исполнены
технологическим оборудованием;
— команды на включение ранее отключенных управляющих
устройств внешнего оборудования, подача которых не прерывает
воспроизведения роботом заданной программы.
Количество команд, необходимых для связи робота с другим
оборудованием, определяется требованиями технологического
процесса и составляет обычно не менее двух (в самых простей-
ших случаях), но может достигать 15—20 (например, при обслу-
живании одним роботом группы многокоординатных фрезерных
станков с ЧПУ).
Выбор вида команды (требующей подтверждения исполне-
ния для продолжения роботом заданной программы или не тре-
бующей подтверждения исполнения со стороны внешнего обо-
рудования) целиком определяется конкретными условиями и
требованиями безопасности эксплуатации всего комплекса
оборудования.
Технологическое оборудование (особенно универсальное,
давно находящееся в эксплуатации), как правило, не приспо-
соблено для стыковки с роботом без соответствующей модерни-
зации. Необходимая модернизация включает в себя вывод на
внешнее распределительное устройство цепей включения и
отключения оборудования, установку дополнительных датчиков
для контроля положения его подвижных рабочих органов,
механизацию и автоматизацию операций, которые до стыковки
с роботом осуществлялись оператором вручную (например, за-
жим и разжим патрона на токарном станке) и ряд других
работ.
При стыковке робота с конкретным станком, прессом или
с другим оборудованием одна из команд, требующих под-
тверждения исполнения, используется для контроля готовности
оборудования к взаимодействию с роботом. С ее помощью про-
веряется нахождение всех рабочих органов оборудования (на-
пример, зажимной бабки, станка или ползуна пресса) в исход-
ном положении, гарантирующем безопасность обслуживания
при перемещении руки робота в рабочую зону.
В качестве примера укажем использование команд на
технологическое оборудование робота УМ.-1 при обслуживании
роботом одного токарного полуавтомата с программным
управлением:
255
г
— команда № 1 — проверка готовности станка к взаимодей-
ствию с роботом (шпиндель станка не вращается, суппорты
разведены, кулачки патрона зажаты, переключатель на пульте
управления станка стоит в положении «автоматическое управ-
ление», насосная станция включена);
— команда № 2 — разжим патрона;
— команда № 3 — зажим патрона;
— команда № 4 — пуск станка.
Для возможности стыковки с роботом станок был модерни-
зирован, что потребовало установки в его системе управления
дополнительного блока логических элементов. Связь станка
с пультом управления робота осуществлена специальным ка-
белем.
В случае стыковки робота УМ-1 одновременно с двумя то-
карными полуавтоматами устанавливается специальное распре-
делительное устройство, осуществляющее подачу указанных
выше команд к тому или другому станку. Для того чтобы такое
распределение команд оказалось возможным, в дополнение
к перечисленным командам с пульта управления робота по-
даются команды «станок № 1» или «станок № 2».
Построение цепей логических элементов, обеспечивающих
подачу команд на технологическое оборудование и прием сиг-
налов об их исполнении, определяется структурой и элементной
базой системы управления робота.
На рис. 154 для примера показана схема подачи одной
команды на технологическое оборудование и приема сигнала об
ее исполнении, использованная в системе управления робота
УМ-1.
Схема собрана на логических элементах «ИЛИ — НЕ»
(Л1—Л4).
Сигнал «1» о подаче команды на технологическое оборудова-
ние поступает со считывателя перфоленты на «Вход 1» схемы.
Перез логические элементы Л1 и Л2 и усилитель У сигнал «1»
подается на катушку реле Р, которое, сработав, замыкает свой
нормально открытый контакт, соединенный кабелем с системой
управления технологического оборудования. Одновременно че-
рез логические элементы Л1, ЛЗ и Л4 сигнал с перфоленты
передается в цепь пуска программы системы управления робота,
Л2
Рис. 154. Схема подачи команды из системы управления роботом на внешнее
технологическое оборудование и приема ответного сигнала об исполнении
команды
256
причем на выходе элемента Л4 сигнал меняется с «1» на «О»,
тем самым «запрещая» ввод следующего кадра перфоленты.
Сигнал об исполнении технологическим оборудованием
поданной команды подается в виде «1» на «вход 2» схемы. Сиг-
нал на выходе элемента Л4 вновь изменяется с «О» на «1», раз-
решая ввод следующего кадра перфоленты.
Система управления робота построена таким образом, что
при одновременной подаче нескольких команд на технологиче-
ское оборудование ввод следующего кадра перфоленты возмо-
жен лишь после прихода сигналов об исполнении всех одновре-
менно поданных команд.
Конструкции систем управления промышленными роботами
очень быстро развиваются и постоянно совершенствуются, так
как без этого невозможно дальнейшее расширение областей
рационального применения и повышение эффективности ро-
ботов.
17 Заказ 3483
Глава IX
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1. ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРИНЦИПЫ
ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
В нашей стране ведутся работы но широкому внед-
рению в производство промышленных роботов первого поко-
ления.
На машиностроительных заводах роботы находят примене-
ние почти во всех видах производства и в первую очередь:
— в литейном — для нанесения керамического покрытия на
выплавляемые модели, удаления модельной массы и керамиче-
ских стержней из отливок, обслуживания машин для литья под
давлением, нагревательных печей и другого оборудования;
— в кузнечном — для обслуживания нагревательных печей,
штамповочных и обрезных прессов и горизонтально-ковочных
машин;
— в заготовительно-штамповочном — для обслуживания
обрезных прессов, прессов глубокой вытяжки, гильотинных
ножниц и другого оборудования;
— в сварочном — для обслуживания сварочных машин при
точечной и шовной сварке деталей, а также при сварке трением;
— при нанесении теплозащитных и лакокрасочных покрытий
методом распыления, а также при окраске деталей методом
окунания;
— при термообработке и гальванопокрытии — для обслужи-
вания закалочных и гальванических ванн и термопечей;
— при механообработке для обслуживании станков с ЧПУ
и полуавтоматов, а также для обслуживания зачистных и
пескоструйных установок, промывочных ванн и во многих других
случаях.
Роботы можно достаточно эффективно применять для выпол-
нения погрузочно-разгрузочных операций, транспортировки
деталей и узлов на механообработку, при сборке, консервации
и т. д.
Опыт показывает, что в ближайшее время найдут приме-
нение как универсальные, так и специальные и специализирован-
ные роботы.
За рубежом в настоящее время, в основном, применяются
универсальные роботы, т. е. роботы общего назначения, пред-
258
назначенные для выполнения разнообразных вспомогательных
и транспортных операций с различными деталями в разнооб-
разных условиях.
Роботы универсального назначения наилучшим образом
удовлетворяют требованиям и условиям массового и крупносе-
рийного производства.
Следует отметить, что по достигаемому уровню производи-
тельности труда наивысшей формой современного промышлен-
ного производства является массовое специализированное про-
изводство с быстрой сменой объекта производства. Подготовка
такого производства должна осуществляться в очень короткий
срок (за несколько месяцев), так как выпускаемая продукция
(независимо от ее сложности) изготовляется в течение несколь-
ких месяцев (как правило, не более года) и заменяется новой.
В этих условиях снижение стоимости подготовки производ-
ства и себестоимости продукции возможно только в том случае,
если средства производства при смене объекта производства не
заменяются, а только переналаживаются. Это вполне достижи-
мо, когда переналаживаемое оборудование имеет систему ЧПУ,
а сама переналадка сводится к замене управляющих программ.
Универсальные промышленные роботы с ЧПУ, а также
роботы, управляемые от ЭВМ., полностью удовлетворяют указан-
ным требованиям и будут широко применяться в массовом и
крупносерийном специализированном производстве.
Известно, что во всех странах массовое производство (авто-
мобилестроение, тракторостроение, сельхозмашиностроение, про-
изводство часов и т. п.) имеет небольшой удельный вес. По-
давляющее количество промышленной продукции (более 75%)
выпускается мелкосерийным и единичным производством.
Мелкосерийное производство характерно для станкострое-
ния, авиапромышленности и многих других отраслей машино-
строения, выпускающих сложную технику. Универсальные
роботы недостаточно эффективны в мелкосерийном производ-
стве, так как при малых размерах партии и большой номен-
клатуре деталей их надо переучивать и переоснащать различ-
ными схватами по нескольку раз в смену, а это сильно усложня-
ет их конструкцию и эксплуатацию. В мелкосерийном и
единичном производствах универсальные роботы можно эффек-
тивно применять на отдельных массовых технологических опе-
рациях и для изготовления массовых деталей. В качестве при-
мера массовой детали в мелкосерийном производстве можно
назвать лопатку газотурбинного двигателя. Известно, что на
один ГТД идет до 2000 и более лопаток компрессора и турбины.
Даже при небольшом выпуске (порядка 50—100 двигателей в
год) приходится делать сотни тысяч заготовок и лопаток. В этом
случае целесообразно применять универсальные роботы на всех
операциях, связанных с производством лопаток, .начиная от
17*
259
изготовления керамических форм, стержней и выплавляемых
моделей для литья заготовок лопаток и кончая их финишной
обработкой и контролем.
В качестве примера массового процесса в мелкосерийном
производстве можно назвать гальванопокрытие большой номен-
клатуры деталей крепежа и других деталей. Для автоматизации
загрузки деталей в ванны гальванопокрытий с успехом могут
использоваться универсальные роботы.
Однако еще рациональнее в описанных случаях использовать
специальный робот, предназначенный только для работ с опре-
деленной деталью, например с лопаткой, или для выполнения
одной технологической операции. Специальные роботы, как
правило, имеют более простую по сравнению с универсальными
кинематическую схему и превосходят их по производительности.
В некоторых случаях целесообразно применять специализи-
рованные роботы для работы с деталями определенного типа
или класса (например, с плоскими заготовками, вырубаемыми
из листа) или для выполнения техпроцесса одного вида техно-
логии (например, сварочный, пескоструйный робот и т. д.).
Специализированные роботы обладают одновременно пре-
имуществами универсальных и специальных роботов: имеют
производительность специальных роботов и переналаживаются
также быстро и легко, как универсальные роботы. Специализи-
рованные роботы легче создавать на базе универсальных.
Специальные и специализированные роботы будут создавать-
ся, в основном, для мелкосерийного и единичного производств и,
видимо, найдут в них достаточно широкое применение, тем
более, что далеко не все производства могут быть массовыми.
Перспективы широкого внедрения роботов сейчас связаны
с созданием роботов, предназначенных для мелкосерийного и
единичного производства. Задача поиска конструкции таких
роботов и систем управления для них является в настоящее
время чрезвычайно важной и срочной, так как область приме-
нения универсальных роботов первого поколения, лучше
приспособленных к условиям массового производства, огра-
ничена.
Тем не менее роботы первого поколения найдут достаточно
широкое применение, поэтому опыт использования их в настоя-
щее время ценен и имеет большое значение для дальнейшего
развития конструкции роботов.
При определении типа робота для той или иной работы
учитывают ряд факторов, таких как объем и гибкость
памяти, количество степеней свободы, точность позициониро-
вания, грузоподъемность и скорость движения рабочих органов.
При использовании робота на одной и той же работе дли-
тельное время простота программирования его работы не
является важной, но при изменении размеров деталей от партии
260
к партии и большой номенклатуре их, когда требуется часто
менять программу, важно, чтобы, робот был легко программи-
руемым.
В зависимости от вида работы требуется разный объем
памяти. Например, для точечной сварки, покраски, некоторых
погрузочных работ необходим большой объем памяти — в сто
и более шагов.
Для выполнения общего пространственного действия робот
должен быть с шестью степенями свободы. Менее шести степе-
ней свободы достаточно при манипулировании с симметричными
предметами (например, для работы с цилиндрической деталью
достаточно пяти степеней свободы). Более шести степеней
свободы может потребоваться, если робот должен обойти пре-
пятствия или выровнять детали перед установкой.
Одной из главных характеристик роботов является точность
позиционирования. При установке детали в печь или опускании
в закалочную ванну не требуется большой точности, в то же
время при установке детали в патрон станка точность должна
быть не менее 0,1 мм.
Роботы с большей точностью позиционирования более доро-
гие. Поскольку увеличение точности всегда будет увеличивать
время цикла, следует выбирать минимально допустимую точ-
ность, используя увеличение программируемых шагов.
Скорость перемещения руки робота в ряде случаев особенно
важна. Например, при работе робота у печи с высокой темпе-
ратурой схват руки не должен долго оставаться в печи. Скорость
перемещений руки должна быть, как правило, не менее—1,5 м/с,
а скорость поворота — 100—200 град/с.
Анализ результатов внедрения отечественных роботов на
нескольких различных операциях, в том числе на операциях
вредных (горячая мойка деталей) и монотонных (установка и
снятие деталей на станках с ЧПУ), позволил установить сле-
дующие основные особенности построения техпроцессов при
автоматизации отдельных операций с помощью универсальных
роботов первого поколения.
1. В большинстве случаев необходимо дорабатывать техно-
логическое оборудование, обслуживаемое роботом. В общем
контуре управления с роботами первого поколения (типа УМ-1)
может работать только универсальное оборудование с ЧПУ, а
также оборудование, оснащенное цикловой автоматикой управ-
ления (металлорежущие станки-автоматы и полуавтоматы,
прессы, штамповочные молоты, гильотинные ножницы, литейные
и плавильно-заливочные полуавтоматы и т. п.). Для объедине-
ния оборудования и обслуживающего робота в общем автома-
тическом цикле почти всегда необходимо дорабатывать универ-
сальное оборудование. Иногда это сводится к незначительной
переделке цикловой автоматики и зажимных устройств техно-
261
логического оборудования: чаще же возникает необходимость
в создании специальных электронных блоков связи между робо-
том и оборудованием, предназначенных для преобразования и
передачи технологических команд (например, «зажим патрона»,
«разжим патрона», «включение станка» и т. д.), а также для
передачи в систему ЧПУ робота сигналов обратной связи и
сигналов автоблокировки.
В некоторых случаях для обеспечения совместной работы
универсального оборудования и роботов приходится переделы-
вать руку универсального робота или перекомпоновывать рабо-
чее пространство оборудования; в противном случае доступ руки
с заготовкой или деталью в рабочую зону оказывается затруд-
ненным (что усложняет работу и увеличивает число исполни-
тельных команд робота) и даже невозможным. При обработке
несимметричных деталей станок приходится оснащать устрой-
ством, останавливающим патрон всегда в одном положении.
Следовательно, проектирование нового универсального авто-
матизированного технологического оборудования должно вес-
тись с учетом всех требований его совместной работы с промыш-
ленными роботами первого поколения (должны быть согласо-
ваны с роботом автоматика управления, вид и форма команд-
ных и выходных сигналов, конструкция устройств зажима,
конфигурация и размеры рабочей зоны, конструкция устройства
блокировки и связи оборудования и т. д.).
2. Конструкция детали (заготовки) должна обеспечить воз-
можность захвата и переноса ее рукой робота.
Для этого необходимо поверхности детали или заготовки
делать точнее, например, у отливок и штамповок надо тща-
тельнее удалять облой, прибыли и литниковые системы — иначе
заготовку нельзя надежно захватить, и она будет плохо пози-
ционироваться в загрузочном устройстве.
3. Детали для захвата надо ориентировать. Роботы первого
поколения не оснащены органами для определения формы и
размеров детали (заготовки), поэтому для осуществления
правильной установки детали на обработку детали должны
находиться всегда в одинаковом, строго определенном поло-
жении.
Ориентация заготовки или детали может быть выполнена без
участия человека — с помощью специальных ориентаторов, в ко-
торых при подаче на позицию захвата детали или заготовки
поворачиваются в определенное положение силой тяжести де-
тали (заготовки) или толкателями; при этом обычно исполь-
зуются особенности формы детали (заготовки).
Пока еще довольно часто ориентировать заготовки и
детали приходится человеку. Указанного недостатка не будет
у роботов, оснащенных органами «зрения».
4. Во многих случаях возникает необходимость в накопи-
телях деталей или заготовок. В накопителях целесообразно
262
монтировать устройства для ориентации заготовок (деталей)
при выходе их на позицию захвата рукой робота. В том случае,
когда роботы обслуживают поточную линию и стоят на боль-
шом расстоянии друг от друга (рабочие зоны роботов не пере-
крываются), накопители соединяют транспортными средствами
(рольгангами, склизами и т. п.).
Роль накопителей чаще всего выполняют загрузочно-разгру-
зочные устройства.
В поточных линиях, обслуживаемых роботами, разгрузочное
устройство предыдущего робота является обычно загрузочным
устройством последующего и одновременно накопителем. При-
менение накопителей уменьшает время, затрачиваемое челове-
ком на подготовку работы роботов, и позволяет объединить в
единый цикл технологическое оборудование разной производи-
тельности.
5. Часто требуется изготавливать новую оснастку, специаль-
ную или специализированную: схваты рук роботов (или мага-
зины из нескольких схватов), зажимные, разжимные и фикси-
рующие устройства технологического оборудования (патроны
металлорежущих станков, пружинные упоры, всевозможные
ловители, направляющие устройства, выталкиватели и пр.),
загрузочно-разгрузочные устройства, кантователи и т. д.
Проектирование и изготовление перечисленной оснастки,
так же как и доработка самого технологического оборудования,
требует обычно сравнительно небольших затрат времени — от
нескольких смен до нескольких недель.
6. Необходимо проводить специальные мероприятия по
обеспечению техники безопасности при работе роботов, особенно
в тех случаях, когда на том же производственном участке рабо-
тают люди.
Для предотвращения травм рабочих-комплектовщиков рабо-
чая зона робота должна быть ограждена.
Для исключения поломок оснастки, оборудования, узлов
самого робота и возможных сбоев в системе управления
необходимо применять блокировочные устройства, выключаю-
щие питание робота и оборудования при возникновении аварий-
ных ситуаций (поломка инструмента, защемление детали, отказ
систем управлений и т. д.).
7. Для нормальной работы робота нужны хорошая подготов-
ка и контроль управляющих программ. Этому должна предше-
ствовать разработка техпроцессов и выполнение всех техноло-
гических расчетов (определение режимов и времени обработки,
потребного вспомогательного и заключительного времени, цик-
лов и циклограмм, объемов накопителей и т. д.).
8. Нужна тщательно продуманная планировка взаимного
расположения (размещения) технологического оборудования.
263
роботов, пультов управления, загрузочных устройств, накопите-
лей, тары и транспортных средств.
Реализация планировки часто требует точной установки всех
перечисленных средств механизации и автоматизации по за-
ранее подсчитанным координатам, причем точность установки
должна быть выше точности позиционирования схвата робота,
равной в настоящее время 0,5—1,5 мм. В противном случае
автоматический комплекс работать не будет. Для совместной
работы роботов первого поколения и технологического оборудо-
вания сами роботы должны быть точно установлены относитель-
но друг друга.
Необходимость точной установки роботов второго и третьего
поколений отпадает, так как они будут способны адаптироваться
к условиям работы.
На основании техпроцессов, технологических планировок и
расчетов определяются оптимальные траектории движения
рабочего органа робота (схвата) и рассчитывается управляю-
щая программа.
После нанесения на программоноситель программа прове-
ряется, отрабатывается и корректируется оператором. В тех
случаях, когда нет необходимости оптимизировать траектории
движения схвата робота, управляющую программу можно сфор-
мировать с помощью пульта ручного управления робота, что
существенно сокращает сроки подготовки программ.
Упрощение программ и сокращение продолжительности
программирования (обучения) роботов первого поколения
является важной задачей дальнейшего совершенствования их
конструкции. Для разных конструкций роботов эта задача
решается по-разному. Например, программирование работы
робота УМ-1 осуществляется очень просто и быстро: для этого
используются координатные линейки, закрепленные на не-
подвижных элементах конструкции. В этом случае при подго-
товке управляющей программы с пульта ручного управления
перемещают руку робота со охватом в нужном направлении на
заданное расстояние; при этом делаются отсчеты координат х, у
и $ от нулевых отметок по координатным линейкам. Затем дан-
ные о координатах пробиваются в коде БЦК-5 на перфоленту,
которая и является программоносителем.
Более сложная, чем у робота УМ-1, система управления и
программирования робота «Юнимейт» также достаточно надеж-
на и эффективна, так как исключает появление ошибок при
записи программы. Возможны и другие, еще более эффектив-
ные системы обучения роботов выполняемым операциям.
Технологический процесс с применением роботов строится
на других принципах, чем процесс, выполняемый человеком,
при этом исходя из того, что производительность робота всегда
выше производительности человека-оператора. Робот работает
без перерывов и способен в течение длительного времени, только
264
с перерывом на техобслуживание и смену управляющих про-
грамм, стабильно выполнять заданную операцию.
Технологические процессы с использованием роботов пер-
вого поколения строятся по элементам движения их рабочих
органов (одного, двух или нескольких) с соответствующей
координацией этих движений. Эффективное применение роботов
возможно только в условиях ритмично работающего производ-
ства.
До внедрения роботов на производстве необходимо организо-
вывать обучение и специальную подготовку как инженеров,
так и рабочих, внедряющих роботы.
В отличие от обычных средств автоматизации роботы могут
работать с множеством совершенно различных деталей. Эффек-
тивность и скорость их работы не ниже, чем у специальных
автоматов. По окончании одной работы робот можно без труда
передвинуть на другое место для выполнения новой работы.
Роботология — одна из развивающихся областей технологии.
2. ЛИТЕИНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Автоматизация некоторых процессов литья под дав-
лением, например, путем использования автоматических ков-
шей, ленточных конвейеров, дополнительных блокировок, при-
вела к некоторому снижению стоимости продукции, повышению
производительности труда, снижению брака и облегчила работу
литейщиков. Кроме того, снизилась продолжительность простоя
и ремонта, а срок службы оборудования увеличился.
На качество литья оказывают влияние часто не поддающиеся
контролю отклонения от нормы температуры, давления и
химического состава литейных материалов, но особенно сильно
зависит течение процесса литья от ошибок операторов.
Ни одна из существующих машин для литья пока не достигла
такой степени совершенства, чтобы неправильное срабатывание
того или другого узла влекло за собой корректирующие действия
(как в полностью автоматизированном процессе). В лучшем
случае в литейных автоматах при ошибках срабатывания про-
цесс прекращается, при этом исключается возможность повреж-
дения автомата.
Автоматизация литейного производства привела к созданию
автоматических линий. При массовом производстве отливок,
когда возможна быстрая окупаемость капитальных вложений,
создание автоматических линий вполне оправдывается. При
серийном же производстве отливок и большой их номенклатуре
трудно окупить затраты, требуется частая переналадка линий,
усложняется управление (составление графиков работ, учет
готовой продукции и др.). Таким образом, по экономическим
соображениям производство литья целесообразно автоматизиро-
вать полностью или частично: при небольшой номенклатуре
265
г
деталей и крупных сериях уровень автоматизации должен быть
гораздо выше, чем при малых сериях и большом количестве
наименований деталей. Экономика и степень автоматизации
производства взаимосвязаны, так как должно быть достигнуто
равновесие между качеством, количеством продукции и ее
стоимостью.
В настоящее время в литейном производстве остается еще
много неавтоматизированных операций (очистка и смазка пресс-
форм, удаление литниковых систем, контроль качества литья и
т. д.).
В США, Японии, Швеции и других странах процессы литья
автоматизируют, применяя автоматические погрузчики, съем-
ники, станки, а в последние годы — и роботы.
На литейном заводе «Маркони» в Милане применяется
автоматический погрузчик «Универсал М3», который полностью
автоматизирует разливку жидкого металла в печи любого типа
(тигельные, электрические и др.).
Погрузчик с электронным программным устройством может
работать по трем программам, он имеет также ручное управле-
ние. Наиболее скоростная из программ позволяет осуществлять
180 отливок в час.
Машина снабжена гидравлическим приводом, автоматиче-
ской системой смазки и системой охлаждения с терморегулято-
ром. Ковш позволяет брать чистый металл без шлака,
дозировка металла достигается сменой ковшей, которые рас-
считаны на дозы от 100 до 20 кг.
На международной выставке «Интерлитмаш-73» в Москве
! фирмы ФРГ («Фреч», «Уотэн») и Италии («Индра», «Трилзи»)
i представили автоматы для удаления отливок из машин для
литья под давлением.
Специальные автоматы указанных фирм участвуют в авто-
1 матическом цикле работы машины и выполняют одну опера-
цию — удаление отливки из формы (заливка металла осущест-
вляется автоматически с помощью специальных ковшевых до-
заторов), автоматизированы также операции смазки и очистки
форм.
Универсальный робот фирмы «Трилзи» с программным
управлением (рис. 155) выполняет две операции: заливку ме-
талла в камеру прессования и удаление отливки из формы.
Привод робота гидравлический, вытягивание и втягивание
руки осуществляется в пределах 1 м, вертикальное перемещение
руки — 0,7 м, поворот руки до 240° (точность позиционирования
до 1 мм).
На одном из заводов фирмы «Нейшнл Лид Ко» автоматиче-
ская разливка применялась продолжительное время. Однако
на существующем оборудовании невозможно было осуществить
автоматическую передачу деталей из литейных пресс-форм в за-
калочные ванны с последующей их транспортировкой конвейе-
266
Рис. 155. Универсальный литейный робот фирмы «Трилзи»
ром. Для удаления деталей из пресс-форм был применен робот.
Удаление отливки фиксируется инфракрасными или скани-
рующими датчиками. Робот легко программируется на опера-
цию проверки, гарантирующей, что вся отливка отделилась от
пресс-формы. Качество отливки можно также определять
с помощью робота.
Вначале робот после удаления отливки из пресс-формы
просто помещал деталь на конвейер, а когда накапливалось
определенное количество деталей подавал команду на включе-
ние конвейера. Деталь в руке робота удерживалась в опреде-
ленном положении и это позволило отказаться от конвейера и
перемещать отливку непосредственно в обрезной штамп для
удаления литников и облоя.
При наличии квалифицированного обслуживающего персо-
нала работа робота на литейной установке может быть запро-
граммирована менее, чем за 30 мин.
За рубежом лучшими роботами, используемыми при литье
под давлением, считаются «Юнимейт» и «Версатран» (рис. 156).
На одном из литейных заводов США уже работает десять робо-
тов типа «Юнимейт».
Робот «Юнимейт» при литье под давлением выполняет
следующие операции: извлекает отливки из штампа, опускает
их в закалочную ванну (рис. 157), передает на пресс обрубки
облоя, и помещает отливки на конвейер. К другим работам,
выполняемым роботом, относится очистка и смазка штампов.
Робот «Юнимейт» может обслуживать две литейные машины
одновременно (рис. 158), как это сделано на заводе «Металл-
веркен» (Швеция). Если роботу ставится задача только снимать
отливки и переносить их в закалочную ванну, один робот может
обслужить одновременно четыре машины.
267
Рис. 156. Робот «Версатран», используемый для выемки отливок из пресс-
формы, контроля и установки их в обрезной штамп
Рис. 157. Робот «Юнимейт» на операции загрузки отливок в закалочную ван-
ну (до подачи их в обрезной пресс)
268
Рис. 158. Литейный участок с роботом «Юнимейт», обслуживающим две ма-
шины для литья под давлением
Количество последовательно выполняемых команд у робота
типа «Юнимейт» меньше 200, но этого вполне достаточно для
самого сложного цикла литья под давлением.
В соответствии с заданной программой робот может извлечь
отливку в горячем состоянии и поместить ее на транспортер,
который-доставляет отливку к контрольному пункту для выяв-
ления инфракрасными лучами трещин. Робот может поместить
отливку на транспортер таким образом, что она будет подго-
товлена для проведения последующих работ (например, снятия
облоя или заусенцев). Однако эта возможность при изготовле-
нии алюминиевых отливок не используется, так как за время,
необходимое для выполнения последующей операции, механи-
ческая рука робота не успевает вернуться к установке для литья.
В таких случаях желательно, чтобы робот имел две руки.
Роботы также используются для продувки пресс-форм
с различной скоростью. Продувка может производиться после
пяти-шести запрессовок металла или после каждой запрессовки
по желанию. Ручной уход за пресс-формами занимает 15—20%
рабочего времени, при использовании роботов можно достигнуть
большой экономии времени.
Опыт фирмы «Аллен-Стивенс» (США) показал необходи-
мость установки выключателей, соединенных с роботом, но
абсолютно независимых от системы управления литейной ма-
шины. До осуществления этого мероприятия происходили ава-
рии, в результате которых роботы выходили из строя. Вскоре
269
было обнаружено, что помехи (в виде ложных импульсов)
генерировались электрооборудованием смежных машин. Послед-
ние модели роботов не имеют этих недостатков. Они работают
вблизи литейных машин и индукционных печей без всяких помех
благодаря хорошему заземлению и экранированию.
При всем многообразии приспособлений для смазки и
очистки поверхностей пресс-форм, имеющихся на международ-
ном рынке, предпочтение в настоящее время отдается роботам.
Многолетний опыт эксплуатации роботов фирмой «Аллен-
Стивенс» показал, что они хорошо работают на участках литья
под давлением. На этой фирме эксплуатируются три робота
«Юнимейт» и один «Версатран».
Стоимость аренды робота «Юнимейт» (7 тыс. долл, в год)
приблизительно равна сумме затрачиваемой на оплату труда
одного литейщика. При работе в две смены робот быстро себя
окупает.
Робот «Юнимейт» на чикагском заводе литья под давлением
заменяет четырех человек. В настоящее время он используется
для обслуживания двух машин литья под давлением и для
установки отливок на транспортеры. Робот функционирует 20 ч
в сутки.
В результате анализа 3 тыс. рабочих часов роботов было
установлено, что время простоя вследствие неполадок в роботе
составило 3,4%. Из всего времени простоя на долю робота
приходится 11,4%, 5% приходится на простои автоматической
системы подачи металла, 8,6% —на простой распылительных и
Рис. 159. Робот «Версатран-500 Р», используемый при работе машины
«Индра ОЛ 600С» для литья под давлением в холодной камере
270
Рис. 160. Захватывающее при-
способление робота «Верса-
тран» для зажима вертикально-
го литника
смазочных устройств,
14% — на обслуживание
установки.
Основной причиной
простоя является недо-
статочно хорошее обслу-
живание пресс-форм.
Использование робота
«Юнимейт» позволяет по-
лучать 500 деталей в час
при обслуживании двух
литейных машин — зна-
чительно больше, чем при
ручном труде.
На выставке, состояв-
шейся в 1970 г. в Лондо-
не, демонстрировались ро-
боты «Юнимейт», обслу-
живающие различные машины для изготовления пресс-форм, с
целью показа возможности полной автоматизации производст-
венного процесса. Демонстрировался также робот «Версатран-
500Р» для обслуживания машины типа «Индра ОЛ 600С» —
мощностью 600 тс (рис. 159). Рабочая программа робота рассчи-
тана на. снятие пресс-формы с неподвижной матрицы машины с
последующим отводом ее от рабочего места. Кроме этого, робот
вынимал отливку из пресс-формы и помещал ее (рис. 160) на по-
воротный стол автоматического пресса для обрезки облоя, затем
отливка снималась со стола и помещалась на конвейер. Имелась
возможность погружать отливку на заданный период времени в
закалочную ванну перед переносом ее на пресс для обрезки об-
лоя, а также осуществлять контроль качества отливки фотоэлек-
трическим или инфракрасным методом (или методом взвешива-
ния). К роботу могут быть подключены устройства для автома-
тической разливки металла и для смазки штампа. Производи-
тельность робота до 33 отливок в час.
Важным преимуществом использования робота «Версатран»
является возможность регулировать цикл во время работы ро-
бота и машины для литья под давлением, чего нельзя сделать
на роботе «Юнимейт», который необходимо для этого оста-
новить.
Одна из американских фирм использует для обслуживания
одной литейной машины для отливки штампов два робота типа
«Симплтрэн». Один робот вынимает отливки и помещает на
271
конвейер, доставляющий их в закалочную ванну, расположен-
ную в помещении для зачистки отливок. После закалки второй
робот переносит детали из закалочной ванны на автоматический
пресс для обрезки облоя.
Для обслуживания более мощных литейных машин фирма
использует два робота типа «Версатран-500Р», один из которых
установлен на рельсы. На одном конце рельсового пути отливка
помещается в закалочную ванну, а в противоположном конце —
в пресс для обрезки облоя.
На выставке, организованной в Кливленде (Огайо, США)
фирмой «АМФ Термотул» был показан робот типа «Версатран»
с усовершестованной системой управления типа 302. Эта система
имеет способность к более широкому диапазону действий: когда
на контроль поступала бракованная деталь, робот переносил ее
в контейнер для отходов, а годная деталь передавалась роботом
на платформу и устанавливалась в заданное положение. Таким
образом детали накапливались на платформе. Когда стопа
достигала определенных размеров, автоматически включалась
новая программа работы робота, который укладывал детали
в другую стопу.
Кроме роботов типа «Юнимейт», «Версатран» и «Симпл-
трэн-500», разработано еще несколько типов роботов для
литейных процессов.
В настоящее время разработано пять таких машин. Машина
фирмы «Арнольд энд Прайс» почти аналогична роботу «Верса-
тран» — она имеет то же управление и сервоклапаны, но другое
устройство — для определения чередований движений. Роботы,
изготовленные фирмами «Стерлинг Детройт», «Респонд»,
«Праб» и «Граметикс», специально сконструированы для раз-
грузки машин литья под давлением. Они имеют относительно
узкую программу, а некоторые — постоянную программу с изме-
нением конечных точек движения. Их преимущества: простота
конструкции и ухода, а также низкая стоимость. Недостатки:
отлитые детали не всегда могут быть обработаны по полному
циклу, применение упрощенных клапанов не позволяет произво-
дить плавное ускорение и замедление движений.
Техника безопасности при использовании литейных роботов
имеет первостепенное значение. За рубежом были случаи, когда
неполадки приводили к хаотическим движениям руки робота,
в результате чего были значительные разрушения.
Аппаратура управления робота должна надежно защищать-
ся щитами от брызг расплавленного металла, распыленной смаз-
ки, нагрева и т. п.
Пульт программного управления должен находиться в сто-
роне от рабочей зоны.
На рис. 161 показан робот японской фирмы «Дайдо Сэйко»
для разливки стали из плавильно-разливочной электрической
печи.
272
Рис. 161. Робот фирмы «Дайдо Сэйко», используемый для разливки стали
Робот «Юнимейт» более приспособлен для работы набольших
предприятиях, имеющих соответствующую эксплуатационную
базу с высококвалифицированным штатом, включая инженеров-
электриков. На фирме «Аллен-Стивенс», не имеющей такого
штата, время наработки до отказа составляло для робота «Юни-
мейт» 100—200 ч, а для робота «Версатран» — 500—600 ч. Не-
исправности «Версатрана» сравнительно легко определить и
устранить, так что простой составлял менее 5%, в то время как
у «Юнимейта» — 15—20%. На некоторых предприятиях про-
стой «Юнимейта» составлял 5% (эти цифры взяты с учетом
120-часовой недели, а в некоторых случаях — 144-часовой).
Робот типа «Симплтрэн» аналогичен по конструкции роботу
«Версатран-500Р», но имеет уменьшенное число степеней
свободы (в нем отсутствует поворот колонны). Этот робот может
применяться для выема отливок из машины и помещения их на
конвейер.
С применением роботов резко повысился коэффициент
использования литейных машин, а брак снизился с 5 до 2%,
в связи с тем что при использовании роботов для обдувки и
нанесения смазки на пресс-формы достигается более качествен-
ное выполнение этих операций.
В нашей стране в ряде отраслей промышленности также
намечено применение роботов для автоматизации литейных
процессов. На рис. 162 приведены типовые компоновки рабочих
мест с применением робота в литейном производстве.
IS Заказ 3483
273
Рис. 162. Типовые компоновки рабочих мест с применением роботов в литей-
ном производстве:
а — обслуживание машин для литья под давлением (/ — робот; 2 — тара для от-
ливок; 3 — пресс для удаления облоя; 4 — машина для литья под давлением); б — об-
служивание стайка для удаления керамической формы с отлнвок (/ — тара для отли-
вок; 2 — робот; 3 — вибростанок; 4 — решетка; 5 — транспортер для керамики)-
в — обслуживание печей для прокалки форм (/ — прокалочная печь; 2 — загрузочно-
разгрузочный стол; 3 — робот подвесной;; г — обслуживание ванны для удаления мо-
дельной массы из керамических блоков (/ — робот; 2 — разгрузочный стол; 3 —
ванна для выплавления модельной массы; 4 — загрузочный стол)
3. КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
Тяжелые условия работы в кузнечных цехах требуют
применения средств механизации и автоматизации, которые
освободили бы рабочего от манипулирования тяжелыми горя-
чими заготовками.
Наиболее целесообразным оказывается применение ковоч-
ных телеоператоров и промышленных роботов, которые могут
выполнять загрузку заготовки в нагревательную печь, извлече-
ние нагретой заготовки из печи, транспортировку ее к ковочному
агрегату, манипулирование заготовкой при ковке и доставку
поковки на склад готовой продукции.
Использование даже простейших телеоператоров (манипуля-
торов) в 1,5—2 раза повышает производительность и значитель-
но облегчает труд кузнеца-штамповщика.
Основные преимущества ковочного телеоператора перед
ковочными кранами и другими средствами механизации заклю-
274
чаются в быстроте и точности захвата заготовки, поворота и ус-
тановки ее, а также в лучшей маневренности.
Важной характеристикой телеоператора является тип при-
вода. Механизмы манипуляторов старых конструкций имели
механический привод. Гидравлические и пневматические устрой-
ства применялись только для зажима заготовки. В настоящее
время разработан ряд оригинальных конструкций манипуля-
торов с гидравлическим приводом для всех механизмов, а также
пневматические манипуляторы для ковки колец.
Большая экономическая целесообразность применения ковоч-
ных манипуляторов убедительно доказана опытом их примене-
ния в нашей стране и за рубежом.
Для механизации процессов ковки кузнечные цехи СССР,
США, Англии, ФРГ и других стран оборудованы ковочными
телеоператорами, манипуляторами и роботами.
В США ковочные телеоператоры изготовляют фирмы «Ал-
лене», «Брозинс», «Места», «Кендол Контракшин Инжиниринг»
и др., в ФРГ — фирмы «Демаг», «Гидраулик», «Данго унд Ди-
нентал-2», «Дойчер Иннен унд Аусзенхандлунг» и др.; в Анг-
лии — «Адамсон Аллене», «Уэлман Смит Оуэн» и др.
Развитие прессостроения в последнее время характеризуется
внедрением дистанционного и программного управления пресса-
ми и роботами.
Автоматизация гидравлических ковочных прессов и приво-
дов вращения клещей и продольного перемещения моста мани-
пулятора, а также системы многоканальной связи для управ-
ления ковочным манипулятором позволяют осуществить син-
хронную работу ковочного пресса и манипулятора и создают
предпосылки для автоматической свободной ковки.
Дистанционное управление ковочным прессом и роботом поз-
воляет существенно улучшить условия работы оператора, а так-
же дает возможность прессовщику работать в наиболее удобном
месте, удаленном от зоны повышенных температур, с наилучшим
обзором рабочего пространства пресса.
В большинстве случаев применение современных роботов
с дистанционным управлением дает возможность передать
включение робота прессовщику и таким образом освободить
оператора для выполнения других работ.
В кузнечном цехе фирмы «Эдельштальворке», где произво-
дится ковка крупных поковок на прессах усилием до 2000 тс,
применяется робот «Сэк». Робот зажимает заготовки и выпол-
няет последующие манипуляции при ковке: подъем, поворот,
опускание и перемещение поковок массой до 10 т. Скорость
каждого перемещения можно регулировать. Широко распростра-
ненные опасения, что прессовщик будет чрезмерно загружен,
если он будет управлять и манипулятором, и прессом, оказались
несостоятельными. С пульта управления прессом гораздо лучше
обзор, кроме того, предотвращаются многие неполадки, возни-
18*
275
кающие из-за недостаточной слаженности в работе прессовщика
и машиниста телеоператоров или робота.
Фирма «Лэтроуб стил Ко» (США) при обслуживании
2000-тонного ковочного пресса применяет одновременно два ро-
бота «Сэк». Манипуляторы роботов, работая синхронно и удер-
живая обрабатываемую поковку с двух сторон, обеспечивают
параллельное перемещение клещей схватов. Держатели схватов
имеют гидравлические амортизаторы двойного действия. Управ-
ление роботами дистанционное и осуществляется одним опера-
тором, при этом пресс работает автоматически. При выполнении
окончательных, чистовых операций ковки используется автома-
тическая доводка толщины поковки.
В конце каждого прохода один манипулятор освобождает
конец поковки, чтобы его можно было проковать. Синхронизация
положения схватов во всех направлениях, включая горизонталь-
ное смещение, наклон и поворот, осуществляется по специаль-
ным индикаторам.
В последнее время появились сообщения, что на заводах
Англии, США и Японии для обслуживания процессов горячей
штамповки на молотах и прессах начинают использоваться
универсальные переналаживаемые роботы.
На базе робота «Юнимейт» создана полностью автоматизи-
рованная линия для штамповки шестерен и зубчатых колес.
Предварительно отрезанные стальные заготовки подаются из
бункера и пропускаются через печь с газовым нагревом, затем
нагретые заготовки робот пропускает последовательно через все
ручьи штампа.
После горячей штамповки робот «Юнимейт» автоматически
переносит заготовки в пресс для обрезки облоя. Все движения
автоматизированы и электрически взаимосвязаны.
Облой, обрезанный на прессе, захватывается роботом и
переносится на скребковый конвейер, а готовые штамповки
проталкиваются на конвейер, который перемещает их в кон-
тейнеры для готовой продукции. Средняя продолжительность
цикла 15 с.
Если имеется какое-либо рассогласование, то устройства
блокировки выключают оборудование.
На заводе «Шевроле Плант» для автоматизации штамповки
зубчатого колеса используется робот «Версатран». Робот пере-
мещает нагретые заготовки массой 1,8 кг с конвейера в первый
и второй ручьи штампа. Когда рука робота отходит, пресс сраба-
тывает, образуя круглый диск диаметром 152,4 мм и толщиной
25,4 мм. Затем штамп раскрывается и робот переносит диск на
второй пресс, на котором образуется заготовка зубчатого колеса
диаметром 127 мм и толщиной 38 мм, которая выталкивается
роботом в контейнер. Когда специальный щуп показывает, что
заготовка из штампа удалена, цикл повторяется. Производи-
276
тельность штамповки — 550 штук в час. В результате повышения
производительности робот окупается в течение года.
В некоторых случаях робот устанавливается между прессом
и печью так, что его рука может достичь как рабочей зоны прес-
са, так и конвейера, несущего нагретые металлические заготовки
из печи.
Стальная заготовка нагревается до 1200° С в печи с газовым
обогревом подается на конвейере к ковочному прессу усилием
1300 тс. Когда заготовка поступает на исходную позицию, при-
водится в действие переключатель, который сигнализирует
роботу, что нагретая заготовка подана. Робот поворачивается
к этой заготовке, подхватывает ее и переносит к штампу пресса
самым коротким путем. После того как специальный шуп опре-
делит, что штамп свободен и пуансон поднят, робот помещает
заготовку в штамп. Сигнал об этом подается в систему управле-
ния робота. Затем робот подает сигнал прессу на включение
рабочего хода и заготовка штампуется вначале в первом, а затем
во втором ручьях штампа. Готовая заготовка шестерни механи-
чески выбрасывается из штампа. Робот проверяет, свободна ли
полость штампа, затем повторяет двухпереходную операцию на
следующей нагретой заготовке. Во время работы на стальной
схват робота распыляется воздух с водой, чтобы он мог выдер-
живать высокую температуру рабочей зоны. Корпус робота
теплозащищен и охлаждается водой.
На рис. 163 показано обслуживание роботом «Версатран»
пресса горячей штамповки «Аякс» (1300 тс), на котором де-
лаются заготовки шестерен.
Рис. 163. Робот «Версатран» обслуживает пресс горячей штамповки
277
При штамповке шестерен экономия от внедрения робота
составляет 28000 долл, в год сверх стоимости робота.
Фирма «Коннрекс Плантсвил» (США) использует робот
«Версатран» для штамповки автомобильных деталей на моло-
тах. Применение робота позволяет повысить производительность
и лучше использовать оборудование кузницы.
Детали штампуются на молоте с весом падающих частей
500 кгс, в штампе с тремя ручьями (закрытого типа). В течение
одного цикла изготовляются сразу три заготовки массой около
0,5 кг. Робот укладывает нагретый пруток в первый ручей и
удерживает его, пока молот не ударит три раза; затем робот
перекладывает заготовку во второй ручей штампа для двух
ударов и в третий (окончательный) ручей для одного удара,
после чего заготовка помещается в отрезной ручей молота, где
деталь отрубается от прутка и падает на конвейер. Если деталь
прилипает к пуансону, схват робота автоматически освобождает
деталь. Несмотря на сильные ударные нагрузки механические и
электронные системы робота не повреждались.
Фирма «Американ Машин энд Фаундри Ко» (США) сооб-
щает некоторые данные об использовании робота «Версатран»
в кузнечно-штамповочных цехах. Как пример дается описание
автоматизированной технологической позиции, состоящей из
пресса, робота и конвейера, подающего заготовку поперечной
балки шасси массой около 6 кг. Циклограмма работы робота
построена следующим образом. По сигналу датчика, располо-
женного на конвейере, рука робота движется в позицию захвата
заготовки, зажимает ее и переносит с поворотом кисти на 180°
в рабочую зону пресса^ Другой датчик, расположенный на прес-
се, сигнализирует о том, что полость штампа открыта. Рука
вносит заготовку в полость штампа и укладывает ее в матрицу,
соответствующий датчик сигнализирует о конечном положении
руки, и затем дается команда на пробивку отверстия в заготовке.
После пробивки отверстия деталь автоматически выталкивается
из матрицы и сбрасывается в тару.
Применение робота на этой позиции обеспечило увеличение
производительности до 720 изделий в час по сравнению с 550 из-
делиями при ручной работе.
С использованием робота «Версатран» механизирован техно-
логический участок, состоящий из круговой газовой печи, горя-
чештамповочного пресса усилием 1300 тс и конвейера. Нагретая
заготовка шестерни массой около 2 кг вручную вынимается из
печи и подается на конвейер. Циклограмма работы робота
начинается с захвата нагретой заготовки по сигналу датчика,
расположенного на конвейере. Заготовка переносится в первый
ручей штампа, пальцы схвата разжимаются, и по команде от
системы управления пресс предварительно штампует заготовку.
После сигнала датчика об окончании первого перехода схват
зажимает заготовку и переносит ее во второй ручей. Рука
278
робота выводится из рабочей зоны пресса, после чего дается
команда на включение следующего рабочего хода пресса: от-
штампованная заготовка автоматически выталкивается из поло-
сти штампа и сбрасывается в тару. Система блокировок преду-
сматривает автоматическое выключение процесса штамповки,
если рука робота попадает в рабочую зону пресса в течение
рабочего хода.
Два пресса для изготовления пружин (массой 15 кг) задних
подвесок автомобилей «Форд» на заводе фирмы «Форд Мо-
торе» обслуживаются двумя промышленными роботами (вместо
четырех операторов). Прессы соединены конвейером, на каж-
дом прессе выполняется двухпереходная штамповка.
Детали загружаются в первые позиции в обоих прессах
вручную, после штамповки они автоматически извлекаются.
Затем робот поднимает их, поворачивает и устанавливает во
втором положении.
Движения двух роботов синхронизированы с рабочими хода-
ми прессов. Концевые выключатели регистрируют положение
штампа и следят, чтобы рука робота не оказалась в зоне штам-
па, пока штамп полностью не раскроется. Они также регистри-
руют присутствие деталей во второй позиции штампа и
исключают загрузку штамповок до момента освобождения этой
позиции (укладка двух деталей одновременно в один штамп
также исключена).
Применение робота позволяет уменьшить штат рабочих, по-
высить безопасность и производительность труда.
На рис. 164 показано применение робота «Юнимейт» для
обслуживания ковочного пресса.
При заклинивании поковки в штампе срабатывает бло-
кировка.
В нашей стране уже проведена работа по анализу загото-
вительно-штамповочного производства и намечено на ряде за-
водов внедрение роботов. Расчеты показывают, что при этом
может быть достигнута высокая технико-экономическая эффек-
тивность (например, при организации участка штамповки лопа-
ток двигателя с использованием робота УМ-1).
Организация автоматизированного участка штамповки потре-
бует проведения ряда мероприятий: необходимо спроектировать
и изготовить специальную нагревательную печь проходного типа
с кассетной загрузкой заготовок и ориентированной выдачей на
позицию выгрузки (управление печью предусмотрено от про-
граммного устройства манипулятора).
Для обеспечения надежной работы установки изотермиче-
ского деформирования (например, при штамповке турбинных
лопаток) с укладкой и выемкой штампуемой заготовки клеще-
выми схватами робота потребовалось модернизировать уста-
новку, изменить конструкцию штампов, ввести фиксаторы и
выталкиватели. В электрической схеме управления оборудова-
279
Рис. 164. Робот «Юнимейт» устанавливает заготовку в ковочный пресс
Рис. 165. Схема участка кузиечиого цеха с примеиеиием робота:
] — пульт программного управления; 2 — ориентатор заготовок; 3 — нагревательная
установка; 4 — бункер; 5 — штамповочный пресс; 6 — тара для штамповок; 7 — обрезной
пресс; 8 — тара для облоя; 9 — робот
нием участка предусматривается связь с пультом управления
программного устройства робота.
При организации участков обычной штамповки на горячеко-
вочных прессах схема расположения оборудования аналогична
показанной на рис. 165. Если заготовка имеет простую форму
(например, цилиндрическую), можно осуществить бункерную
загрузку печи, что позволит автоматизировать участок штампов-
ки полностью.
280
Производительность такого участка ориентировочно составит
300—500 заготовок в час, что в 1,5—2 раза выше существующей.
При двухсменной работе высвобождается шесть рабочих на
каждом участке (нагревальщики, штамповщики, прессовщики),
повысится культура производства, а также улучшатся условия
труда.
4. ТЕРМООБРАБОТКА
За рубежом в процессах термической обработки ро-
боты применяют в основном на операциях загрузки и разгрузки
печей, соляных ванн, а также для передачи деталей из одной
ванны в другую, контроля твердости, клеймения и складирова-
ния деталей.
Робот «Юнимейт», установленный на заводе фирмы «Катер-
пиллер трактор Ко», обслуживает индукционную печь с вра-
щающимся подом и закалочный бак, в которых проводится
термическая обработка пальцев гусеницы трактора (рис. 166).
Робот извлекает деталь из магазина подачи и помещает ее в паз
во вращающемся поде печи. Затем подает сигнал на поворот
пода, зажимает термообработанную деталь, вынимает ее из печи
и дает команду закрыть заслонку печи (при этом робот уста-
навливает горячую деталь в зажимное приспособление, обеспе-
чивающее минимальное коробление при закалке, подавая сиг-
нал на включение охлаждения). Полный цикл занимает 1 мин.
Электрическая блокировка предотвращает возможную загрузку
печи до получения сигнала о том, что под печи повернут для
принятия детали, а дверцы открыты. Обучение робота занимает
Рис. 166. Термическая установка, обслуживаемая роботом, который помещает
детали и выгружает их после термообработки
Рис. 167. Робот «Юнимейт» загружает печь для отпуска деталей
281
Рис. 168. Роботы на участке термообработки моноблоков и корпусов:
1 — печь для закалкн; 2 — печь для отпуска; 3 — тара; 4 — робот; 5 — обрабатываемая
деталь (моноблок из стали ЗОХГСА массой до 25 кг)
30 мин. Производительность труда при обслуживании печи
роботом увеличилась на 10% по сравнению с прежней органи-
зацией работ (без робота).
На рис. 167 показана схема расположения робота «Юни-
мейт», снабженного защищенной асбестом вакуумной присоской,
загружающего печь для отжига стеклянных отливок [40].
Рабочий цикл робота связан с работой конвейера, подающего
отливки с предыдущей технологической позиции. Робот захва-
тывает отливку с конвейера и устанавливает ее на выдвижном
поде печи.
Робот, используемый на операциях термообработки, должен
быть специально оборудован, так как температура нагретых
деталей доходит до 900—1200° С. Рука робота должна быть
оснащена схватом и инструментом, способными работать при
высокой температуре. Корпус робота должен быть закрыт
теплоизоляцией для обеспечения надежной работы электронного
оборудования. В ряде случаев робот должен быть передвижным,
например при обслуживании камерных печей.
На рис. 168 представлена схема участка термообработки
корпусных деталей с использованием промышленного робота.
Специалисты фирмы «Юнимейт» считают, что эффективность
использования роботов при термообработке значительно повы-
сится, если их оборудовать чувствительными элементами, кото-
рые позволят роботу брать неориентированные детали.
282
5. ПРОЦЕССЫ ХОЛОДНОГО
ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Заготовительно-штамповочные работы, так же как и
кузнечные, термические и литейные, с успехом обслуживаются
роботами.
На автомобильном заводе робот «Версатран» берет с конвей-
ера после точечной сварки поперечную балку автомобильной
рамы и подает ее на пресс для пробивки отверстий, поворачивая
одновременно на 180°. Робот взаимосвязан с другим оборудо-
ванием, сигналы датчиков обеспечивают синхронность работы.
Два датчика сообщают роботу о готовности заготовки для взя-
тия и передачи ее на пробивку. После того как заготовка уста-
новлена на пресс и рука робота убрана, робот дает сигнал прес-
су начать штамповку. Третий датчик сообщает роботу о выходе
заготовки из штампа. Если какой-либо запрограммированный
переход не будет выполнен, то робот остановится. Производи-
тельность этого участка — 720 изделий в час.
Робот «Юнимейт» используется в комплексе с 40-тонным
листоштамповочным прессом (этот комплекс работает в усло-
виях частых переналадок, в памяти робота хранятся программы
для всей номенклатуры деталей, обрабатываемых на прессе,
очередная программа переписывается в память робота «Юни-
мейт» в течение 3 мин.).
Робот «Юнимейт» с двумя руками может обслуживать три
пресса (рис. 169). На рис. 170 показаны роботы «Юнимейт», ра-
ботающие у дыропробивных прессов.
Рис. 169. Робот «Юнимейт» с двумя руками обслуживает три штамповочных
пресса
283
Рис. 170. Роботы «Юнимейт» обслуживают дыропробивные прессы
Рис. 171. Робот SR-10 фирмы «Синко Дэнки» обслуживает вырубной пресс
и станок для снятия заусенцев
Японский робот «Аутохенд» (с одной, двумя и тремя руками)
используется на участках листоштамповочных прессов [74].
Листовые детали на заводе «Хонда» штампуются с помощью
робота фирмы «Дайдо Сэйко».
Робот SR-5 фирмы «Синко Дэнки» используется при штам-
повке кольцевых деталей. На рис. 171 показано, как робот
SR-Ю той же фирмы обслуживает вырубной пресс и станок
для снятия заусенцев.
284
6. ПРЕССЛ ИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ДЕТАЛЕЙ
ИЗ НЕМЕТАЛЛОВ
В процессах прессования пластмасс промышленные
роботы нашли широкое применение.
Японские специалисты предпочитают применять на этих
работах упрощенные роботы и манипуляторы, так как для вы-
полнения несложных операций применять роботы типа «Верса-
тран» и «Юнимейт» не всегда целесообразно. В Японии создан
целый ряд упрощенных роботов, которые, несмотря на некоторые
недостатки (малая величина перемещения руки, количество
степеней свободы менее шести), обладают высокой скоростью и
точностью действия.
Японской фирмой «Синко Дэнки» изготовлено несколько
типов механических рук для работы в автоматических линиях
для прессования пластмассовых изделий.
Одна из автоматических линий состоит из прессовой маши-
ны, устройств для подачи заготовок, снятия облоя и заусенцев,
конвейера и механической руки с двумя схватами (см.
рис. 172, а). Один схват работает с правой стороны машины.
Он берет в устройстве подачи нагретую заготовку, помещает ее
в машину для прессования и возвращается в исходное положе-
ние. После прессования другой схват, производящий операции
с левой стороны машины, захватив отформованное изделие,
возвращается в центральное положение и переносит изделие
в устройство для снятия облоя и заусенцев. После снятия зау-
сенцев готовое изделие сбрасывается на конвейер.
Втор.ая автоматическая линия состоит из устройства подачи
порошка, формовочного пресса, конвейера и устройства подачи
чашек (см. рис. 172, б).
Отпрессованные изделия собираются вдоль реечной направ-
ляющей. Когда набирается определенное количество изделий,
первый схват механической руки присасывает изделия, переносит
их в нужную позицию и укладывает в чашки. В то же время
второй схват механической руки берет чашку с уложенными
в ней изделиями, переносит и устанавливает на другие чашки
стопкой. Цикл повторяется автоматически.
Третья автоматическая линия состоит из двух машин для
прессования, обрезного устройства и механической руки
(рис. 172, в).
Механическая рука снимает отпрессованное изделие, пере-
носит в машину для обрезки облоя, после чего опускает в ящик.
Качество изделий, изготовленных на автоматических линиях,
высокое, а трудоемкость снижена.
Несмотря на то что использование автоматической линии
с механической рукой целесообразнее, чем применение дорогих
роботов, в пресслитейной промышленности США все же при-
285
Рис. 172. Автоматические линии прессования пластмассовых деталей с исполь-
зованием механических рук:
а — (1 — устройство для подачи заготовок; 2 — механическая рука; 3 — устройство для
снятия облоя и заусенцев; 4 — конвейер; 5 — машина для прессования пластмассовых
изделий); б — (/ — устройство подачи порошка; 2 — формовочный пресс; 3 — первый
схват; 4 — второй схват; 5 — устройство для подачи чашек; 6 — механическая рука;
7 — чашка); в — (1 — машина для прессования; 2 — механическая рука; 3 — тара для
готовых изделий; 4 — устройство для снятия облоя и заусенцев)
меняются роботы «Юнимейт», «Версатран» и другие.
Фирма «Синко Дэнки» при обслуживании пресслитейных
машин для изготовления пластмассовых деталей использует ро-
боты SR-10 и SR-5 (рис. 173).
В шведской промышленности, выпускающей изделия из
пластмасс, роботы начали применяться с 1968 г.
Поскольку процесс прессования, как правило, занимает
примерно 15—40 с, то наряду с выемом готовых деталей из
пресс-форм роботы использовали и для других рабочих опера-
ций. К их числу относятся обрезка литников, упаковочные
работы и т. п. Чаще всего употребляются напольные роботы,
поскольку их легко приспосабливать к имеющимся прессам.
Новой областью применения промышленных роботов
в пластмассовой промышленности является развивающаяся
отрасль производства вспенивающихся пластмасс. На прессах
для пластмасс делаются детали массой по 20—30 кг, объем их
может достигать 1 м3.
В Швеции при изготовлении таких деталей сложной формы
используют роботы типа «АЗО».
Применение роботов в пресслитейном производстве дает
большую экономию за счет уменьшения времени простоев, а так-
286
Рис. 173. Робот SR-5 обслуживает участок пресслитейных машин для изготов-
ления деталей из пластмасс
же обеспечивает более высокое качество и создает безопасные
условия для работы, что особенно важно.
В отечественной промышленности при прессовании деталей
из пресс-порошка могут быть использованы роботы УМ-1,
ПР-10, М-901 и другие на операциях загрузки и выгрузки де-
талей из пресса.
7. СВАРКА И ПАЙКА
Наиболее широкое применение за рубежом роботы
нашли для автоматизации контактной и дуговой сварки, в част-
ности в автомобильной промышленности.
Американские фирмы «Дженерал моторе», «Форд», «Край-
слер» и другие устанавливают роботы в поточные линии для
сварки кузовов автомобилей и на рабочих местах для выполне-
ния отдельных операций сварки и транспортировки различных
узлов и деталей [58, 68].
На заводах фирмы «Дженерал моторе» роботы «Юнимейт»
выполняли 80% точечной сварки при сборке малолитражного
автомобиля «Вега». Фирма установила 26 роботов на линии
сборки автомобилей (рис. 174). Перед сваркой кузов фикси-
руется в строго определенном положении. Роботы выполняют
более чем двухсменную работу за день, заменяя 52 человека и
окупая себя в течение 18 месяцев. Роботы обеспечивают пра-
вильное расположение сварных точек с точностью ±1,5 мм;
производительность такой сварки — около 60 точек в минуту.
Автоматическое контрольное устройство, встроенное в систе-
му, следит за выполнением операций. Если какое-либо сварочное
соединение не выполнено, то на пульте управления зажигается
лампочка, показывающая номер робота, не выполнившего
287
Рис. 174. Робот «Юнимейт» сваривает кузов автомобиля
операцию. Кроме того, звуковой сигнал предупреждает сварщи-
ков о неполадках. Дефекты сварки исправляются вручную.
На заводе «Фишер Боди» с помощью робота «Юнимейт»
выполняется операция приварки шпилек к нижним панелям
кузова автомобиля «Кадиллак».
Над сварочной линией подвешен вибробункер, вмещающий
10000 шпилек (количество, достаточное для 8-часовой работы),
которые сжатым воздухом по трубопроводу подаются в магазин
сварочного пистолета.
После получения роботом сигнала о начале сварки он при-
водит в действие механизм самопередвижения и освобождает
уже приваренную шпильку.
Затем робот фиксирует положение сварочного пистолета,
прикрепленного к руке над точкой, куда должна быть приварена
шпилька. Далее пистолет с помощью пневмоцилиндра продви-
гается до соприкосновения с панелью кузова, шпилька, поступив-
шая из бункера и зажатая в цанге, прижимается к панели,
в результате чего образуется замкнутая электрическая цепь
низкого сопротивления. После этого начинается цикл нагрева,
к концу которого пружина пистолета прижимает шпильку
к расплавленному металлу, образуя сварное соединение. Далее
контрольное устройство посылает сигнал роботу об окончании
процесса, пистолет отводится назад, а робот устанавливается
в исходное положение для приварки следующей шпильки.
После окончания сварки на одной стороне панели робот
с помощью пневмомеханизма переходит к сварке на другой
стороне.
288
После выполнения полного цикла сварки робот отодвигает
сварочный пистолет и подает сигнал на конвейер, перемещаю-
щий готовую панель кузова на основную линию сборки, в то же
время следующая панель продвигается в нужное для сварки
положение.
Автоматическое контрольное устройство выявляет все нару-
шения технологии сварки и при необходимости прерывает ра-
боту. Например, если не поступила шпилька, отсутствует сигнал
нужного уровня электропроводности электрической цепи
«пистолет — панель» и цикл прерывается.
Робот может устанавливать сварочный пистолет в различных
положениях, и это позволяет производить сварку на криволи-
нейной поверхности под любым углом к ней (даже снизу).
На одном из заводов «Фишер Боди» на операциях автома-
тической сварки применен робот «SAM». Робот выполняет
операции сварки с требуемой точностью и манипулирует сва-
рочным пистолетом по шести координатам, выполняя до
510 команд, распределенных по 10 отдельным программам.
Робот «Минитрэн» применяется для выполнения операций
соединения деталей методами сварки или пайки (рис. 175).
Установка имеет два питателя 1, 3, с приемных лотков
которых детали для сварки транспортируются двумя манипуля-
торами 4 и 7 на позицию сварки (на оправку 6), затем детали
свариваются с помощью двух электродов в двух диаметрально
расположенных точках, а после поворота оправки — еще в двух.
После этого готовое изделие транспортируется одним манипуля-
тором (механическим модулем) в тару 5. Средняя производи-
тельность описанного автомата с двумя манипуляторами
составляет 750 сборок в час. Производительность другой си-
Рис. 175. Схема соединения двух деталей роботом «Минитрэн»:
], 3 — питатели; 2 — сварочное устройство; 4, 7 — манипуляторы; 5 — тара для готовых
изделий: 6 — оправка
19 Заказ 3483
289
стемы, включающей две сварочные установки и три модуля
«Минитрэн», составляет 1200 сборок в час.
Для сборки и пайки корпуса автомобильной свечи также
применяется система из модулей «Минитрэн» с производитель-
ностью 1500 сборок в час.
На заводе «Тоёта» (Япония) с помощью робота «Кавасаки
Юнимейт» ведется точечная сварка кузовов автомобилей.
Применение роботов на операциях сварки (особенно дуго-
вой) связано с рядом трудностей, так как выполнение простран-
ственного шва требует постоянного изменения положения оси
электрода (перпендикулярно плоскости шва), поэтому возникает
необходимость в программировании траектории и скорости
движения по стыку. Ориентация электрода и коррекция при
отклонении шва от расчетной траектории должна производить-
ся следящими системами [17].
Опыт показывает, что целесообразно совмещать управление
движением электрода и режимом сварки в едином программи-
рующем устройстве. Хороших результатов можно достигнуть,
если робот оснастить специальными датчиками и системами,
позволяющими корректировать программу путем слежения по
стыку, контролировать качество шва и автоматически регулиро-
вать режим сварки. Параллельно с созданием специализирован-
ного сварочного робота для обычных условий в настоящее время
решаются задачи создания роботов, действующих в сложных
условиях и, в первую очередь, в условиях сварки в обитаемых
камерах, применение которых в настоящее время в нашей стране
принимает широкий размах.
8. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Универсальность роботов делает возможным их при-
менение для автоматизации работ на разных металлорежущих
станках, причем один робот может обслуживать два и более стан-
ков [57]. На отечественных предприятиях роботы уже приме-
няются на ряде работ, связанных с механообработкой.
В США для этих целей широко используют роботы «Юни-
мейт», «Аутобот» и «Версатран». Робот «Аутобот» осуществляет
загрузку и разгрузку патронных полуавтоматов, токарных стан-
ков, а также загрузку, управление и разгрузку вертикально-свер-
лильных станков. Фирма «Рокуэл», являющаяся поставщиком
широкого ассортимента узлов для автомобильной промышленно-
сти США, в цехах механической обработки применяет роботы
«Юнимейт».
На участке обработки зубчатых колес для автоматизации по-
дачи заготовок к станкам применен непрерывно действующий ро-
ликовый конвейер, управляемый роботом, для поворота загото-
вок установлен поворотный стол; сигнальная система связывает
робот со станками, поворотным столом и конвейером. На этом
290
участке автоматизирована работа систем охлаждения и очистки
станков от стружки с подачей команд от робота. Технология об-
работки включает 39 операций, время цикла 1,4 мин.
Сделана попытка полностью автоматизировать процесс изго-
товления (в том числе механообработки) автомобильных колес
с помощью 23 роботов «Юнимейт». На основе этих роботов по-
строена система, в которой автоматизированы операции ковки,
штамповки, прессования, расточки, клепки и т. п. Роботы, ис-
Рис. 176. Робот WHS (слева) фирмы
«Хурт» (ФРГ) обслуживает станок
для шевингования зубчатых колес
Рис. 177. Робот УМ-1, обслуживающий два станка АТ-250П:
1 — робот; 2 — загрузочно-разгрузочное устройство; 3 — обрабатываемая деталь; <
6 — токарный полуавтомат АТ-250П; 5 — пульт управления робота
19*
291
Рис. 178. Типовая компоновка рабочего места с
роботами для обслуживания агрегатных стан-
ков:
] — накопитель заготовок; 2 — станок; 3 — тара для
обработанных деталей; 4 — робот
пользуемые в системе, имеют автоном-
ное управление, работа отдельных тех-
нологических участков синхронизиру-
ется. Для увеличения надежности
функционирования в системе преду-
смотрены два резервных робота.
В ФРГ в цехах механообработки
для автоматизации процессов тоже
применяют роботы. На рис. 176 по-
казан двурукий робот фирмы «Хурт»,
который обслуживает шевинговаль-
ный станок, установленный в конвей-
ерной линии.
Анализ технологии производства на отечественных заводах
показал возможность применения роботов на различных рабо-
тах, связанных с механической обработкой деталей и узлов из-
делий. Ниже приведен пример использования отечественного
робота УМ-1 для обслуживания двух станков с программным
управлением АТ-250П при окончательной механической обработ-
ке втулки колеса (рис. 177).
Предварительно обработанные отливки (заготовки втулок)
вручную укладываются в загрузочно-разгрузочное устройство 2,
расположенное рядом с двумя станками 4 и 6. Установленный
между станками манипулятор робота 1 специальным схватом
(типа разжимной цанги) берет заготовку 3 по центральному от-
верстию с фиксированной позиции устройства 2 и устанавливает
ее в патрон станка 4, дает команду на зажим детали и запускает
первый станок. После обработки на первой операции робот бе-
рет ее, поворачивает (кантует) и устанавливает в ложемент, ук-
репленный на загрузочно-разгрузочном устройстве 2. Затем ру-
ка робота берет заготовку втулки с другого торца, поворачивает
и вставляет в патрон станка 6. После окончательной обработки
робот берет втулку, поворачивает и устанавливает в ложемент
разгрузочного устройства 2.
Размещение робота, двух станков АТ-250П, загрузочно-раз-
грузочного устройства выполняется по расчетным координатам.
Чтобы уменьшить погрешности позиционирования, расчет конеч-
ных координат производится отсреднего положения руки робота.
Применение робота на описанной операции кроме повышения
производительности труда существенно уменьшило потери от
брака.
Опыт применения робота УМ-1 для обслуживания двух стан-
ков АТ-250П открывает широкие перспективы замены производ-
292
ственных рабочих роботами на операциях обслуживания обору-
дования с программным управлением, полуавтоматов, агрегат-
ных станков, как на отдельных операциях технологического
процесса, так и в технологических линиях.
Экономическая эффективность от внедрения одного промыш-
ленного робота при механообработке составляет 5—8 тыс. р. в
год, при этом не учитывается социальный эффект, связанный с
улучшением условий труда, снижением травматизма и др.
На рис. 178 приведен пример типовой компоновки рабочего
места с роботом УМ-1 при механообработке на агрегатных стан-
ках.
9. ПРОЦЕССЫ ПОКРЫТИЯ, ПОКРАСКИ
И ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
В процессах покрытия, покраски и поверхностного уп-
рочнения робот должен заменить человека на операциях, свя-
занных с тяжелыми физическими нагрузками или с вредными ус-
ловиями труда.
Автоматизация процессов гальванических покрытий необхо-
дима, так как, во-первых, детали (или корзины с деталями), пе-
редаваемые из одной ванны в другую, часто бывают тяжелыми и,
во-вторых, человеку опасно оставаться вблизи ванн из-за вред-
ных испарений, например при цинковании в цианистых электро-
литах. Исключить почти полностью участие человека из процес-
сов гальванопокрытий можно, применив робот.
Для обслуживания ванн робот чаще всего должен передви-
гаться по рельсовому пути.
На рис. 179 показана схема участка гальванопокрытия кор-
пусных деталей с применением робота УМ-1.
Автоматизация участка гальванопокрытия предусматривает
нужную последовательность операций технологического цикла с
соответствующей расстановкой ванн, обеспечивающей рацио-
нальные движения робота.
Робот захватывает подвеску с деталью на загрузочной пози-
ции 6 и помещает ее в ванну для обезжиривания 7. После загруз-
ки партии деталей и требуемой выдержки в ванне 7 робот 2 вы-
нимает детали и опускает их в ванну 8 с горячей, а затем в ван-
ну 9 с холодной водой, в ванну 10 для декапирования, в ванну 11
с холодной водой и в ванну 3 цианистого цинкования. Процесс
цинкования длится 50 мин, робот на это время отключается. За
время выдержки производится контроль толщины покрытия, ко-
торый выполняется автоматически или вручную. После оконча-
ния цинкования робот включается в процесс, вынимает детали из
ванны 3 и производит их осветление. Цикл повторяется необхо-
димое число раз.
Пример использования робота на операциях с вредными ус-
ловиями труда показан на рис. 180. Робот «Версатран», оснащен-
293
Рис. 179. Робот на участке гальванопокрытия корпусных деталей:
/ — позиция обрезинивания деталей; 2 — робот: 3 — ванна для цинкования; 4 — ванна
с холодной водой; 5 — позиция снятия резиновой изоляции: 6 — стол для загрузки; 7 —
ванна обезжиривания; 8 — ванна с горячей водой; 9, 11 — ванна с холодной водой;
10 — ваина с декапирующим раствором
Рис. 180. Окрашивание двигателя автомобиля с помощью робота «Версатран»
ный переносным пульверизатором, производит окраску двигателя
автомобиля на движущемся конвейере. Окрашивание начинается
по команде датчика на конвейере, сигнализирующего о поступ-
лении неокрашенного двигателя в операционную зону робота.
Робот оснащен контурной системой управления, что обеспечива-
ет равномерную окраску двигателя. Робот может манипулиро-
294
вать различным портативным инструментом (кистью, пульвери-
затором), траектория движения и положение которых, а также
угол наклона по отношению к окрашиваемой поверхности зада-
ются автоматически. Рука робота в соответствии с программой
поворачивает струю распыленной краски в требуемом направле-
нии. Робот может также производить продувку инструмента и
системы воздухом. Программа работы рассчитана на оптималь-
ный режим распыления с минимальным расходом краски. При-
менение робота освободило оператора-распылителя от неприят-
ной и вредной работы; качество окраски повысилось при одно-
временной экономии материалов.
В США для нанесения покрытий, кроме робота «Версатран»,
широко применяют роботы «Юнимейт» и «Тралфа». В Японии
на операциях окраски деталей распылением применяют роботы
«MIR-A-H-З» фирмы «Мейкико Ко».
С помощью роботов можно наносить лакокрасочные и тепло-
защитные покрытия, клей, герметики, вспенивающиеся полиуре-
таны и различные порошки. Роботы, выполняющие эти опера-
ции, связанные с применением взрывоопасных и пожароопасных
веществ, должны делаться во взрывобезопасном исполнении.
Фирма «Дженерал Дайнемикс» для дробеструйного упрочне-
ния деталей применила робот, для которого запрограммированы
скорость дроби, угол ее удара об упрочняемую поверхность и
скорость перемещения дробеметного сопла.
Дробеструйная обработка, повышающая усталостную проч-
ность и стойкость к коррозии напряженных деталей, широко ис-
пользуется в авиационной и автомобильной отраслях промыш-
ленности.
Для сверхзвукового самолета более 400 особо ответственных
деталей и узлов подвергаются упрочнению стальной дробью
(сложные несущие узлы крыла, детали каркаса крыла и центро-
плана, детали и узлы шасси, фитинги и пр.).
Использование автоматизированных устройств позволяет
строго регламентировать режимы обработки деталей даже слож-
ных форм. При ручной обработке качество упрочнения гораздо
ниже, так как оператору трудно выдерживать необходимый угол
и скорость дроби.
Фирмой «Боинг-Вертол» совместно с рядом других американ-
ских фирм разработана установка с роботом «Версатран» для ав-
томатизированной упрочняющей дробеструйной обработки авиа-
ционных деталей. В установку входит специальный шкаф, раз-
мер и форма которого соответствуют габаритам робота (рис.
181, а). Внутри камеры установлен поворотный стол, на котором
крепятся заготовки (рис. 181, б). Кроме того, установка включа-
ет компрессор для дробеструйной обдувки деталей, устройства
подачи и циркуляции дроби и пылеуловитель. Робот «Версатран»
перемещает дробеструйное сопло на заданном расстоянии от де-
тали, выдерживая перпендикулярность сопла к обрабатываемой
295
Рис. 181. Робот «Версатран» обслуживает дробеструйную камеру:
а — вид снаружи камеры; б — вид изнутри
поверхности, при этом регулируется режим обработки. Для ав-
томатизации процесса выбран робот «Версатран» с контурной
системой управления, которая в данном случае необходима. Для
управления работой всего входящего в установку оборудования
используется система управления робота, а также дополнитель-
ные устройства включения и выключения компрессора и враще-
ния стола. Максимальное время обработки 12 мин.
Автоматизация процессов упрочнения стабилизирует качест-
во деталей, освобождая людей от вредной работы.
10. СБОРОЧНЫЕ РАБОТЫ
В машино- и приборостроении за последнее десяти-
летие усилилась тенденция к возрастанию доли сборочных работ
в общей трудоемкости изготовления продукции. Часто затраты
на сборку составляют до 40% от общей стоимости изготовления
изделия.
Поэтому разработка и внедрение сборочных роботов пред-
ставляет значительный интерес.
Анализ процессов сборки показывает, что человек по сравне-
нию с автоматом проигрывает в скорости выполнения операций
закрепления, но лучше подает детали на сборочную позицию и
ориентирует их для предварительной сборки. Поэтому время и
точность позиционирования деталей играют решающее значение
при создании сборочных роботов.
К роботам в серийном производстве предъявляются, кроме то-
го. требования низкой стоимости, возможности быстрой перена-
296
ладки под сборку различных изделий, экономичности при сборке
малыми сериями, надежности.
До настоящего времени при сборке успешно использовались
лишь специальные или специализированные средства автомати-
зации, рассчитанные на массовый выпуск продукции в течение
длительного времени.
Сборочные роботы могут работать как автономные устройст-
ва, но могут быть и встроены в линию (возможна параллельная
и последовательная работа нескольких роботов).
На рис. 182 представлено несколько возможных схем исполь-
зования сборочных роботов в различных компоновках. Так,
Рис. 182. Варианты компоновки сборочных автоматических линий:
а — схема робота и движений его рабочих органов (/ — радиальное перемещение схва-
та; 2 — вертикальное перемещение руки; 3 — поворот руки вокруг вертикальной оси);
б, г — последовательная установка роботов в линию; в, д, ж, и — компоновка роботов
у конвейера; е — параллельная работа роботов; з — компоновка роботов с роторным
столом
297
г
роботы могут использоваться в линии (рис. 182,6, г, е), состоя-
щей из ряда последовательно и параллельно работающих еди-
ниц, передачу деталей и узлов с одной сборочной позиции на
следующую производят при этом сами роботы. На конвейерной
сборке сложных узлов (рис. 182, в, д, ж) каждый робот выпол-
няет определенную операцию, системы управления роботов и
конвейера связаны в единую систему.
Робот может сам двигаться рядом с движущимся конвейером
(рис. 182, и).
Сборочные роботы могут применяться в комплексе с другим
сборочным оборудованием, например с роторным столом (рис.
182, з). Изучение и практическое исследование различных ком-
поновок дает возможность находить лучшие варианты использо-
вания роботов.
При индивидуальной работе сборочного робота подача дета-
лей должна производиться автоматически из бункеров или мага-
зинов.
Роботы целесообразно применять при сборке узлов и дета-
лей, не превышающих по габариту 200 мм, массой до 8 кг, когда
необходимы усилия до 200 кгс.
Сборочные роботы незаменимы в технологических процессах,
когда присутствие человека нежелательно или невозможно (при
работе со взрывоопасными и токсичными веществами, в услови-
ях повышенного шума, очень высоких и низких температур, в ва-
кууме, при наличии радиации и т. п.).
Как показывает практика, достаточно большой объем работ
приходится на сборку несложных узлов, состоящих из несколь-
ких деталей.
Такую работу могут взять на себя простые по устройству и
быстроокупающиеся роботы с жесткой программой (для массо-
вого производства) и легко переналаживаемые (для серийного),
при этом в качестве инструмента могут быть использованы раз-
личные гайковерты, винтоверты и другой сборочный инструмент.
Для выполнения простых сборочных операций используются
роботы «Минитрэн», «Флексимэн», «Юнимейт», «Версатран» и
роботы серии SMT. Некоторые зарубежные фирмы проводят ра-
боту по созданию более совершенных роботов, предназначенных
для выполнения сложных задач по сборке изделий.
На рис. 183, а показана автоматическая система, включающая
роботы «Минитрэн», для сборки корпуса автомобильной свечи,
состоящей из деталей 10, 11 и 12.
В системе используется шестнадцатипозиционный поворотный
стол 3 с кольцевой зоной нагрева 4, где производится пайка. Ма-
нипулятор (механический модуль робота) 8 принимает деталь
12 из питателя 9 и переносит ее на одну из позиций поворотного
стола 3. После поворота стола на один шаг специальный подава-
тель/ направляет деталь// (кольцо из медно-цинкового сплава)
к детали 12, находящейся на нужной позиции поворотного стола.
298
Рис. 183. Сборочные автоматы системы «Минитрэн».
а — для сборки корпуса автомобильной свечи (/, 8 — манипулятор «Минитрэн» (меха-
нический модуль); 2 — ванна с флюсом; 3 — поворотный стол; 4 — зона иагрева; 5 —
собранная свеча; 6 — сниматель; 7 — подаватель; 9, 13 — питатель; 10, И, 12 — детали
собираемой свечи); б — для многопознцнонной сборки узла, состоящего из пяти дета-
лей (/ — питатели; 2 — манипулятор робота; 3 — выталкиватель; 4 — пресс; 5 — снима-
тель; 6 — шаговый конвейер; 7, 8, 9, 10, 11 — деталь; 12 — собранный узел)
Механический модуль робота 1 принимает деталь 10 из питате-
ля 13 и окунает ее в ванну с флюсом 2. После этого робот пере-
носит деталь на рабочую позицию поворотного стола, совмещая
ее с находящимися на столе деталями 11 и 12. Затем по мере пе-
ремещения на поворотном столе детали 12 и 10 соединяются в зо-
не нагрева 4 посредством пайки медно-цинковым припоем. Гото-
вая свеча 5 убирается с поворотного стола специальным снима-
телем 6. Производительность установки 1500 готовых свечей
в час.
На рис. 183, б показана схема многопозиционной сборочной
установки, производящей сборку узла 12, который состоит из пя-
ти деталей 7—11.
Эта установка построена на базе линейного шагового конвей-
ера 6, рабочие площадки которого фиксируются на время оста-
новок с помощью специальных стопоров. Детали 7, 9, 10 и И по-
даются на позиции сборки из питателей 1 манипуляторами «Ми-
нитрэн» 2, а деталь 8-—с помощью специального выталкивателя
3. После того как все детали поступили на одну из рабочих по-
зиций конвейера, происходит запрессовка деталей на прессе 4.
Собранный узел 12 снимается с конвейера снимателем 5.
В результате изучения пятнадцати различных вариантов при-
менения сборочной автоматической системы «Минитрэн» было
установлено, что 2/3 общей стоимости оборудования (75 тыс. фун-
299
г
I
тов стерлингов) должно быть затрачено на универсальные эле-
менты системы, а 1/3 — на специальное оборудование. Средняя
стоимость оборудования одного варианта применения системы
составила около 1800 фунтов стерлингов, из них 600 фунтов стер-
лингов составляет стоимость специального оборудования.
Ряд японских фирм проводит работу по созданию малогаба-
ритных и малоинерционных электроприводов для манипулято-
ров роботов, обслуживающих сборочные операции. Накопленный
опыт конструирования, изготовления и эксплуатации последних
позволяет отметить некоторые их преимущества по сравнению с
гидро- и пневмоприводами:
меньшая стоимость и большая экономичность эксплуатации;
отсутствие громоздких насосных станций;
значительно меньшее влияние температурных условий на точ-
ность и динамику робота.
В ряде стран ведутся работы по созданию роботов, которые
могут производить сборку по чертежу неориентированных дета-
лей.
Круг задач, решаемых экспериментальными образцами таких
роботов, пока очень ограничен. Так, манипулирование с исполь-
зованием «зрения» осуществляется главным образом с объекта-
ми, ограниченными плоскими поверхностями или поверхностями
тел вращения.
Создание надежных роботов третьего поколения решит зада-
чу освобождения человека от однообразного и утомительного
труда на сборке.
11. ОПЕРАЦИИ КОНТРОЛЯ
Контроль деталей и готовых изделий в ряде случаев
опасен для человека и тогда его проведение можно поручить ро-
боту, например, контроль деталей с использованием радиоактив-
ных изотопов.
Ниже приведено несколько примеров использования промыш-
ленных роботов в процессах контроля.
Качество литых и сварных деталей методом радиационной ин-
троскопии с помощью флуороскопических экранов или рентгено-
телевизионных установок можно проверить, использовав робот
УМ-1 на следующих операциях: подачи деталей 3 из окна 1 за-
грузки в контролируемое положение, манипулирования деталью
в процессе ее просвечивания и подачи детали к окну выгрузки 6
(рис. 184).
Замена ручного труда на этих операциях позволит сократить
трудоемкость процесса контроля примерно в четыре раза за счет
исключения операций открывания и закрывания двери защитной
камеры, включения и выключения рентгеновского аппарата, пе-
реходов оператора из пультового помещения в камеру и обратно.
Эффективность от применения роботов выражается не только в
300
Рис. 184. Использование роботов при контроле сварных и литых деталей ме-
тодом радиационной интроскопии:
1 — окно загрузки деталей; 2 — робот; 3 — контролируемая деталь; 4 — рентгеновская
трубка; 5 — передающий блок рентгенотелевизионной системы; 6 — окно выгрузки де-
талей; 7 — видеоконтрольное устройство
сокращении трудоемкости, но и в улучшении контроля, в повы-
тении его достоверности, так как робот может манипулировать
деталью во время ее просвечивания, что повышает вероятность
выявления в ней дефектов, при этом обеспечивается полная ра-
диационная безопасность контролеров.
Другим примером может служить контроль герметичности ра-
диаторных трубок высокочувствительным радиоактивным мето-
дом.
Трубки радиаторов помещаются в рабочую камеру, затем спе-
циальной иглой в трубки вводится радиоактивный препарат и
создается избыточное давление.
При наличии микронеплотностей в стенке радиаторной труб-
ки радиоактивный газ попадает в эманационную камеру, в ко-
торой регистрируется его концентрация.
Использование робота для выполнения вспомогательных опе-
раций обезопасит человека от возможного облучения.
Контроль герметичности трубопроводных коммуникаций или
емкостей, находящихся под высоким давлением, также опасен
для человека, так как многие методы, в том числе и объективный
чувствительный масс-спектрометрический метод с применением
специальных щупов, требуют присутствия оператора в непосред-
ственной близости к объекту испытаний.
Робот может заменить человека при выполнении вспомога-
тельных, а также основных операций. Рука робота проведет щуп
по всем сварным швам или разъемным соединениям и все места
негерметичности будут определены.
301
г
I
Компания «Лункенхеймер Ко» с 1972 г. использует робот
«Юнимейт» для замены рабочих на проверке клапанов. Робот бе-
рет клапаны с предыдущей операции (сборки), проводит конт-
роль и передает их на упаковку. На контроль клапаны поступают
почти полностью собранными и только некоторые операции (ус-
тановка крышки сальника, герметизирующей гайки, маховичка,
гайки маховичка и фирменной бирки) производятся после конт-
роля.
Для работы с клапанами разных размеров используется на-
бор распорных прокладок для пробок, укрепленных на схвате.
Переход к работе с клапанами других размеров требует
10 мин, так как нет необходимости в замене схвата. В роботе
«Юнимейт» для этой работы применяется двойная асинхронно
действующая рука, исключающая излишние движения и сокра-
щающая цикл контроля. Ввиду того что средняя скорость опера-
ции сборки, выполняемой вручную, и скорость автоматической
проверки почти одинаковы, но работа человека в сравнении с ра-
ботой робота из-за перерывов очень нерегулярна, было примене-
но буферное устройство между человеком и роботом. Это устрой-
ство состоит из наклонного лотка, в котором подвешиваются кла-
паны за концы трубок основанием вниз. Выпуск клапанов про-
изводится на нижнем конце этого лотка по одному клапану к по-
зиции захвата.
За выпуском клапанов наблюдает фотоглаз, и, если позиция
захвата не загружена, робот выключается. Лоток также регули-
руется для различных размеров клапанов (регулировка занима-
ет 10 мин). Вся установка снабжена центральным пультом уп-
равления, на котором ведется выбор требуемой программы и
пуск установки. Использование установки дало снижение стои-
1 мости испытаний и повышение производительности труда на
операции контроля клапанов.
Роботы могут применяться для выполнения различных опера-
ций, связанных с контролем, включая и завершающие операции,
например, клеймение деталей и узлов.
В настоящее время существует много типов роботов, которые
можно применить для контроля качества, однако необходимы ро-
боты и для контроля внешнего вида изделия; таких роботов по-
ка нет.
12. ТРАНСПОРТИРОВКА, УПАКОВКА
И СКЛАДИРОВАНИЕ
Вспомогательные работы по перегрузке, транспорти-
рованию, упаковке, складированию деталей и готовой продукции
часто бывают тяжелыми и однообразными. За рубежом на этих
работах стали использовать промышленные роботы. В США уже
несколько лет используются системы автопогрузки с роботами в
автомобильной, авиационной и химической отраслях промышлен-
302
Рис. 185. Укладка кирпичей
двумя роботами «Версатран»
ности, а также в промыш-
ленности, выпускающей
пластические массы, обо-
рудование для пищевой
промышленности, стек-
лянные изделия и т. д.
Американская компа-
ния «А. Роберт Бёрч,
Присайд Бёрч Контролз
Инк» для автоматизации
транспортных работ при-
меняет так называемое
перепрограммиру е м о е
универсальное оборудова-
ние для перемещения. Эта система включает робот, имеющий мо-
дульную структуру, механизированный консольный кран и ми-
ниатюрный управляющий пневматически логический блок.
Стоимость робота со схватом для одиннадцати видов переме-
щений— 13950 долл. Робот может манипулировать деталями с
производительностью 480 шт. в час, причем брать и передавать
детали на нескольких уровнях с различными их поворотами. Ро-
бот, в частности, использован для погрузки головок автомобиль-
ных двигателей на два транспортных трайлера.
В 1965 г. фирма «Дёрне Брик» ввела в строй первый полно-
стью автоматизированный кирпичный завод. Все операции — от
подготовки глины до сушки кирпича — автоматизированы (тре-
буется всего только три оператора-контролера на каждую сме-
ну) . Единственным производственным процессом, не поддавав-
шимся автоматизации, был процесс укладки кирпича в штабель
и на специальные тележки для обжига.
В 1966 г. завод приобрел роботы «Версатран» и этот произ-
водственный процесс был автоматизирован. Роботы применяли
на двух участках. На первом участке два робота укладывали вы-
сушенные кирпичи штабелем в восемь рядов на автоматические
тележки, подающие кирпичи в печь для обжига. Каждый ряд
располагался под прямым углом к предыдущему. Между кирпи-
чами имелся зазор для циркуляции газа (рис. 185). Груженые
тележки автоматически подавались в печь обжига, а после этого
поступали на второй участок разгрузки и укладки кирпича для
отправки. На втором участке роботы разбирали обожженные
кирпичи из штабеля. На участке загрузки роботы первоначально
были установлены на платформе по обеим сторонам тележки.
Каждый робот укладывал кирпичи на свою половину тележки.
В качестве схвата использовалось приспособление типа лопаты,
которое снимало с подающего конвейера одновременно пять
303
кирпичей. Каждый робот загружал на одну тележку 240 стан-
дартных кирпичей, выполняя в течение одного цикла загрузки
48 операций по захвату, переносу и установке пяти блоков по
пять кирпичей. Одна операция длилась 3 с. Масса перемещаемо-
го груза составляла около 10 кг. Роботы были оснащены контур-
ными системами программного управления. Переналадка робо-
та на новый размер кирпича занимала около часа. Эта система
работала до 1967 г.
В дальнейшем система претерпела ряд изменений. Была сни-
жена скорость перемещения кирпичей, а нагрузка на один робот
увеличена до 109 кгс. При этом производительность системы уве-
личилась почти в два раза и составила 10800 кирпичей в час
(при массе одного кирпича 2,26 кг), изменилась установка робо-
тов — теперь они установлены в перевернутом положении.
Вертикальный ход руки робота увеличен до 1066 мм, что поз-
волило укладывать штабель высотой до 1066 мм, изменены при-
способления для подачи кирпичей в зону захвата и сами захват-
ные приспособления роботов. Операция загрузки робота при этом
варианте занимает 12 с для одного блока кирпичей. Схват робо-
та состоит из нескольких рядов металлических плит, установлен-
ных на раме. Сдвоенные плиты каждого ряда в позиции захвата
вводятся между кирпичами. Зазор между кирпичами обеспечива-
ется подающим устройством. Каждая плита схвата может рас-
ширяться посредством пневматического привода; в результате
схват надежно сжимает кирпичи. Схват удерживает три ряда по
семь кирпичей. Контурные системы управления роботами заме-
нены позиционными с подпрограммами, обеспечивающими уклад-
ку кирпича штабелями. Общая программа загрузки тележки
включает подпрограмму загрузки одного горизонтального ряда
кирпичей и подпрограмму переноса этого ряда на первый, вто-
рой и следующие вертикальные уровни, чтобы обеспечить нуж-
ную высоту штабеля, состоящего из 4, 5 или 8 горизонтальных
рядов. Подпрограммное обеспечение укладки кирпичей в штабе-
ли позволило сэкономить значительное количество потенциомет-
ров, используемых в «Версатране» для задания положений руки,
а также упростило и ускорило процедуру обучения робота.
Робот и все вспомогательное оборудование объединены в еди-
ную систему, управляемую по программе робота. Экономия в
этом случае составила 12 рабочих.
В США роботы применяют также для перемещения деталей
из керамики и стекла.
Фирма «Корнинг Гласс Уоркс» на заводе «Чарлирой» приме-
няет три робота «Версатран» для установки изделий из керами-
ки на три линии конвейеров, транспортирующих изделия на об-
жиг.
На рис. 186 показан робот «Версатран», используемый для
перемещения плоских автомобильных оконных стекол. Робот бе-
304
Рис. 186. Робот «Версатран» с вакуумными схватами перемещает автомобиль-
ное стекло
рет стекло из вертикального штабеля, поворачивает его и пере-
мещает к гравировальной машине. После нанесения надписи
робот укладывает стекло на конвейер. Стекло захватывается с
помощью двух больших вакуумных присосов. Схват робота обо-
рудован чувстительным элементом, позволяющим руке робота
«подлаживаться» под местоположение каждой следующей дета-
ли. Производительность робота — 330 стекол в час.
При производстве стекла на операциях транспортировки и
упаковки также применяются роботы. На рис. 187, а показан ро-
бот «Юнимейт» со специальной рукой для упаковки стеклянных
труб.
На рис. 187, б, в показаны схваты роботов для перемещения
тяжелых изделий.
Американская компания «Клеринг А.У.С, Индастриз Компа-
ни» продает роботы моделей «S-900», «М-1200» и «Ь-2400»
(табл, 7) для выполнения операций разгрузки и загрузки стан-
ков. Все три модели имеют гидроприводы; давление жидкости
72,5 кгс/'см2.
Гидравлический блок с воздушным охлаждением ра-
ботает при температуре окружающей среды до 50° С. Электрон-
ные пульты управления роботов оснащены потенциометрами.
У робота «S-900» имеется по три, а у роботов «М-1200»
и «L-2400» по шесть входных и выходных сигналов блоки-
ровки.
20 Заказ 3483
305
Рис. 187. Специальные схваты робота «Юнимейт»:
а — для укладывания стеклянных труб; б — для переноса переднего щитка автомобиля;
в — для перемещения деталей из листового материала
306
Таблица 7
Техническая характеристика роботов
фирмы «Клеринг А. У. С. Индастриз Компани»
Характеристика робота Робот «S-900» Робот «М-1200» Робот «L-2400»
Перемещение руки, мм: горизонтальное 558,8 762,0 1066,8
вертикальное 304,8 762,0 762,0
Скорость перемещения ру- ки, мм/с: горизонтального до 914,4 до 914,4 до 914,4
вертикального до 914,4 до 914,4 до 914,4
Угол поворота колонны, 180 220 220
град Скорость поворота колон- до 100 до 90 до 90
ны, град/с Радиус работы (до точки закрепления схвата), мм: максимальный 762,0 1219,2 2133,6
минимальный 203,2 457,2 1066,8
Вращение кисти, град до 180 до 180 до 180
Скорость вращения кисти, 90 90 90
град/с Количество программируе- 1800 1200 1000
мых позиций Грузоподъемность, кг 22,7 45,4 68
Площадь пола, занимав- 559x559 864x1270 864x1270
мая роботом, мм Электропитание 110 В, 3 фазы 440 В, 440 В,
20 А 3 фазы, 3 фазы, 15 А
15 А
В нашей стране также начаты работы по использованию ро-
ботов для транспортировки и укладки деталей. Проведены экспе-
риментальные работы по применению робота УМ-1 для автомати-
зации процесса выгрузки поршней двигателя автомобиля «Моск-
вич-412» из моечной машины и укладки их в тару. Производство
поршней носит массовый характер. Заключительными операция-
ми технологического процесса являются операции мойки порш-
ней и укладки их в тару (рис. 188).
После механической обработки поршни подаются шаговым
транспортером в две камеры моечной машины 7, где промывают-
ся водным раствором соды и затем просушиваются сухим сжа-
тым воздухом. Из камер поршни выталкиваются на поддон 6 и
замыкают контакты блокирующих микровыключателей, при этом
сигнал о наличии на позиции захвата поршней поступает на
пульт управления 8 робота. Установленный рядом с моечной ма-
шиной манипулятор 1 робота специальными схватами берет пор-
шни с поддона 6 и раскладывает их в ячейки четырех ящиков 2.
Ящики устанавливаются на тумбочках 3 по направляющим до
20*
307
Рис. 188. Схема расположения оборудования на участке мойки поршней:
/ — манипулятор робота УМ-1; 2 — ящик с ячейками для поршней; 3 — тумбочка;
4 — тележка; 5 — ограждение; 6 — поддон моечной машины; 7 — моечная машина;
8 — пульт управления робота
упора (конечного выключателя), подающего сигнал на пульт уп-
равления робота о наличии тары. Программа движения манипу-
лятора составлена так, что при отсутствии поршня на поддоне 6
моечной машины 7 рука робота проходит в зону захвата и ожи-
дает появления поршня. При отсутствии ящика на загрузочной
позиции робот останавливается.
Загруженные ящики во время работы передвигаются с тум-
бочек на тележку и заменяются пустыми. Применение робота в
данном случае освободило рабочих от монотонной работы в не-
комфортных условиях.
Достаточно высокую эффективность дает использование ро-
ботов для автоматизации различных работ на складах (перегруз-
ка деталей, уборка пустой тары, пакетирование грузов и пр.).
308
13. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОВ
Экономический эффект применения роботов проявля-
ется в повышении производительности оборудования и экономии
заработной платы. Внедрение роботов гарантирует также непре-
рывность производства и высокое качество продукции, так как
исключаются свойственные человеку ошибки, ведущие к браку.
Помимо технико-экономических выгод применение промыш-
ленных роботов оказывает существенное социальное воздействие
на производство, особенно в случае автоматизации вредных и
опасных для здоровья операций в литейных, кузнечных, гальва-
нических, малярных и других цехах.
Зарубежные фирмы — производители роботов в интересах по-
лучения высокой прибыли всячески рекламируют их и для каж-
дой модели производят укрупненные расчеты экономической эф-
фективности, чтобы показать будущим потребителям преимуще-
ства автоматизации производства на основе промышленных ро-
ботов.
В табл. 8 приведены виды работ и некоторые показатели эф-
фективности их автоматизации вследствие применения роботов.
Как правило, основными показателями являются: окупае-
мость дополнительных капиталовложений, надежность в работе
и ресурс, простота обслуживания, повышение производительно-
сти труда в сравнении с ручным трудом или специальными меха-
низмами.
Ниже приводятся примеры укрупненных технико-экономичес-
ких расчетов, выполненных фирмой «Юнимейшн» при оценке
промышленного робота «Юнимейт».
Стоимость промышленных роботов — 25000 долл.; окупае-
мость— 1 —1,5 года; гарантийный срок службы робота — 40000 ч.
Фирмы — изготовители роботов не только продают их, но и сда-
ют напрокат. Арендная плата за час в зависимости от типа ро-
бота — 2,5 долл, при условии, если заказчик арендует робот на
три месяца с использованием его в течение 500 ч. Тариф за каж-
дый дополнительный час— 1,5—2 долл.
Эффективность использования робота зависит прежде всего
от трех экономических факторов: времени окупаемости робота,
сроков возмещения капиталовложений и ожидаемой экономичес-
кой эффективности.
Время окупаемости робота определяется по формуле
где Р — время окупаемости, годы;
/ — стоимость робота и оснастки, долл.;
L — годовая экономия труда, долл.;
Е — величина годовых эксплуатационных расходов, долл.
309
Таблица 8
Технико-экономическая эффективность применения роботов
Область применения роботов Количество высвобождае- мых рабочих Текнико-экономическая эффективность
Обслуживание при штам- повке детален двигателей внутреннего сгорания 1 (при трех- сменной работе) Уменьшается износ штам- па; повышается производи- тельность и безопасность труда
Разгрузка машины для литья цинка под давлением с охлаждением отливок То же Выдерживается однород- ный цикл на всем протяже- нии работы
Обслуживание двух ма- шин для литья под давле- нием иа заводах по произ- водству упаковочной тары 2 (при двух- сменной работе) Человек освобождается от работы в опасной зоне; уве- личивается срок службы штампа; повышается про- изводительность
Обслуживание при изго- товлении оболочковых форм для литья по выплавляе- мым моделям на авиацион- ных заводах 1 (при двух- сменной работе) Повышается качество от- ливок, повышается произво- дительность труда
Загрузка формовочных машин на заводах по произ- водству пластмасс То же Человек освобождается от работы в опасной зоне; по- вышается производитель- ность труда
Точечная сварка на авто- сборочных заводах 1 (при двух- сменной работе) Повышается качество сварного шва; повышается производительность труда
Погрузка крупных пласт- массовых деталей 2 (при трех- сменной работе) Повышается безопасность труда; снижается количест- во брака
Многослойная загрузка стеклянных трубок в кон- тейнеры 1 (при трех- сменной работе) Снижается количество брака; повышается безопас- ность труда
Загрузка металлорежу- щих станков для изготовле- нии автомобильных осей 2 (при двух- сменной работе) Облегчается труд станоч- ника
Обслуживание процесса гальванизации резервуаров погружением в цинковые ванны 1 (при двух- сменной работе) Достигается однородность покрытий; освобождается оператор от работы в ядо- витой среде
Обслуживание процесса термообработки деталей тракторов в закалочной пе- чи То же Выдерживается цикл об- работки; человек освобож- дается от работы в зоне с повышенной температурой
310
Таким образом, при / = 25000 долл., L = 11000 долл, (в авто-
промышленности), £1 = 2000 долл, при односменной работе,
£2 = 3000 долл, при двухсменной работе время окупаемости ро-
бота Р\ = 2,7 года (при односменной работе); Р2 = 1,3 года (при
двухсменной работе).
С учетом скорости работы робота (в сравнении со скоростью
работы человека-оператора) и стоимости технологического обо-
рудования, обслуживаемого роботом, формула (38) принимает
вид:
Р =---------------, (39)
L~E + g(L + Z) ’
где Z — стоимость технологического оборудования, обслуживае-
мого роботом, долл.;
g— коэффициент, определяющий, на сколько робот работа-
ет быстрее или медленнее оператора, %
Рассмотрим пример двухсменной работы, когда робот стоимо-
стью 25000 долл, обслуживает технологическое оборудование
стоимостью 30000 долл, и работает либо быстрее оператора на
20%, либо медленнее на 20% при годовой экономии затрат труда
11000 долл, и величине годовых эксплуатационных расходов
3000 долл. Этот пример характерен для автомобильной промыш-
ленности.
В данных случаях
при g = +20% время окупаемости робота Р'2 = 0,85 года,
при g = —20% Р'2 = 2,9 года
Принимая во внимание, что средняя норма прибыли 20%,
срок службы робота при двухсменной работе 5 лет, средняя стои-
мость работ, выполняемых роботом, 5,5 долл, в час и учитывая
амортизационные расходы 0,75 долл, в час, было определено, что
прибыль, получаемая при работе робота в одну смену, равна
29300 долл., а при двухсменной работе — 61800 долл, за весь
срок службы.
На рис. 189 графически представлена окупаемость робота в
зависимости от времени его работы в сутки. Принято, что амор-
тизационные отчисления за год составляют 5000 долл, при сроке
работы 5 лет, затраты на содержание робота в час составляют
0,75 долл., средняя стоимость выполняемой работы в час —5,5
долл.
Для облегчения расчетов окупаемости промышленных робо-
тов разработана таблица коэффициентов для определения при-
были в зависимости от срока службы робота и процента его
амортизации (табл. 9)
Анализ технико-экономических показателей применения про-
мышленных роботов показывает, что основная прибыль получа-
ется за счет зарплаты рабочих, заменяемых роботом.
На рис. 190 приведена диаграмма экономической эффектив-
ности робота «Версатран» при условии, что один робот выпол-
зи
Тыс. долл.
Рис. 189. Окупаемость робота С в зависимости от интенсивности его использо-
вания (/— количество часов работы в сутки)
Рис. 190. Диаграмма экономической эффективности применения роботов:
1 — стоимость содержания оператора; 2 — окупаемость робота, используемого в течение
пяти лет; 3 — окупаемость робота, используемого в течение десяти лет; 4 — окупаемость
робота при односменной работе; 5 — окупаемость робота при двухсменной работе;
6 — окупаемость робота при трехсменной работе
Показатели, заштрихованные в клетку,— себестоимость операция, выполняемой с участи-
ем человека. Показатели, заштрихованные по диагонали — амортизационные отчисления
от общей суммы стоимости робота
Таблица 9
Таблица коэффициентов прибыли
Время эксплуата- ции робота в годах Коэффициент прибыли с расчетом амортизации, %
6 10 15 20 30
1 0,969 0,950 0,928 0,907 0,870
2 1,883 1,814 0,735 1,663 1,539
3 2,746 2,599 2,436 2,293 2,054
4 3,559 3,313 3,046 2,818 2,450
5 4,327 3,062 3,577 3,256 2,755
6 5,051 4,551 4,038 3,620 2,989
7 5,734 5,088 4,439 3,924 3,169
8 6,379 5,676 4,788 4,177 3,308
9 6,987 6,018 5,091 4,388 3, 14
10 7,560 6,421 5,355 4,564 3,497
няет работу одного оператора, производительность при этом не
изменяется, а годовой фонд рабочего времени составляет 2000 ч.
Если сравнение производится по себестоимости изготовления
одной детали, то преимущества применения промышленного ро-
бота становятся еще нагляднее (увеличивается коэффициент ис-
пользования дорогостоящего оборудования, уменьшаются непро-
изводительные перемещения и т. д.).
312
Американскими специалистами сделана экономическая оцен-
ка комплексной автоматизации поточного производства автомо-
бильных колес на базе применения 23-х роботов «Юнимейт». Ста-
тистические данные показали, что среднее время безотказной ра-
боты робота «Юнимейт» — около 600 ч, поэтому на автоматиче-
ской поточной линии предусмотрен резерв из двух роботов для
оперативной замены вышедших из строя. Расходы на модерни-
зацию технологического оборудования поточной линии состави-
ли 602 тыс. долл, и распределились следующим образом:
стоимость промышленных роботов 22000X25 = 550000 долл.;
стоимость сменных схватов различных типов 1500 X 23 =
= 34500 долл.;
стоимость модернизации электро-, гидро- и пневмоарматуры
роботов 500 X 23 = 11500 долл.;
стоимость управляющего запоминающего устройства на маг-
нитной ленте 6000 долл.
При двухсменной эксплуатации роботов в комплексной поточ-
ной системе и погашении задолженности за их приобретение эко-
номия за пять лет по сравнению с трудом рабочих (46 рабочих
и 4 мастера) составила 113250 долл., что соответствует прибыли
в размере 22% от первоначальных капиталовложений (с учетом
повышения производительности линии минимум на 10%). Такой
доход считается вполне достаточным, чтобы оправдать исполь-
зование роботов.
Расчеты экономической эффективности применения промыш-
ленных роботов в условиях отечественного производства показы-
вают, что экономическая эффективность от внедрения одного ро-
бота УМ-1 при механической обработке деталей составляет 5—
8 тыс. р в год.
В качестве примера определим сроки окупаемости робота
«УМ-1» при обслуживании им двух станков АТ-250П.
Исходные данные для расчета:
Трудоемкость продукции в год, Т..............41200
Коэффициент переработки норм, а.............. 1,4
Тарифная ставка производственного рабочего ¥с, P 0,437
Расходы по страхованию на одного производствен-
ного рабочего (в % от его зарплаты Зо), % . . . 8
Расходы по охране труда на одного производствен-
ного рабочего, р............................... 40
Непромышленные расходы на одного производст-
венного рабочего в % от его зарплаты 30 10
Стоимость робота К, р........................ 17000
Амортизационные отчисления на робот До, % от К 6,7
Расходы на ремонт н содержание робота Р =
= 1,4 Ро Др'Г
где Ра — ремонтная сложность................... 10
Цр — стоимость содержания и ремонта оборудова-
ния, р..................................’ . . 25
п — количество роботов....................... 1
313
Расходы на составление программы работы робо-
та, р ...............................................
Расходы на оснастку, р.............................
300
1000
Расчет
А. Существующие расходы Si:
1) зарплата производственного рабочего
Зр = Г£/с а = 41 200 0,437-1,4 = 25 206 р;
2) затраты на социальное страхование
25 200-0,08 = 2016 р.;
3) непромышленные расходы (затраты на детсады; дома отдыха, столо-
вые и т. д.)
25 200-0,1 =2520 р.
Суммарные существующие расходы на изготовление деталей рабочим-ста-
ночником в год:
2j= 25 206 + 2016 + 2520 + 40 = 29 782 р.
Б. Расходы S2 на изготовление тех же деталей с применением робота
УМ-1:
1) стоимость робота К 17000 р.;
2) расходы на ремонт и содержание одного робота
Р=1,4Р0.Цр п= 1,4.10-25-1=350 р.; '
3) амортизационные отчисления на один робот
Аа = а0-К = 0,067-17 000 = 1140 р.;
4) расходы по составлению программы 300 р.;
5) расходы на оснастку 1000 р.
Суммарные расходы в течение одного года, необходимые на изготовление
деталей с применением робота:
22= 17 000 + 350 + 1140+300+ 1000= 19 790 р.
Таким образом, срок окупаемости робота УМ-1
Ниже приведены данные по разным видам работ, на кото-
рых предполагается широкое внедрение роботов.
Если при экономической оценке учесть реальную заработную
плату рабочих, высвобождаемых в результате применения робо-
тов, стоимость высвобождаемого оборудования, затраты на под-
готовку рабочих, увеличение производительности оборудования
вследствие повышения скорости и ритмичности работы, то на раз-
личных операциях технологического процесса можно рассчиты-
вать на следующий годовой экономический эффект при трехсмен-
ной работе одного робота: на операциях обрезки облоя — 9000 р.;
горячей объемной штамповки — 20000 р.; штамповки взрывом —
57000 р.
На ряде других операций также может быть достигнут суще-
ственный экономический эффект.
314
Приближенная оценка экономической эффективности исполь-
зования промышленных роботов показывает, что один робот мо-
жет заменить одного-трех рабочих в одну смену, при этом мож-
но повысить производительность оборудования на 20% за счет
уменьшения простоев оборудования, стабилизации и повышения
ритма работы.
В результате годовой экономический эффект при стоимости
роботов 20000—30000 р. составит в среднем 5000—8000 р. По
предварительным расчетам внедрение 25000 промышленных ро-
ботов к 1990 г. дает экономический эффект в размере 150—200
млн. р.
Эти данные не учитывают социального эффекта, связанного
с улучшением условий труда, снижением травматизма, уменьше-
нием затрат из общественных фондов потребления и пр. Если
все это учесть, то эффект применения роботов может достичь
значительных размеров.
14. ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОБОТОВ
Основные принципы построения техпроцессов, в кото-
рых предусматривается использование универсальных промыш-
ленных роботов первого поколения для автоматизации отдельных
операций, можно проиллюстрировать примером обслуживания
двух металлорежущих станков роботом УМ-1 (см. рис. 177).
Полуавтомат АТ-250П предназначен для токарной обработки
деталей типа дисков, колец, заготовок зубчатых колес, муфт,
фланцев, крышек, поршней, небольших корпусных деталей из
сталей и легких сплавов по 2- и 3-му классу точности.
Полуавтомат оснащен штекерной системой программного уп-
равления, причем программируются следующие одновременные
перемещения:
—• направление и скорость продольного и поперечного движе-
ния двух независимых крестовых суппортов;
— направление и скорость вращения шпинделя.
Рабочая подача и ускоренные холостые ходы осуществляются
от гидропривода. Зажим заготовок и включение охлаждения вы-
полняются по программе.
В рассматриваемом примере робот УМ-1 выполняет вспомо-
гательные операции механической обработки втулки колеса 3
(см. рис. 177). Заготовка втулки (рис. 191, а) отливается из маг-
ниевого сплава МЛ5 в кокиль. При отливке заготовок обеспечи-
вается требуемая точность и шероховатость поверхности отвер-
стия диаметром 60 мм; после отливки тщательно удаляются при-
были и литниковая система. Робот захватывает заготовку, вводя
схват в отверстие диаметром 60 мм. Заготовка обрабатывается
на токарных полуавтоматах по торцам, снаружи и по внутрен-
315
Рис. 191. Эскиз заготовки (а) и обработанной (б) детали
ней поверхности. Эскиз обработанной детали показан на рис.
191,6-
Планировка комплекта оборудования и оснастки, использу-
емого для обработки, показана на рис. 192. Показаны координа-
ты установки оборудования и оснастки, которые удобно отсчиты-
вать от вертикальной оси поворота или от нулевого положения
руки робота.
В соответствии с технологической планировкой устанавлива-
ют оборудование, выполняя следующие требования:
1) станки устанавливают на жестком фундаменте (резиновые
амортизаторы снимают) относительно друг друга по высоте
шпинделей и по их соосности с точностью до ±0,5 мм;
2) робот устанавливают относительно станков с точностью
±0,2 мм;
3) согласовывают место выводов электросхемы станков и ро-
бота, а также расположение кабелей для облегчения связи ста-
нок—робот—пульт управления;
316
Рис. 192. Планировка размещения оборудования
Рис. 193. Конструкция схвата робота:
I — цанга; 2 — упор; 3 — пружина; 4 — рычаг схвата; 5 — схват
4) устанавливают загрузочно-разгрузочное устройство отно-
сительно робота.
Оборудование устанавливают и закрепляют в следующей по-
следовательности: станок АТ-250П № 1 — станок АТ-250П № 2—
манипулятор робота УМ-1—загрузочно-разгрузочное устройст-
во— пульт управления манипулятора УМ-1—ограждение.
Для установки двух станков АТ-250П с требуемой точностью
и выверки правильности их взаимного расположения применяют
специальную оснастку типа мерной штанги.
Для использования промышленного робота УМ-1 требуется
следующая оснастка:
1) схват (рис. 193);
317
Рис. 194. Кулачок к патрону станка
АТ-250П
2) специальные кулачки к
патрону станка АТ-250П № 1
(рис. 194);
3) специальный патрон к
станку АТ-250П № 2 рис. 195);
4) загрузочно - разгрузочное
устройство (рис. 196).
Доработка двух станков АТ-
250П заключается не только в пе-
ределке зажимных патронов, но и
в изготовлении блоков связи
станков с системой ЧПУ робота
УМ-1.
Блок связи каждого станка
принимает от системы ЧПУ робо-
та команды: «разжим патрона», «зажим патрона», «пуск» и по-
сылает в систему ЧПУ робота сигналы об использовании этих
команд. Кроме того, системой ЧПУ робота в необходимые мо-
менты цикла посылаются запросы на каждый станок о его го-
товности к приему или съему заготовок (детали). При непод-
тверждении цикл работы ро’бота и станков прерывается.
Токарная обработка втулок колеса (см. рис. 191,6) на двух
станках АТ-250П полностью автоматизирована и осуществляется
за две операции.
Технологический процесс обработки заключается в сле-
дующем.
Схват робота в виде цанги 1 с упором 2 (см. рис. 193) берет
заготовку из фиксированного положения 5 загрузочного устройст-
ва (см. рис. 196) за внутреннее отверстие и устанавливает ее в
три специальных кулачка (см. рис. 194) патрона станка АТ-250П
№ 1 (см. рис. 192).
Крепление заготовки в патроне этого станка осуществляется
по наружному диаметру А (см. рис. 194) заготовки с поджатием
пружинными упорами схвата вдоль продольной оси до упора за-
готовки в торец Б.
После зажима заготовки в станке № 1 (см. рис. 192) система
ЧПУ робота УМ-1 дает команду системе управления станка на
зажим заготовки и включение цикла обработки втулки со сторо-
ны фланца или широкого торца (первая токарная операция). По-
сле окончания этой операции станок АТ-250П № 1 сообщает си-
стеме ЧПУ робота о готовности к съему заготовки.
Робот, выполняя программу, берет схватом разжатую деталь,
вынимает ее из патрона станка, переносит, ставит на площадку
кантования 7 загрузочно-разгрузочного устройства (см. рис. 196),
318
Рис. 195. Специальный патрон к станку АТ-250П:
1 — корпус; 2 — кулачок; 3 — тяга; 4 — фланец; 5 — оправка; 6 — толкатель; 7 — фа-
сонный диск
Рис. 196. Загрузочно-разгрузочное устройство:
1 — место сброса детали; 2 — деталь.- 3 — накопитель деталей; 4 — накопитель загото-
вок; 5 — место взятия заготовки; 6 — заготовка; 7 — площадка для кантования
319
разжимает схват, поворачивает кисть руки на 180° и снова берет
деталь за внутреннее отверстие диаметром 60 мм, но уже с широ-
кого торца. После этого деталь, обработанная с широкого торца,
переносится к станку АТ-250П № 2 (см. рис. 192) и устанавлива-
ется в специальный патрон этого станка (см. рис. 195).
Из-за отсутствия у роботов первого поколения способности
«видеть» детали и рабочую зону технологического оборудования
установка и закрепление деталей и заготовок в патроне должны
производиться надежно с тем, чтобы полностью исключить ве-
роятность выпадания зажатой детали (заготовки) из зажимного
устройства.
В противном случае возможны поломки оборудования и на-
несения травм работающим рядом операторам.
Во избежание выпадания деталей зажимные устройства обо-
рудуют автоблокировкой для выключения приводов в том слу-
чае, когда деталь (заготовка) зажата плохо или ненадежно.
Примером надежного закрепления детали является зажим об-
рабатываемой втулки в спецпатроне, показанном на рис. 195.
Патрон состоит из корпуса 1, закрытого фланцем 4. В последнем
установлено три подпружиненных радиальных толкателя 6, упи-
рающихся в стержни трех зажимных кулачков 2, которые закре-
плены в фасонном диске 7 шарнирно и подпружинены.
Диск 7 установлен на тяге 3, на которую надета и закреплена
оправка 5 с наружным диаметром 72 мм.
В разжатом патроне тяга 3 смещена вправо (на рисунке по-
казан патрон с зажатой деталью), поэтому кулачки 2 раздвину-
ты толкателями 6 наружу и свободно пропускают широкий фла-
нец втулки, обработанной по внутреннему диаметру 72 мм (см.
рис. 191,6), по которому устанавливаемая в патрон деталь на-
девается на оправку 5 (см. рис. 195) по поверхности базирова-
ния Г.
После того как под действием пружин 3 (см. рис. 193) схвата
рука манипулятора (см. рис. 195) продвинет устанавливаемую
деталь до упора торцем В ее широкого фланца во фланец 4 спец-
патрона, система ЧПУ робота даст команду на зажим детали.
При этом тяга 3 сдвинется влево и кулачки 2 скошенной наруж-
ной поверхностью упрутся в поверхность вырезов корпуса 1.
Дальнейшее движение тяги 3 влево заставит кулачки 2 сойтись
внутрь в радиальном направлении и захватить зажимаемую де-
таль за широкий фланец в трех местах (при этом выпадение де-
тали будет полностью исключено); включается блокировочная
цепь и станок АТ-250П № 2 (см. рис. 192), затем будет выпол-
нен запрограммированный цикл обработки втулки со стороны
малого торца (вторая окончательная операция).
После окончания обработки на станке № 2 готовая деталь
(см. рис. 191,5) снимается роботом и укладывается в разгрузоч-
ное устройство (см. рис. 196).
320
Таблица 10
Технологический процесс обслуживания роботом УМ-1
двух станков АТ-250П при обработке втулки
Команды Перемещение руки робота по координатам Состояние
х, мм у, мм <р, град
Исходное положение Перемещение руки по вер- тикали до совмещения оси схвата и заготовки в загру- зочном устройстве Движение руки к заготовке Открытие схвата Вертикальное перемеще- ние руки Перемещение руки с заго- товкой до исходного поло- жения Вертикальное перемеще- ние руки до оси разворота Разворот руки к первому станку Готовность станка № 1 Перемещение руки до оси шпинделя Разжим патрона станка № 1 Подача 'заготовки в пат- рон станка Закрытие схвата Подача заготовки до упо- ра в торец (благодаря пру- жине схвата) Зажим патрона станка № 1 Вывод схвата из заготовки Перемещение руки по вер- тикали на позицию разво- рота Пуск цикла станка № 1 Готовность станка № 1 Вертикальное перемеще- ние руки до оси шпинделя Перемещение схвата Разжим патрона станка № 1 Открытие схвата Перемещение руки по го- ризонтали в исходное по- ложение 1 Исходное положение —300 0 +257 —300 + 247 +250 0 +247 —300 0 + 125 + 155 +310 +25 +310 +25 0 0 -90 Кисть внизу; ось схва- та параллельна продоль- ной оси руки Взятие заготовки в за- грузочном устройстве Установка заготовки в патрон станка Обработка детали Взятие детали из пат- рона станка
21 Заказ 3483
321
Обработка различных поверхностей втулки на станках АТ-
250П № 1 и № 2 происходит одновременно в параллельном цик-
ле. Полный цикл обработки втулки продолжается 3,5 мин.
Разработка технологического процесса по позициям и коорди-
натам движения робота осуществляется на основании технологи-
ческой планировки.
При определении траектории движения рабочего органа
(схвата) необходимо стремиться к минимуму движений и по воз-
можности совмещать перемещения схвата по координатам х, у
и ср с поворотами кисти руки манипулятора.
Трудоемкость разработки технологического процесса обра-
ботки втулки (см. рис. 191,6) на двух станках АТ-250П по пози-
циям и координатам движения робота равна 20 ч.
Пример оформления технологического процесса обслужива-
ния роботом УМ-1 двух станков АТ-250П при обработке втулки
представлен в табл. 10.
Программирование технологического процесса обработки
втулки, включающего 108 команд, осуществляется за 4 ч.
Составление программы работы робота УМ-1 не требует спе-
циальных знаний и навыков (необходимо только внимание). Ис-
пользованный для обработки втулок схват робота (см. рис. 193)
представляет собою цанговый зажим с пружинным устройством
для досылки заготовки или детали в оснастку (в патрон) до упо-
ра в торец. Две цанги 1 схвата с концами, обклеенными резиной,
закрепляются болтами на рычагах 4 схвата 5 руки робота. На
этих же рычагах крепятся два цилиндра, в которых установлены
пружины 3 и упоры 2. Цилиндры закрыты крышками.
Загрузочно-разгрузочное устройство (см. рис. 196) представ-
ляет собою накопитель заготовок и деталей с подачей их в фик-
сированную позицию для принятия схватом робота, а также для
приема детали в фиксированную позицию после окончания ее об-
работки.
В загрузочно-разгрузочном устройстве имеется площадка 7
для кантования обработанной наполовину детали, т. е. для пере-
хвата ее схватом робота. Объем накопителя (по количеству за-
готовок и деталей) в загрузочно-разгрузочном устройстве дол-
жен быть рассчитан не менее чем на 4 ч работы станков.
Накопители заготовок 4 и деталей 5 выполнены в виде двух
автономных спиральных дорожек, сделанных из четырех сталь-
ных уголков.
Опыт применения робота УМ-1 для обслуживания двух стан-
ков АТ-250П открывает широкие перспективы замены производ-
ственных рабочих роботами при обслуживании оборудования с
ПУ, полуавтоматов, агрегатных станков как па отдельных опе-
рациях, так и на технологических линиях.
Глава X
КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВА НА БАЗЕ ПРИМЕНЕНИЯ
ЭВМ И ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИИ
Станки с числовым программным управлением, серий-
но выпускаемые заводами станкостроительной промышленности,
освободили оператора (рабочего-станочника) от функции управ-
ления процессом обработки детали, но оставили за ним функции
загрузки и выгрузки деталей — монотонные, утомляющие опе-
рации.
Для повышения производительности труда и высвобождения
рабочих, которых не хватает на других участках производства, в
1972 г. были разработаны автоматические линии из универсаль-
ных модулей — серийных металлорежущих станков и универсаль-
ного промышленного робота УМ-1, выполняющего роль тран-
спортного и загрузочного устройства. Подобные автоматические
линии обрабатывают детали без вмешательства человека. В этой
системе устройства программного управления станками и робо-
том связаны в единое целое.
Взаимное положение станков, робота и накопителей загото-
вок и деталей схематически показано на рис. 197.
Технология совместной работы универсального промышлен-
ного робота УМ-1, примененного в качестве транспортного сред-
ства между двумя токарными станками, следующая.
Из накопителя 2 манипулятор робота 5 берет заготовку, ус-
танавливает ее на станок 1 и дает команду на включение стан-
ка 1, который ведет обработку детали по своей программе. Тем
временем манипулятор 5 ориентирует ранее обработанную на
станке № 1 деталь, находящуюся на промежуточной позиции, в
положение, необходимое для установки на станок 4 (№ 2). Си-
стема управления робота, получив сигнал от станка № 2 об окон-
чании обработки детали, включает программу управления мани-
пулятором 5, следуя которой, он снимает деталь со станка № 2
и укладывает ее в накопитель 3 готовых деталей, а затем берет
ориентированную ранее деталь, устанавливает ее на станок № 2
и дает команду на включение станка 4 и работу его по своей про-
грамме.
Получив команду об окончании обработки на станке № 1, ма-
нипулятор робота 5 снимает деталь и оставляет ее на промежу-
точной позиции для последующего ориентирования, затем робот
21*
323
Рабочая зона, ма-
Рис. 197. Планировка размещения обо-
рудования при обслуживании роботом
двух токарных станков с ЧПУ:
/ — станок 1К62ПУ № 1; 2 — накопитель за-
готовок; 3 — тара для готовых деталей; 4 —
станок 1К62ПУ № 2; 5 — манипулятор робота;
6 — пульт управления робота УМ-1
берет из накопителя 2 заготовку
и устанавливает ее на станке
№ 1. Далее цикл повторяется.
Исходя из имеющегося опыта,
наиболее рациональным пред-
ставляется следующий порядок
программирования:
— описать в общем виде последовательность работы станков
(обслуживаемого оборудования) и робота;
— обучить робот на рабочем месте, переводя его рабочий ор-
ган (схват) в нужные точки рабочей зоны и фиксируя на про-
граммоносителе координаты этих точек.
Такой порядок программирования возможен при достаточной
для работы точности позиционирования.
Применение робота требует некоторых изменений в програм-
ме, подготовленной для автономной работы металлорежущего
станка.
Использование робота в описанном процессе целесообразно,
так как:
1) при последовательном расположении в технологическом
процессе двух станков с программным управлением труд рабо-
чего-оператора, который обслуживает их, при высоком темпе про-
изводства становится весьма интенсивным и утомительным;
2) дефицит рабочих низкой квалификации заставляет пору-
чать простую работу оператора квалифицированным станочни-
кам (иногда наладчикам), что ведет к непроизводительным рас-
ходам и вызывает неудовлетворенность своим трудом этих ра-
ботников;
3) вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку, вы-
грузку деталей и пуск станков, можно свести к минимуму, что
позволяет более интенсивно использовать металлорежущие
станки.
В простейшей автоматической линии, показанной на рис. 197,
в качестве загрузочно-разгрузочного автомата применен универ-
сальный промышленный робот первого поколения УМ-1. Робот
может быть неоднократно использован для разных целей, в то
время как специальные загрузочные устройства обычно непри-
годны для повторного применения (для работы с другими дета-
лями). Однако использовать на этих операциях универсальные
роботы типа УМ-1 не всегда целесообразно из-за их сложности и
сравнительно большой стоимости, поэтому в ряде случаев эко-
номичнее применять более простые по конструкции роботы с си-
324
стемой управления по упорам. Не исключено использование и
механических рук, встроенных в станок и запрограммированных
по технологическому циклу станка.
При этом технологический процесс должен иметь минималь-
ное число технологических операций (переходов) в цикле: сле-
дует ограничивать число кантований деталей, добиваться посто-
янства баз, предусматривать фиксированное (ориентированное)
положение детали на погрузочно-разгрузочных устройствах и
т. п. Перечисленные требования справедливы при применении
универсальных роботов, поскольку выполнение этих требований
всегда сокращает технологический цикл обработки деталей.
Установка робота и оборудования требует специальной точ-
ной оснастки и квалифицированных рабочих, монтирующих весь
комплекс — станки, робот, транспортные, погрузочно-разгрузоч-
ные механизмы и т. д.
Опыт показал, что проектирование захватных механизмов для
вспомогательных операций даже со сравнительно простыми де-
талями в ряде случаев вызывает определенные трудности. Поса-
дить или дослать деталь на базовую поверхность приемного уст-
ройства станка робот первого поколения не может потому, что
он не «видит» деталь. Поэтому схват должен иметь досылочное
устройство или демпфер. Из-за этого приходится увеличивать га-
бариты схвата. В результате затрудняется проход руки робота в
рабочую зону универсального станка (к патрону). В ряде случа-
ев это вызывает необходимость доработки станочной оснастки
для уменьшения ее габаритов, а также перекомпоновки узлов
резцедержателей и пр.
При проектировании новых станков с ЧПУ необходимо при-
спосабливать их приемные устройства (патроны, цанги, эксцен-
триковые зажимы и т. д.) к возможностям промышленных робо-
тов, предназначенных для их обслуживания. Эти требования дол-
жны быть выполнены также и при проектировании станочной ос-
настки и оборудования, т. е. задача должна решаться комплексно.
Во всех случаях применения промышленных роботов в ком-
плексе с металлообрабатывающими станками роботы выполняют
все транспортные операции: перенос и кантование заготовок и
деталей.
Иногда технические возможности универсального робота не-
достаточны для выполнения нужных транспортных операций, на-
пример длина линейных или угловых перемещений руки и схвата
недостаточны.
В этом случае вместо двух и более роботов часто целесооб-
разнее применять специальные устройства — распределители. На
рис. 198 показан такой распределитель 3, выполненный в виде
крестовины с приводом поворота. На каждом плече крестовины
установлено захватное устройство, в которое манипулятор побо-
та 2 по командам пульта 1 устанавливает заготовки, забираемые
роботом из накопителя 10.
325
Рис. 198. Схема взаимного рас-
положения оборудования при
обслуживании трех токарных
полуавтоматов роботом с ис-
пользованием распределителя
заготовок:
/ — пульт управления роботом;
2 — манипулятор робота; 3 — рас-
пределитель заготовок; 4, 6, 8 —
токарные станкн-полуавтоматы; 5,
7, 9 — механические рукн станков;
10 — накопитель заготовок и дета-
лей
По командам пульта 1
робота распределитель 3
поворачивается нужным
плечом к соответствующе-
му станку (4, 6 или 8) и
останавливается в фикси-
рованном положении, пос-
ле чего по команде с
пульта 1 включаются механические руки станков 5, 7 или 9, ко-
торые переносят заготовку из захватного устройства распреде-
лителя 3 в зажимное устройство станка.
После обработки заготовки на станке готовая деталь в обрат-
ной последовательности может быть передана роботом через рас-
пределитель 3 в накопитель 10 (для упрощения системы управ-
ления комплексом описываемого оборудования готовые детали из
зажимных устройств станков могут после разжима выкатывать-
ся по лотку в тару, стоящую около станков).
Анализируя особенности применения универсальных роботов,
можно сделать некоторые предложения относительно путей даль-
нейшего развития и применения роботов для механической об-
работки:
1) взамен универсальных роботов во многих случаях лучше
использовать специализированные устройства — более простые,
надежные и менее дорогие;
2) при обслуживании более двух-трех станков целесообразно
автоматически перемещать робот от одной рабочей позиции к
другой, т. е. сообщать ему дополнительную степень свободы;
3) если робот манипулирует разными деталями, то следует
использовать различные съемные захватные или контрольные
приспособления — исполнительные органы робота, которые он
самостоятельно устанавливает в качестве последнего кинемати-
ческого звена руки, контактирующего с деталью;
4) задачу управления металлорежущими станками и обслу-
живающими их роботами в некоторых случаях целесообразно по-
ручать ЭВМ, так как большее количество автономных систем
программного управления, связанных в единую систему, может
оказаться ненадежным и невыгодным;
326
5) цех-автомат, обслуживаемый роботами и станками (управ-
ляемыми от ЭВМ) и переналаживаемый для обработки различ-
ных деталей —это реальная техническая задача, которую уже
сейчас можно решить на базе имеющихся технических средств.
Преимущество такого цеха для часто сменяемых изделий по
сравнению с «жесткими» автоматическими линиями очевидно;
6) кроме первого перехода технологического процесса (пода-
чи деталей из накопителя, склада, бункера на первую обрабаты-
вающую операцию), полезно поручать роботу контроль положе-
ния детали, а также некоторых размеров и оценку свойств дета-
ли. Контроль положения может быть пассивным (неправильно
установленную деталь робот отбрасывает) или активным (робот
ориентирует деталь в нужное положение);
7) кроме роботов стационарных или перемещающихся по
рельсам, уложенным на полу цеха, целесообразно применять под-
весные роботы, передвигающиеся над станками по направляю-
щим, смонтированным на колоннах.
На рис. 199 представлен пример применения такого робота
на участке токарных полуавтоматов, обрабатывающих разную
номенклатуру деталей, типовой вид которых показан на рис. 200.
Линия (см. рис. 199) состоит из четырех станков 3, 11, 14, 15
с ЧПУ, двух стационарных промышленных роботов 2, 12 и одно-
го подвесного робота 7, передвигающегося по направляющим 5
Рис. 199. Схема линии станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя стационарными
и одним подвесным роботами:
/, 13 — пульты управления роботами; 2, 12 — манипуляторы стационарных роботов; 3,
И, 14, 15 — станки с ЧПУ; 4 — накопитель заготовок; 5 — направляющие подвесного ро-
бота; 6, 9 — площадки для кантования деталей; 7 — подвесной робот; 8, 10 — нако-
пители деталей
Рис. 200. Эскиз типовой детали
327
г
и имеющего пять степеней свободы и управляемый схват. Все ро-
боты управляются от системы ЧПУ, смонтированной в пультах
1 и 13. Манипулятор робота 2 по программе берет схватом заго-
товки из накопителя 4 (загрузочное устройство) и устанавливает
их для обработки на станки 3 и 15, при необходимости кантуя де-
тали на площадке 6. После обработки (окончательной или про-
межуточной) стационарный манипулятор 2 передает детали че-
рез накопитель 4 или площадку 6 подвесному роботу 7, который
передает их манипулятору стационарного робота 12 (через нако-
питель 8) для дальнейшей обработки на станках 11, 14 или пере-
возит детали в накопитель 10 готовых деталей. От накопителя 4
работает не только манипулятор робота 2, но и манипулятор ро-
бота 12: заготовки из накопителя 4 вначале берет подвесной
робот 7 и перемещает их в накопитель 8 или на площадку канто-
вания 9, на которых их забирает манипулятор робота 72; переда-
вая окончательно обработанные детали в накопитель 10. Приме-
нение подвесного робота 7, выполняющего только транспортные
операции, существенно упрощает компоновку линии станков, осо-
бенно в тех случаях, когда из-за большой конструктивной слож-
ности деталей (таких, как фитинги, кронштейны, многоплечие ка-
чалки и т. п.) в линию приходится устанавливать не четыре (как
показано на рис. 199), а 10—15 и больше станков. На рис. 201
показана поточная линия из шестнадцати фрезерных станков
(ФС) с ЧПУ, каждый из которых имеет приемный стол и обору-
дован механической рукой (забирает заготовку или деталь с при-
емного стола и передает ее в зажимное устройство станка ФС или
Рис. 201. Схема линии фрезерных станков с ЧПУ, обслуживаемой двумя под-
весными роботами:
ПУ — пульт управления линией; ФС — фрезерные станки; ПК — площадки кантования
деталей; Н — накопители обрабатываемых деталей (промежуточные); М. — подвесной
робот; Ш — штабелеры; Ст.З — стеллаж с заготовками; Ст.Д — стеллаж с деталями
328
возвращает деталь на приемный стол). Вследствие различного
цикла обработки деталей на разных станках участок приходит-
ся оборудовать тремя промежуточными накопителями дета-
лей Н. Так как детали обрабатываются с разных сторон, в ли-
нии предусмотрено четыре площадки ПК, на которых любой из
двух манипуляторов роботов М производит операцию кантова-
ния деталей. Линия работает по схеме «со склада на склад».
Последний выполнен в виде двухсекционного стеллажа: в сек-
ции Ст.З хранятся заготовки, а в секции Ст.Д — готовые детали.
Каждая секция обслуживается одним автоматическим штабе-
лером Ш. Вся линия управляется с пульта ПУ, работа его в ав-
томатизированном цикле запрограммирована; коррективы в про-
грамму (при необходимости) вносит оператор, работающий на
пульте управления ПУ. Манипуляторы М движутся вдоль стан-
ков линии по направляющей, перемещение манипуляторов от
стеллажей к станкам и от станка к станку выполняется по про-
грамме так же, как и управление движением рабочего органа ма-
нипуляторов М (рукой со схватом) по пяти степеням свободы.
Управление работой манипуляторов М можно в значительном
объеме выполнить на цикловой автоматике, так как приемные
столы станков ФС размещены на одном уровне и имеют одинако-
вые устройства фиксации заготовки (детали). Описываемая по-
точная линия автоматизирована не полностью, так как некото-
рые операции (смена инструмента, уборка стружки, заполнение
стеллажей и пр.) операторам приходится выполнять вручную.
Линия работает следующим образом. По команде системы ПУ
штабелер Ш берет нужную заготовку со стеллажа Ст.З и переда-
ет ее манипулятору М, который отвозит заготовку к соответст-
вующему станку ФС и ставит ее в фиксированное положение на
приемном столе станка (при необходимости заготовка предвари-
тельно кантуется на площадке ПК). Далее система ПУ включа-
ет станок, который по программе устанавливает, обрабатывает и
возвращает деталь на приемный стол.
После включения станка по команде системы ПУ манипуля-
тор М берет деталь с приемного стола станка и передает ее на
приемный стол другого станка ФС или в накопитель Н, из кото-
рого второй манипулятор М переносит деталь ко второму штабе-
леру Ш, укладывающему готовую деталь в заданную системой
ПУ ячейку стеллажа Ст.Д.
Создание простейшей поточной или автоматической линии из
двух, трех и более станков предполагает объединение в единый
автоматический цикл множества операций механообработки и да-
же полностью автоматический процесс обработки детали. Для
этого наряду с универсальными промышленными роботами пер-
вого поколения применяются универсальные металлорежущие
станки с программным управлением. Рассмотрим схему построе-
ния поточной линии с высоким уровнем комплексной автомати-
зации механической обработки на станках с ЧПУ различного на-
329
г
значения. Обрабатываемая деталь — гильза цилиндра лодочного
мотора «Нептун» (рис. 202) — достаточно хорошо приспособле-
на для обработки с участием робота: делается она из чугунной
литой заготовки и имеет симметричную поверхность баз. Таким
образом, отпадает необходимость в дроблении стружки (удале-
ние ее из рабочей зоны станка не представляет особых трудно-
стей) и «узнавании» положения детали и ее базовых поверхно-
стей перед закреплением детали иа станке для промежуточной
или окончательной обработки (несмотря на то, что деталь имеет
сложную форму: наличие продольных, поперечных, узких и широ-
ких окон и нескольких отверстий разного диаметра).
При изготовлении гильзы необходимо обтачивать поверхность
и растачивать гильзу по диаметру 54 мм, сверлить отверстия,
фрезеровать пазы, а также шлифовать гильзу, удалять заусенцы
и промывать готовую деталь. Для выполнения этих операций в
линии (рис. 203) используются три универсальных токарных
станка 1, 2, 3 с ЧПУ модели 1К62ПУ, шесть универсальных фре-
зерных станков 5, 7, 8, 9, 10, 11 с ЧПУ модели ЛФ-66, универсаль-
ный бесцентрово-шлифовальный станок 6 с ЧПУ, а также ради-
ально-сверлильный станок 4 и моечная машина 13, которые не
имеют систем ЧПУ, поэтому, кроме восьми универсальных робо-
тов модели УМ-1, обслуживание линии осуществляется тремя
операторами и одним контролером. В обязанность первого опе-
ратора входит загрузка заготовок в накопитель Н на входе в по-
точную линию, второго — сверление на радиально-сверлильном
станке 4, а слесарь выполняет операции на верстаке 12. Сверлов-
щик и слесарь берут деталь из соответствующего накопителя Н
и после обработки возвращают их в тот же накопитель. Всего в
линии установлено десять накопителей Н, четыре из которых свя-
заны рольгангами (на рис. 203 показаны пунктиром).
Линия состоит из нескольких автоматических ячеек, анало-
гичных показанной на рис. 197, обслуживаемых одним роботом
д-д
(повернута)
Рис. 202. Эскиз гильзы цилиндра лодочного мотора «Нептун»
330
Рис. 203. Схема поточной линии комплексной обработки гильзы цилиндра ло-
дочного мотора «Нептун»:
1, 2, 3 — токарные стаикн с ЧПУ модели 1К62ПУ; 4 — радиально-саерлнльный станок;
5, 7, 8, 9, 10, 11 — фрезерные станки с ЧПУ модели ЛФ-66; 6 — бесцентроао-шлнфоваль-
ный станок; 12 — слесарный аерстак; 13 — моечная машина; Н — накопители заготовок
и деталей; УМ-1 — манипулятор робота; ПУ — пульт упраалення робота
и связанных друг с другом через накопители деталей. Однако
каждая ячейка управляется автономно с пульта ПУ робота и не
связана в общую автоматическую систему с другими ячейками
единой общей программой. Отсутствие деталей в любом из нако-
пителей разрывает линию, исключая из нее соответствующую
ячейку; другие ячейки (при заполненных своих накопителях) про-
должают работать. По этой причине расчет объемов накопителей
Н должен быть тщательным, а операторы (кроме выполнения ос-
новных своих функций) должны следить за работой всех ячеек
линии. Отсутствие централизованного управления линией и яче-
истая ее структура существенно упрощает решение задачи ком-
плексной автоматизации механообработки деталей (даже таких
сложных, как показанная на рис. 202); облегчается математиче-
ское и программное обеспечение системы, повышается ее надеж-
ность.
Поточная автоматизированная линия (см. рис. 203) работа-
ет следующим образом. После включения питания всего обору-
дования линии при заполненных накопителях первый робот УМ-1
в соответствии со своей программой берет заготовку гильзы и ус-
танавливает ее на станок 1, который по своей программе выпол-
няет предварительную проточку гильзы по наружной поверхно-
сти диаметром 72 мм (см. рис. 202). После окончания цикла об-
работки станок 1 (см. рис. 203) включает робот для съема
детали со станка 1 и передачи ее во второй накопитель. Далее
цикл первой ячейки повторяется. В это время второй робот берет
предварительно обточенную гильзу из второго накопителя и ус-
танавливает ее вначале на станок 3 для предварительной и окон-
чательной расточки внутреннего диаметра 54 мм, а затем на ста-
нок 2 для предварительной и окончательной обработки наружной
поверхности гильзы (для выполнения обработки робот кантует
деталь в накопителе). Прошедшие полную токарную обработку
детали собираются вторым роботом УМ-1 в третьем накопителе
из которого сверловщик берет гильзы и сверлит в них восемь от-
верстий на радиально-сверлильном станке 4, вручную укладывая
просверленные детали в четвертый накопитель. Из него третий
331
г
робот УМ-1 берет и устанавливает детали на станок 5 для фрезе-
рования двух пазов, после чего этот же робот переносит с фре-
зерного станка 5 на бесцентрово-шлифовальный станок 6, на ко-
тором по программе осуществляется автоматическое шлифование
гильзы по наружной поверхности; отшлифованные детали по на-
правляющим скатываются в пятый накопитель.
Далее от этого накопителя обработка гильз ведется на двух
фрезерных станках 7 и 8: на станке 7 автоматически фрезеруют-
ся левые окна № 2, на станке 8— правые окна № 3. После этого
четвертый робот УМ-1 укладывает детали в шестой накопитель
Н, из которого они по направляющим перекатываются в седьмой
накопитель Н. Из него пятый робот УМ-1 берет детали для фре-
зерования продольного окна № 1 в стенке гильзы на станке 9,
а затем для автоматического фрезерования двух окон № 4 на
станке 10.
Шестой робот УМ-1, забирая гильзы из восьмого накопителя,
устанавливает их на фрезерный станок 11, выполняющий в авто-
матическом цикле фрезерование под углом 45° фасок двух широ-
ких окон № 4. Со станка 11 шестой робот УМ-1 вынимает про-
шедшие весь цикл механической обработки на станках гильзы и
передает их в десятый накопитель Н, откуда их берет слесарь,
выполняет все слесарные операции и возвращает детали в этот
же накопитель Н. Седьмой робот УМ-1 берет из девятого нако-
пителя готовые детали и ставит их на приемную позицию моеч-
ной машины 13, на выходе которой вымытые гильзы принимает
восьмой робот УМ-1 и ставит их на последний (десятый) нако-
Рис. 204. Робот в автоматической линии штамповки деталей из листовой стали:
/ — робот SR-10; 2 — штабель стальных листов; 3 — устройство для подачн листовой
стали; 4 — захватывающее устройство; 5 — пресс № 1; 6 — пресс № 2; 7, 8 — схваты
руки робота; 9 — конвейер
332
Рис. 205. Робот в автоматической линии штамповки отверстий в круглом
стальном листе:
1 — робот SR-I0; 2 — подставка для готовых изделий; 3 — штамповочный пресс; 4 —
левый схват руки робота; 5 — правый схват механической руки робота; 6 — устройство
подачи заготовок; 7 — стопа заготовок
питель, являющийся одновременно столом контролера, осуществ-
лающего окончательный контроль (межоперационный контроль
гильз производится этим же контролером выборочно).
Применение универсальных роботов на описанной поточной
линии обработки гильз позволяет высвободить 11 квалифициро-
ванных рабочих-станочников и без особых трудностей организо-
вать двухсменную работу оборудования с тем, чтобы обеспечить
выпуск 4000—5000 окончательно готовых деталей в месяц.
Роботы с успехом могут быть использованы не только в ав-
томатических линиях механической обработки, но и при автома-
тизации других процессов производства.
На рис. 204 показана автоматическая линия штамповки де-
талей из листовой стали, состоящая из двух прессов 5 и 6, устрой-
ства 3 для подачи листовой стали, захватывающего устройства 4,
конвейера 9 и одного робота 1.
Длинные стальные листы, уложенные в штабель 2, устройст-
вом 3 подаются по одному на захватывающее устройство 4. Пос-
леднее устанавливает стальной лист в определенном положении
на прессе 5. После штамповки на нем схват 7 руки робота 1 бе-
рет заготовку, переносит ее на пресс 6 и устанавливает в нужное
положение. Одновременно с этим схват 8 обработанную на прес-
се 6 деталь переносит и укладывает на конвейере 9. Этот цикл
повторяется автоматически.
На рис. 205 показана автоматическая линия штамповки отвер-
стий в круглой стальной листовой детали. В линию входят уст-
333
ройства подачи заготовок 6, пресс 3, подставка 2 (для укладки
готовых изделий) и один робот 1. Устройством подачи заготовок
6 резервная стопа заготовок перемещается и устанавливается в
фиксированное положение, затем устройство 6 устанавливает за-
готовку в нужное положение и поднимает ее. Правый схват 5
руки робота 1, взяв заготовку вакуумным присосом, переносит
ее и устанавливает на прессе 3. Одновременно с этим левый
схват 4 берет готовую деталь, переносит ее и укладывает на под-
ставку 2 готовых изделий стопкой.
На рис. 206 представлена (автоматическая линия прессования
пластмассовых изделий, состоящая из машины 4 для прессова-
ния изделий из пластмассы, устройства подачи заготовок 2, ус-
тановки для обрезки облоя 51 конвейера 3 и одного робота 1.
Схват робота, взяв предварительно нагретую заготовку в ус-
тройстве 2 подачи заготовок, помещает ее в машину для прессо-
вания 4.
Схват, производящий операции с правой стороны машины
для прессования 4, после введения заготовки в пресс-форму воз-
вращается в исходное положение.
Схват, производящий операции с левой стороны машины для
прессования 4, захватив отпрессованное изделие, возвращается
в центральное положение и переносит изделие в установку для
обрезки облоя 5. После снятия заусенцев готовое изделие кладет-
ся на конвейер 3, далее цикл повторяется автоматически.
Рис. 206. Робот в автоматической линии прессования пластмассовых изделий:
1 — робот SR-10; 2 — устройство подачи заготовок; 3 — конвейер; 4 — машина для
прессования пластмассовых изделий; 5 — установка для обрезки облоя
334
Рис. 207. Робот в автоматической линии точечной сварки:
1 — робот SR-10; 2 — аппарат сварки сопротивлением; 3, 4 — конвейер; 5 — гибочный
пресс
На рис. 207 показана автоматическая линия точечной сварки
штампованных деталей, состоящая из одного пресса 5, двух кон-
вейеров 3 и 4, одного сварочного аппарата 2 и одного робота 1.
Схваты руки робота одновременно берут с конвейера 4 от-
штампованные на прессе 5 детали, переворачивают их на 180° и
подают их в сварочный аппарат 2 так, чтобы место сварки было
направлено вверх. После сварки узел извлекается из сварочного
аппарата 2, устанавливается на конвейер 3 и транспортируется,
далее цикл повторяется автоматически.
На рис. 208 представлена автоматическая линия штамповки
механически обработанных заготовок и их маркировки. Линия
состоит из устройства для подачи заготовок 1, высокочастотной
печи 2, ковочного пресса 5, устройства 7 для клеймения деталей
и двух роботов 3 и 6.
Из устройства 1 заготовки подаются в печь 2 высокочастот-
ного нагрева. Нагретую заготовку рука манипулятора робота 3
переносит и устанавливает в штамп пресса 5. После штамповки в
три перехода рука манипулятора робота 6 переносит деталь в
устройство 7 для клеймения, а затем укладывает ее в ящик 9.
На рис. 209 показана автоматическая линия прессования
и механообработки зубчатых колес, состоящая из устройства
подачи заготовок колес 9, пресса 8, станка для доводки зубьев
шестерен 1 и одного робота 5 с рукой, оборудованной двумя
схватами 6 и 7.
335
Рис. 208. Применение робота при штамповке и маркировке деталей:
/ — устройство для подачи заготовок; 2 — печь высокочастотного нагрева; 3, 6 — ро-
бот SR-10; 4— пульт управления роботом; 5 —. пресс; 7 — устройство клеймения дета-
лей; 8 — крышка; 9 — ящик с готовыми деталями
Рис. 209. Робот в автоматической линии изготовления зубчатых колес:
1 — станок для доводки зубьев шестерен; 2 — пульт управления робота; 3 — подставка
для готовых колес; 4 — ящик для штамповки; 5 — робот SR-10; 6 — левый схват руки
робота; 7 — правый схват руки робота; 8 — пресс; 9 — устройство подачи заготовок
336
Схват 7 руки робота, взяв заготовку с устройства подачи 9,
переносит и устанавливает ее в штамп пресса 8. В то же время
второй схват 6 руки, сняв отштампованную заготовку, переносит
ее и укладывает в ящик 4 для сбора изделий. После окончания
операции штамповки зубчатых колес робот 5 переводится для об-
служивания станка 1 доводки зубьев, для чего двухзахватную
руку заменяют на однозахватную (две последние операции про-
изводятся вручную).
Рука робота при доводке зубьев выполняет такие же опера-
ции, как и в случае переноса заготовок на пресс. После окон-
чательной обработки готовые изделия укладываются столбиком
на подставке сбора готовых изделий 3.
На рис. 210 показана автоматическая линия высокочастотной
закалки и отпуска зубчатых колес. Линия состоит из устройства
подачи заготовок 3 зубчатых колес, высокочастотного нагревате-
ля 4, масляного бака 6, печи для отпуска 7 и одного робота 1.
Зубчатые колеса, сложенные столбиком на подающем устрой-
стве 3, поднимаются вилкой 2 и устанавливаются в определен-
ном положении. Левый схват руки робота 1 берет заготовку и
ставит ее на вращающийся стол 5, на котором происходит высо-
кочастотный нагрев зубчатого колеса. В то же время правый
схват руки нагретое зубчатое колесо переносит и опускает в мас-
ляный бак 6, из которого колесо транспортером подается в печь 7
для отжига и далее в ящик 8.
Рис. 210. Автоматическая линия для высокочастотной закалки и отпуска зуб-
чатых колес:
1 — робот SR-10; 2 — вилка; 3 — устройство подачи заготовок зубчатых колес; 4 — вы-
сокочастотный нагреватель; 5 — вращающийся стол; 6 — масляный бак; 7 — печь для
отпуска; 8 — ящик для сбора изделий
22 Заказ 3483
337
Благодаря применению описанных автоматических систем
улучшается качество продукции и увеличивается ее выпуск.
В США и ФРГ тоже используют роботы и манипуляторы в
автоматических и поточных линиях.
Американская фирма «Тейлор» имеет специализированную
автоматическую линию по производству поковок вагонных колес.
Особенностью этой линии является широкое применение роботов
с гидравлическим приводом и других автоматических погрузочно-
разгрузочных механизмов. Линия состоит из печи с вращающим-
ся подом, гидропресса усилием 8500 тс, раскатной машины, ка-
либровочного гидропресса и закалочной печи. Производитель-
ность линии — 60 колес в час.
На заводах ФРГ имеются автоматические линии для изготов-
ления деталей типа торсионных валов высадкой на горизонталь-
но-ковочных машинах с горизонтальным разъемом матриц. На-
грев заготовок ведется в автоматизированной установке, а высад-
ка делается последовательно на одной и на другой машине с
одного нагрева. Быстродействующий передающий механизм не
дает заготовке остыть перед второй высадкой.
Одним из способов автоматизации кривошипных горячештам-
повочных прессов является применение перекладчика, созданно-
го фирмой «Ирай Фаундри Ко», штамповка деталей ведется на
прессе усилием 2500 тс в два перехода. Автоматическое переда-
точное устройство представляет собой пару длинных зажимных
штанг, способных перемещаться вверх, вниз, вперед и назад.
Нагретая заготовка подается транспортером на исходную по-
зицию загрузки. Автоматический механизм захватывает заготов-
ку и укладывает в первый ручей штампа. В этот момент во вто-
рой ручей автоматически впрыскивается смазка. После первого
обжатия заготовка переносится схватами во второй (окончатель-
ный) ручей штампа. Пресс делает 40 ходов в минуту. Привод
перекладчика связан с прессом. Приведенные примеры показыва-
ют, сколь многообразно и эффективно применение промышлен-
ных роботов в поточных и автоматических линиях самого различ-
ного назначения.
2. АВТОМАТИЗАЦИЯ УЧАСТКОВ И ЦЕХОВ
Использование промышленных роботов и управляю-
щих ЭВМ позволяет перейти от автоматизации отдельных линий
к автоматизации цехов — от автоматизации по линии к автома-
тизации по площади. В качестве примера на рис. 211 схематиче-
ски показан комплексно автоматизированный токарный цех из
50-патронных полуавтоматов АТПР-ЗМ12 с 18 операторами, за-
меняющий цех со 150 токарными станками и 150 токарями, об-
служиваемый персоналом из 60 человек.
Цех управляется от ЭВМ 5, с помощью которой автоматизи-
рована разработка технологических процессов обработки деталей
338
22*
339
и составление программ, управляющих станками. Кроме того,
ЭВМ управляет работой 50 станков 10, роботов 1, 3, 9, складов
2 и 7 со штабелером 6 и планирует работу цеха в оптимальном
режиме. Роботы 3 подвесные, они перемещаются с помощью
встроенных шаговых приводов по направляющим 4.
Схемой цеха предусмотрена работа со склада заготовок на
склад готовых деталей, а также использование нескольких на-
копителей 8 и И.
Применение ЭВМ и оборудования с ЧПУ —роботов и метал-
лорежущих станков — позволяет по-новому решить проблему соз-
дания автоматических линий для многономенклатурного мелко-
серийного производства, характерного для большинства отечест-
венных машиностроительных заводов.
Комплексная автоматизация массового и мелкосерийного про-
изводства осуществляется по-разному.
Известно, что в массовом производстве подшипников, автомо-
билей, тракторов, сельхозмашин, изделий бытовой техники и дру-
гой массовой продукции машиностроения широко используются
«жесткие» (непереналаживаемые) автоматические линии, специ-
ально создаваемые для изготовления отдельных деталей и сборки
простых узлов. Эти линии отличаются чрезвычайно высокой про-
изводительностью. Несмотря на то что при Смене объекта произ-
водства использовать их нельзя, они экономически выгодны, так
как окупаются за период эксплуатации.
В мелкосерийном, особенно многономенклатурном единичном
производстве, обычно дорогие непереналаживаемые линии (даже
простейшие) использовать без больших убытков невозможно. Не
приемлемы «жесткие» автоматические линии и в условиях частой
смены объекта производства, когда продукция быстро устаревает
и спрос на нее по разным причинам исчезает. Это объясняется
тем, что затраты времени на проектирование и изготовление «же-
стких» линий обычно намного превосходят время на подготовку
производства быстросменяющейся (даже массовой) продукции.
В мелкосерийном производстве нашли некоторое распростра-
нение переналаживаемые линии из агрегатных станков, собирае-
мых из нормализованных элементов, однако во многих случаях
стоимость из изготовления и эксплуатации недопустимо дорога,
а переналадка их занимает слишком много времени и требует
высокой квалификации наладчиков, что существенно снижает эф-
фективность таких линий.
Применение ЧПУ в металлорежущих станках резко сокраща-
ет продолжительность их переналадки, поэтому универсальное
оборудование с ЧПУ начало быстро и широко применяться в мел-
косерийном многономенклатурном производстве, несмотря на
сравнительно высокую его стоимость. Универсальность этих стан-
ков позволяет использовать их в производстве длительное время,
независимо от вида, партионности и частоты замены объекта про-
изводства.
340
Такие станки с успехом могут быть применены для построения
быстро переналаживаемых автоматических линий, выбрасывать
которые при смене выпускаемой продукции нет необходимости (в
отличие от специальных станков, входящих в «жесткие» линии).
Кроме станков с ЧПУ, в переналаживаемых автоматических
линиях целесообразно применять и другое оборудование с ЧПУ:
роботы, штабелеры, транспортные устройства (желательно уни-
версального назначения).
В этом случае выполняются следующие основные требования,
предъявляемые к средствам автоматизации (в том числе к авто-
матическим линиям) мелкосерийного многономенклатурного про-
изводства:
1) высокая производительность средств автоматизации (в
комплексе);
2) простота и быстрота переналадки, не требующая высокой
квалификации наладчиков;
3) надежность и большой ресурс работы всех применяемых
технических средств;
4) окупаемость и прибыль в результате применения средств
автоматизации (имеется в виду эксплуатация этих средств до на-
ступления их морального и физического износа);
5) возможность организовать и подготовить высокопроизво-
дительное и эффективное производство любой новой продукции
в сжатые сроки (при этом желательно исключить проектирова-
ние и изготовление нового технологического оборудования);
6) простота и невысокая стоимость эксплуатации средств ав-
томатизации, включая подготовку управляющих программ, ре-
монт, обслуживание и т. п. (желательна функциональная взаимо-
заменяемость оборудования на случай ремонта).
В отличие от перечисленных требований к средствам комплек-
сной автоматизации (в том числе к «жестким» линиям) массово-
го производства предъявляются иные требования: нет необходи-
мости в переналадке оборудования, надежность и ресурс средств
автоматизации ограничены сроком выпуска массовой продукции,
имеется необходимость в дублерах на случай ремонта (если обо-
рудование работает на предельной производительности), не нуж-
на функциональная взаимозаменяемость средств автоматизации
и т. п.
Сравнение приведенных требований показывает, насколько
различны принципы комплексной автоматизации массового и
мелкосерийного производства и сложна задача автоматизации
мелкосерийного и единичного производства.
Сложностью проблемы объясняется и тот факт, что до пос-
леднего времени в мелкосерийном производстве автоматические
линии (особенно при большой номенклатуре выпускаемых изде-
лий) не применялись. Существующее положение коренным обра-
зом меняется с появлением универсальных промышленных
роботов.
341
В качестве примера можно назвать автоматическую линию
для обработки большой номенклатуры корпусных деталей, вы-
пускаемых мелкими сериями. Транспортная система, предназна-
ченная для подачи заготовок к семи станкам линии, а также для
передачи деталей со станка на станок и на склад, вначале строи-
лась на обычных принципах (без применения роботов). В этом
случае система направляющих с движущимися тележками и под-
весной транспортер были громоздкими: они загораживали доступ
к станкам; для их изготовления требовалось много металла, вре-
мя передачи деталей со станка на станок было большим, так как
надо было разводить одновременно движущиеся в системе те-
лежки по разным (часто не оптимальным) путям.
Все эти трудности устранились в окончательном варианте кон-
струкции линии, в котором для выполнения всех транспортных
операций использовано оборудование с ЧПУ — роботы и штабе-
леры. Общий вид этой линии, предназначенной для выпуска кор-
пусных деталей, показан на рис. 212.
Основные особенности автоматической линии, принципиаль-
но отличающие ее от широко известных «жестких» линий, сле-
дующие:
1) линия управляется от ЭВМ. Применение последней позво-
ляет осуществить обработку деталей по динамичной (меняюшей-
ь 7 а
Рис. 212. Многономенклатурная автоматическая линия для комплексной обра-
ботки корпусных деталей, управляемая от ЭВМ и обслуживаемая роботами:
1 — дисплей; 2 — управляющая ЭВМ; 2 — станки номенклатурной линии; 4 — централь-
ный инструментальный магазин; 5 — стеллаж для спутников с деталями; 6 — установка
инструмента в кассеты; 7 — инструментальное отделение; 8 — наладка инструмента;
9 — съем готовых деталей; 10 — заготовки; 11 — детали; 12 — выборочный контроль
деталей; 13 — склад заготовок; 14 — склад готовых изделий
342
ся) технологии, когда в соответствии с требованием оптимальной
загрузки станков частично изменяется порядок и маршрут обра-
ботки деталей. ЭВМ планирует запуск и выпуск деталей, выпол-
няет плановые, диспетчерские расчеты, рассчитывает режимы об-
работки и управляющие программы (в соответствии с избранным
алгоритмом). Вся система линии, включая ЭВМ, осуществляет
комплектацию, контроль, выбор, смену и подачу 800 единиц инст-
румента, управляет межоперационным транспортом и всем про-
изводством деталей, а также подготавливает и частично осущест-
вляет пооперационный контроль деталей;
2) в линии используется семь металлорежущих станков с
ЧПУ типа «обрабатывающий центр» четырех моделей, создан-
ных на основе базовой модели универсального станка. Примене-
ние таких станков позволяет осуществлять весь комплекс опера-
ций по изготовлению деталей и выпускать на линии окончатель-
но готовые детали, не нуждающиеся в дополнительной обработке
вне линии. Детали имеют сложную конструкцию, заготовки ли-
тые, материал — алюминиевые сплавы. При обработке на линии
выполняются операции расточки, сверления каналов, отверстий и
нарезания резьб, фрезерования по контуру и др.
Уборка стружки механизирована и выполняется автоматиче-
ски. Обработка различных деталей ведется в универсальном
спутнике, закрепляемом на столе станка; на каждом станке име-
ется моечный агрегат для полного удаления стружки с детали
и спутника;
3) в линии используется шесть промышленных роботов с
ЧПУ: три робота для передачи и подачи инструментов и три ро-
бота-штабелера для подачи деталей (заготовок) со спутни-
ками.
В линии с отдельным складом заготовок и готовых деталей
(см. рис. 212) дополнительно используются два автоматических
штабелера;
4) линия обслуживается шестью операторами (оператор
ЭВМ, контролер, два наладчика инструмента и два оператора,
выполняющих установку заготовок в спутнике и съем готовых
деталей). Связь между операторами и каждого из них с ЭВМ
осуществляется устройствами типа «дисплей»;
5) в линии работают два автоматических склада, управляе-
мых от ЭВМ: центральный инструментальный магазин (две ли-
нии гнезд с установленными в них концевым инструментом в кас-
сетах) и склад с двумя стеллажами для заготовок, деталей и
спутников (снаряженных заготовками и без них). В инструмен-
тальном отделении есть стеллаж, обслуживаемый вручную.
Планировка автоматической линии показана на рис. 213. На
рабочем месте РМ-1 оператор устанавливает заготовку в спут-
ник: правильность установки контролируется автоматом АКУ
(трехкоординатная измерительная машина с ЧПУ). С приемной
позиции Е спутник с заготовкой загружается в штабелер ШТ-1,
343
Рис. 213. Планировка автоматической линии с тремя роботами-штабелерами:
СТ-1 — СТ-7 — металлорежущие станки; МА-1 — МА-8 - моечные агрегаты; ПО-1—ПО-7 — позиции ожидания (А, Б, В, Г, Д, Е, Ж);
ШТ-1 — ШТ-3 — роботы-штабелеры; АКУ — автомат контроля правильности установки заготовки иа спутнике; РМ-1 — рабочее место
установки заготовок на спутники; РМ-2 — рабочее место съема готовых деталей; КП-1—КП-3 — контрольные позиции (рабочие места выбороч-
ного контроля деталей)
344
откуда спутник становится в приемную ячейку склада (причем в
стеллаже № 2 хранятся пустые спутники, а в стеллаже № 1 —
межоперационный задел деталей на спутниках). 14 ячеек стелла-
жей № 1 и 2 служат только для передачи спутников из одного
стеллажа на другой. Общая емкость двух стеллажей — 504 гне-
зда.
В стеллажах сделаны двери для прохода обслуживающего
персонала, причем имеется блокировка (при открытых дверях
штабелеры ШТ-1, ШТ-2 и ШТ-3 не движутся).
Из ячейки передачи спутники с заготовкой передаются штабе-
лером ШТ-2 на позицию ожидания А соответствующего станка
СТ-1—СТ-5; после того как обработанная на этом станке деталь
уйдет со спутником со стола в позицию Г на мойку, ее место зай-
мет деталь со спутником, пришедшая с позиции А. Начнется об-
работка этой детали по программе, а вымытая деталь на спутни-
ке поступит в позицию разгрузки Д и оттуда штабелерами ШТ-2
или ШТ-3 будет передана по программе на другой станок, на
контроль (позиция КП-1—КП-3) или на рабочее место РМ-2 для
мойки и съема ее со спутника. Освободившийся спутник штабе-
лером ШТ-1 будет поставлен в свободную ячейку стеллажа № 2.
Промышленные роботы используются не только в системе
транспортирования и хранения спутников, но и в системе инстру-
ментального обеспечения автоматической линии.
В системе транспортирования и хранения спутников на авто-
матической линии используется три робота-штабелера: ШТ-1,
ШТ-2, ШТ-3 (рис. 214).
С помощью робота ШТ-1 осуществляется связь стеллажа № 1
с рабочими местами загрузки и разгрузки спутников и контроль-
ными позициями.
Роботы ШТ-2 и ШТ-3 предназначены для передачи спутников
с деталями между позициями ожидания станков и связи позиций
ожидания со стеллажом № 2.
Для осуществления этих функций роботы имеют возможность
перемещаться вдоль стеллажей и подводить каретку с манипуля-
тором к заданной по программе ячейке стеллажа, к рабочему ме-
сту или на позицию ожидания. С помощью манипулятора, уста-
новленного на каретке робота, спутник берется из ячейки стел-
лажа или с рабочего места на каретку робота или, наоборот,
выдается с каретки робота на заданную в программе позицию.
Работа робота осуществляется от системы цикловой автоматики,
которая обеспечивает выполнение четырех стандартных циклов.
На схеме работы робота для транспортировки спутников (см.
рис. 214) приводится цикл передачи спутника из одной ячейки
стеллажа в другую. Циклограмма работы роботов-штабелеров
приведена на рис. 215.
В системе инструментального обеспечения используется три
робота-автооператора РИ-1, РИ-2, РИ-3 (условные обозначения)
(рис. 216).
345
Рис. 214. Схема работы робота-штабелера на транспортировке спутников с заготовками по позициям:
1 — движение вдоль стеллажа; 2 — схват робота-штабелера входит в ячейку стеллажа и берет спутник; 3 — подъем спутника с заготов
кой в ячейке; 4 — вывод схвата со спутником из ячейки; 5 — одновременное движение вдоль стеллажа и подъем схвата со спут
ником до уровня ячейки передачи спутинков; 6 — установка спутника с заготовкой в ячейку передачи спутников
346
А § Циклограмма работы Передача спутника из Передача спутника из ШТ-1В ШТ-2 или ШТ-3 ШТ-2 или ШТ-ЗВШТ-1
/ Поиск штабелером ШТ-1 ’ передающего окна (ячейки)
2 Выдвижение манипупято- ра-штабелера ШТ-1
3 Возвращение манипуля- тора-штабелера Ц1Т-1 В исходное положение
4 Перемещение спутника б другой стеллаж
5 Поиск штабелером шт-2 или ШТ-З передающего окна
6 Ьыдйижение манипуля- тора-штабелера ШТ-2 или ШТ-3
7 Возвращение манипулято- ра-штабелера ШТ-2 или ШТ-3 о исходное положение
1SC* «с*
*без учета бремени поиска штабелерами
ШТ-1—ШТ-3 передающего окна
Рис. 215. Циклограмма работы роботов-штабелеров ШТ-1 и ШТ-2 или ШТ-3
Робот-автооператор РИ-3 имеет возможность перемещаться
между двумя прямолинейными инструментальными магазинами
ИЦ-1, ИЦ-2, входящими в центральный инструментальный мага-
зин линии, и служит для передачи инструментальных наладок из
магазина № 2 в магазин № 1 и обратно.
Робот-автооператор РИ-3 перемещается вдоль инструмен-
тальных магазинов по программе, которая формируется в управ-
ляющей ЭВМ и передается на локальное устройство управления
роботами.
Передача инструмента из одного магазина в другой осущест-
вляется при помощи двухзахватной руки, управляемой от цикло-
вой автоматики. Рука имеет три степени свободы. Она может пе-
ремещаться вверх и вниз, вправо и влево от нейтрального
положения и поворачиваться на 180°. Цикловая автоматика
обеспечивает выполнение движений руки, позволяющих выпол-
нять пять стандартных циклов:
1) подвод руки робота к инструментальной наладке; захват
и извлечение ее из инструментального магазина № 1; отвод руки
вместе с инструментальной наладкой в нейтральное положение;
2) то же для инструментального магазина № 2;
3) подвод руки к инструментальному магазину № 1, установ-
ка инструментальной наладки в гнездо магазина и возврат руки
в нейтральное положение;
4) то же для инструментального магазина № 2;
5) поворот руки на 180°.
Три стандартных цикла работы руки робота РИ-3 приведены
на рис. 217.
347
348
в другой
Роботы-автооператоры РИ-1 и РИ-2 предназначаются для пе-
редачи инструментальных наладок из магазина № 1 в инструмен-
тальные манипуляторы станков — механические руки МР-1 и МР-
7 (см. рис. 216).
Конструкция этих роботов и схема их работы аналогична ро-
боту-автооператору РИ-3 за исключением циклов установки и
снятия инструментальной наладки с инструментального манипу-
лятора станка МР.
На рис. 218 показан цикл обмена инструментальных наладок
между инструментальным магазином № 1 и механической рукой
МР станка.
349
Рис. 218. Схема работы роботов-автооператоров для подачи инструмента РИ-1 и РИ-2 по позициям:
I — движение робота вдоль инструментального магазина № 1 автоматической линии; 2 — захват рукой робота нужного инструмента;
3 — выем нужного инструмента рукой робота из магазина № 1; 4 — поворот руки робота на 180'; 5 — установка в освободившееся
гнездо инструментального магазина № 1 использованного инструмента; 6 — движение робота вдоль магазина № 1 к нужному станку для пе-
редачи очередного инструмента в механическую руку станка (на схеме не показана)
350
Инструментальный робот-автооператор РИ-1 обслуживает три
станка автоматической линии, а робот-автооператор РИ-2 — че-
тыре. Все станки СТ-1—СТ-7 (см. рис. 213) имеют свои инстру-
ментальные магазины ИМ-1—ИМ-7, в которые инструмент уста-
навливается (и из которых он забирается для установки в шпин-
дель станка или для передачи в магазин ИЦ-1) механическими
руками станков МР-1—МР-7, управляемыми цикловой автома-
тикой.
В исходном положении механической руки МР станка ее схват
расположен вертикально и выдвинут из корпуса, который по на-
правляющим поднят в вертикальное положение.
В инструментальные магазины ИЦ-1 и ИЦ-2 инструмент по-
ступает из отделения контроля и наладки инструмента, где два
оператора настраивают наладки и собирают их в кассеты емко-
стью 10 инструментов. Кассета с новым инструментом из отделе-
ния контроля и наладки подается (см. рис. 216) в центральный
инструментальный магазин линии по команде оператора отде-
ления. Возврат кассет происходит по команде ЭВМ.
Изношенный инструмент из магазинов ИЦ-1 и ИЦ-2 возвра-
щается в отделение наладки и контроля инструмента в кассетах
по командам ЭВМ.
Циклограмма работы инструментальных роботов-автоопера-
торов РИ-1 и РИ-3 и механической руки МР станка приведена на
рис. 219.
Анализируя конструкцию, функции и схему работы роботов,
используемых в автоматической линии для обработки корпусных
деталей, показанной на рис. 212, можно сделать следующие вы-
воды:
а) роботы на автоматической линии используются только как
транспортные средства. Функциональное назначение рабочих ор-
ганов роботов, обеспечивающих захват и установку спутников
или инструментальных наладок, не требует выполнения управля-
емых координатных перемещений;
б) использование роботов в системах обеспечения инструмен-
том и транспортирования спутников позволило упростить меха-
ническую часть систем и повысить их надежность;
в) система управления линией от ЭВМ в связи с использова-
нием роботов усложнилась. Так, применение роботов в системе
инструментального обеспечения потребовало перейти от системы
кодирования инструмента к системе кодирования гнезда, что на-
лагает на систему управления более жесткие требования по на-
дежности;
г) использование роботов для установки деталей (без спут-
ников) непосредственно на стол станка в автоматических линиях,
предназначенных для обработки большой номенклатуры деталей,
в настоящее время маловероятно, так как, во-первых, невоз-
можно создать приспособление, обеспечивающее базирование и
зажим разнообразных по конфигурации деталей, во-вторых,
351
352
к
автоматическая замена приспособлений при переналадке линии
потребует большого количества сложной технологической ос-
настки, что снизит эффективность линий;
д) использование роботов для установки спутников с деталя-
ми на стол станка в описанной автоматической линии нецелесо-
образно, так как роботу, осуществляющему только установку
спутников на стол станка, невозможно задавать транспортные
функции и поручать обслуживание нескольких станков (это мо-
жет привести к простою оборудования, что в автоматических ли-
ниях с ЧПУ недопустимо). Кроме того, закрепление робота за
определенным станком потребует от него выполнения одного по-
стоянного (жестко фиксированного) цикла работы. В этом слу-
чае робот превращается в механическую руку, цифровое управ-
ление которой становится излишним.
Программирование для роботов, используемых в автоматиче-
ской линии, осуществляется автоматически в управляющей ЭВМ.
В связи* с тем что программируется только номер ячейки стел-
лажа или номер гнезда инструментальной наладки, алгоритм си-
стемы автоматического программирования предельно прост и
разработка его не вызывает никаких трудностей.
Работа руки робота программируется по стандартным цик-
лам, описанным выше.
Автоматизированная система управления (АСУ) линией име-
ет трехуровневую иерархическую структуру, включающую нуле-
вой уровень локальных систем ЧПУ станками, роботами-штабе-
лерами, роботами-автооператорами и операторских пультов; пер-
вый уровень управления по цифровой ситуационной модели с
динамической оценкой и прогнозированием и второй уровень
управления с долгосрочным планированием и оптимизацией ра-
боты нижних уровней. Второй уровень осуществляет линии связи
с АСУ предприятия.
В целях повышения надежности линии и ее АСУ нулевой и
первый (или нулевой) уровни системы обеспечивают соответст-
венно управление линией, либо ее агрегатами с заниженной эф-
фективостью функционирования.
Локальными системами ЧПУ станками нулевого уровня АСУ
являются модификации серийных систем Н55-2.
Управляющими ЭВМ первого уровня АСУ являются ЭВМ
третьего- поколения типа «Электроника 100 И» в комплексе «Ра-
дуга К-50».. В качестве ЭВМ второго уровня АСУ используется
модель ЕС 1030 из ЕСЭВМ третьего поколения.
Первый уровень АСУ включает специализированное устройст-
во покадрового распределения сменного комплекта программ об-
работки деталей, хранимых на серийных магнитных дисках.
Мнемосхема текущего состояния агрегатов линии и АСУ реа-
лизована с помощью специализированного устройства многомер-
ного отображения на цветной ЭЛТ в отделении диспетчера ли-
нии.
23 Заказ 3483
353
Технологический процесс обработки деталей на автоматичес-
кой линии принципиально не отличается от существующих тех-
нологических процессов.
Для обеспечения возможности работы станков линии в авто-
матическом цикле технологические процессы должны обеспечи-
вать автоматическое получение заданных размеров, что возмож-
но только при гарантированной надежности работы режущего
инструмента.
Внешний вид автоматической линии показан на рис. 220.
Расчеты показали, что применение многономенклатурной ав-
томатической линии для мелкосерийного выпуска деталей (типа
корпусов гидроагрегатов и другого типа), управляемой от ЭВМ
и обслуживаемой роботами, позволяет получить высокую эконо-
мическую эффективность.
Так, на автоматической линии, показанной на рис. 220, трудо-
емкость обработки деталей снижается в 21 раз, а загрузка стан-
ков увеличивается с 30 до 75% (по сравнению с автономно рабо-
тающими станками с ЧПУ); при этом высвобождается 21 едини-
ца универсального оборудования и 62 рабочих. Годовой
экономический эффект от внедрения одной линии превышает
1 млн. р.
Эффективность роботов в автоматической линии отдельно не
подсчитывалась, так как роботы использованы в линии по необ-
ходимости. Без них конструктивно решить системы инструмен-
тального обеспечения и транспортирования спутников не уда-
лось.
В настоящее время расчет этой эффективности обычно ведет-
ся по методике, принятой для металлорежущего оборудования.
Из-за сравнительно высокой стоимости первых образцов про-
Рис. 220. Внешний вид автоматической линии (с улучшенной планировкой) для
механообработки мелкосерийных корпусных деталей
354
мышленных роботов формальный экономический эффект от их
применения невысок, тем более, что при расчете не учитывается
ряд важных обстоятельств.
Необходимо разработать методику оценки эффективности
внедрения роботов с учетом того, что применение последних
— стабилизирует технологический процесс и повышает рит-
мичность работы (одинаковую и в начале и в конце смены);
— полностью устраняет брак из-за невнимательности или
утомления рабочего;
— высвобождает рабочих;
— позволяет ликвидировать ручной, вредный, утомительный
труд.
Можно предположить, что в ближайшее время станки с ЧПУ
будут управляться от центральной ЭВМ. Управляющая машина
будет выдавать на станки управляющие программы и диспетчиро-
вать порядок запуска деталей. Рабочий в этой системе при вы-
пуске малого количества сложных деталей будет производить
вручную переналадку станка и установку деталей на станок. При
выпуске сложных деталей, время обработки которых на станках
с ЧПУ обычно находится в пределах от 1 часа до нескольких
смен, рабочий имеет возможность обслуживать большое количе-
ство станков. Замена рабочих роботами в этом случае не дает
большого эффекта, так как
1) увеличатся простои станков на переналадке, так как ра-
бочему потребуется дополнительное время на переналадку ро-
бота;
2) производительность станка с роботом не возрастет (время
установки детали на станок составляет незначительный процент
от машинного времени);
3) значительно увеличится стоимость приспособлений (они
должны быть оснащены автоматическими устройствами для фик-
сации и зажима деталей);
4) количество рабочих, обслуживающих участок станков с
ЧПУ, не сократится (потребуются дополнительные затраты вре-
мени на установку и ориентацию деталей в специальных кассетах
для обеспечения захвата деталей роботами).
Несмотря на отмеченные недостатки, в некоторых случаях
(см. рис. 212) целесообразно применить роботы в линиях, частич-
но обслуживаемых операторами и предназначенных для мелко-
серийного производства.
Следующим этапом в развитии участков станков с ЧПУ, обра-
батывающих простые (а затем и сложные) детали, будет созда-
ние автоматических линий, комплексно управляемых от ЭВМ
(без применения ручного труда). Такие системы, предназначен-
ные для мелкосерийного производства, позволят свести продол-
жительность переналадки оборудования на новые детали до ми-
нимума, соизмеримого с продолжительностью установки детали
на станок, что является принципиальным преимуществом авто-
23:
355
матических линий с ЧПУ перед автоматическим оборудованием
других видов.
На основании анализа отечественного опыта, а также конст-
рукций зарубежных автоматических линий с ЧПУ можно пред-
положить, что транспортные роботы найдут широкое применение
в многономенклатурных автоматических линиях при обработке
корпусных и аналогичных им деталей средних габаритных разме-
ров (до 500 X 500 X 500 мм).
В малономенклатурных линиях, предназначенных для обра-
ботки простых и сложных деталей, роботы в ближайшее время,
по-видимому, использоваться не будут. Такие линии, как правило,
будут создаваться на базе шаговых или непрерывных транспор-
теров; складирование деталей в комплекс такой линии включать-
ся не будет.
В отдельных станках с ЧПУ и автоматических линиях, пред-
назначенных для обработки деталей типа тел вращения, будут
широко использоваться транспортно-установочные роботы, так
как в этом случае проще решается вопрос с базированием и за-
креплением деталей на станке. Кроме того, у этого класса дета-
лей всегда имеются хорошие базы, обеспечивающие надежное
фиксирование деталей в схвате робота.
Таким образом, промышленные роботы превращаются в важ-
нейшее средство автоматизации обработки деталей, имеющее
большую перспективу.
Роботы могут быть использованы не только для автоматиза-
ции механической обработки деталей, но и для комплексной ав-
томатизации других технологических процессов: сварки, пайки,
штамповки и даже сборки.
В качестве примера иа рис. 221 показана схема комплексной
автоматизации цеха литья заготовок турбинных и компрессорных
лопаток, в котором все вспомогательные операции выполняют
промышленные роботы. Главными особенностями этого цеха, кро-
ме применения роботов, является широкое использование обору-
дования с ЧПУ (плавильного, заливочного, контрольного и др.),
а также управление всем цехом от управляющей ЭВМ типа
АСВТ «М6000». Применение ЭВМ позволяет автоматизировать
разработку всех технологических процессов и управляющих про-
грамм, управление всем технологическим оборудованием, нако-
пителями и складами. Кроме того, ЭВМ можно использовать для
планирования и диспетчирования работы цеха, а также для оп-
тимизации течения технологических процессов подготовки литей-
ных форм, заливки, выбивки форм и пр. Цех получает материалы
со склада 4 полуфабрикатов и отправляет свою продукцию на
склад готовых литых заготовок 23. Управляющая ЭВМ обслужи-
вается оператором. Кроме того,, за работой оборудования цеха
наблюдает несколько наладчиков и контролеров.
Комплексно автоматизированный цех литья работает следую-
щим образом.
356
Рис. 221. Система автоматизации изготовления литых заготовок лопаток дви-
гателей с применением ЭВМ:
1 — управляющая ЭВМ; 2 — установка для нанесения огнеупорного покрытия и обсыпки
модельных блоков; 3 — устройство передачи модельных блоков по конвейеру; 4 — склад
полуфабрикатов оснастки н инструмента; 5 — агрегат вакуумно-аммиачной сушки; 6 —
устройство для удаления арматуры и зачистки чаш у литниковых систем; 7 — агрегат
для вымывания моделей; 8 — сушильная камера; 9, 12, 15, 19 — накопитель заготовок;
10 — печь для прокаливания оболочек; 11 — вакуумная заливочная печь; 13 — термо-
стат; 14 — установка для обивки керамики; 16 — установка для обрезки литников;
17 — установка рентгеиоконтроля; 18 — установка для гидродинамического удаления
стержней; 20 — пескоструйная камера; 21 — автомат контроля толщины профиля; 22 —
установка для доводки замка полки и выходной кромки; 23 — склад литых заготовок
Полуфабрикаты, оснастка и инструмент по командам ЭВМ
поступают со склада 4 на производственные участки по подвес-
ным транспортным путям в каретках и с помощью промышлен-
ных роботов. Модельные блоки передаточным конвейером 3 ав-
томатически подаются на обсыпку 2 и нанесение огнеупорного
покрытия; при этом используется робот, который подвешивает
блоки на конвейер, транспортирующий их в агрегат вакуумно-ам-
миачной сушки 5. Затем с помощью другого робота из высушен-
ных блоков удаляется арматура и зачищаются чаши литниковых
систем 6, после чего с помощью робота в специальном агрегате 7
вымываются модели и формы сушатся 8. Часть высушенных
форм, сделанных по выплавляемым моделям, идет в накопитель
9, а другая передается на прокалку и заливку в специальных ва-
куумных печах 11, работающих по программе. После этого зали-
тые формы (часть из них остается в накопителе 12) передаются
роботами в термостат 13, а оттуда — на обивку оболочки 14 и об-
резку литников 16 (здесь тоже имеется накопитель 15). Роботы
используются и для подачи отливок лопаток в установку рентге-
ноконтроля 17 (при этом забракованные отливки удаляются с
линии). В процессе применено гидродинамическое удаление
стержней 18 и пескоструйная очистка 20 годного литья. Все обо-
рудование имеет системы ЧПУ и работает по командам ЭВМ. В
конце поточной линии на специальных автоматах 21 контролиру-
357
ется толщина (и другие геометрические размеры) пера и замка
заготовок литых лопаток. После этого предварительно обраба-
тывается замок лопатки и входная кромка пера и готовая заго-
товка конвейером с помощью автоматического штабелера пере-
дается на склад 23 готовой продукции цеха. Нормальная работа
такой сложной автоматической системы, как литейный цех, воз-
можна только при условии безотказной работы ЭВМ и всего ком-
плекта технологического оборудования. Важное значение имеет
также надежная работа датчиков и линий обратной связи с ЭВМ,
по которым идут сигналы о правильности срабатывания всех ме-
ханизмов, сигналы блокировок, а также сигналы, характеризую-
щие режим течения процесса (температура расплава, время тер-
мостатирования, температура сушки и т. п.).
Производительность комплексно-автоматизированного цеха
литья в восемь раз превысит существующую, при этом высвобо-
дится 120 рабочих различных специальностей и повысится каче-
ство литых заготовок (за счет исключения субъективного влия-
ния исполнителей). Включение ЭВМ, роботов и оборудования с
ЧПУ для литья заготовок лопаток даст более 9,5 млн. р. эконо-
мии ежегодно.
Работы по программируемой автоматизации производства (а
такой термин уже входит в обиход технологов) широко разверну-
ты в нашей стране (в частности осуществляются описанные в на-
стоящей главе проекты) и обещают дать в ближайшее десятиле-
тие большой экономический и социальный эффект.
Создание автоматизированных производств на базе примене-
ния ЭВМ и промышленных роботов является одним из главных
направлений технического прогресса в промышленности.
Глава XI
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ
РОБОТОВ И РОБОТОСТРОЕНИЯ
1. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ
«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РОБОТОВ»
Робототехника является одним из новых, быстро раз-
вивающихся направлений современной техники. В нашей стране,
а также в ряде капиталистических стран (США, Япония и др.)
уже создается новая отрасль машиностроения — роботостроение,
которое набирает мощности, из года в год увеличивая производ-
ство и продажу промышленных роботов. Вместе с расширением
области применения роботов все дальше открываются научные и
технические перспективы их развития.
Наряду с быстрым совершенствованием конструкций роботов
первого поколения {41, 54, 59, 65, 70, 76] ведутся работы по созда-
нию роботов второго и третьего поколений — интеллектуальных
роботов [42, 51]. Эти работы сопровождаются большим объемом
исследований — как теоретических, так и экспериментальных.
Ведутся также специальные научно-исследовательские работы
по анализу производства и возможностей использования сущест-
вующих роботов.
Эффективность руки манипулятора робота может быть суще-
ственно повышена, если она будет подключена к устройству, об-
ладающему органами чувств для определения расположения объ-
ектов и их опознавания [22].
К работам над роботами будущего должны привлекаться био-
физики, физиологи и специалисты самых разных направлений на-
уки и техники.
Современный этап развития роботов характерен стремлением
конструкторов оснастить роботы органами, способными выпол-
нять функции, аналогичные функциям осязания, зрения, обоня-
ния, слуха и других человеческих чувств, без чего невозможно
анализировать обстановку и управлять движениями.
Создание таких машин, не нуждающихся в постоянном внима-
нии человека и его управлении, является первой важнейшей тен-
денцией современной техники промышленных роботов. Следует
отметить, что чувствительность, разрешающая способность, ин-
формационная мощность, эффективность и искусственная «интел-
лектуальность», а также целенаправленность самостоятельных
(по программе) действий первых образцов таких роботов пока
неизмеримо ниже этих же способностей человека.
359
Однако интенсивная работа ученых и инженеров позволит
улучшить эти характеристики роботов, в том числе упростить
адаптацию к условиям работы и программирование их действий
(включая запись программы со слов оператора). Роботы будуще-
го, видимо, будут иметь системы «самоорганизующегося управле-
ния».
В разных странах ведутся и с каждым годом расширяются ра-
боты по созданию «устройств искусственного мышления», само-
стоятельно выполняющих несложные логические операции.
В США работы по созданию «интеллектуальных» роботов со-
средоточены в университетах и институтах, главным образом в
Массачусетском технологическом и Стендфордском исследова-
тельском. Проводят исследования также фирмы «Юнимейшн»,
AMF и др.
Программа работ Массачусетского технологического инсти-
тута предусматривает создание систем, оснащенных бинокуляр-
ным зрением и способных распознавать цвета, а также роботов
с запасом знаний об окружающей обстановке.
Сотрудники лаборатории искусственного мышления Массачу-
сетского технологического института создали систему, состоящую
из ЭВМ, телевизионной камеры и механического манипулятора.
Эта система способна распознавать предметы по размерам, цвету
и форме и собирать их в конструкции без последовательного по-
лучения команд от оператора. Для выполнения более сложных
задач разработан усовершенствованный манипулятор, позволяю-
щий доставать предметы за различными препятствиями. В этой
же лаборатории разрабатывается мини-робот для выполнения ря-
да тонких операций, недоступных для рук человека.
На рис. 222, а показана двухпалая рука робота, имеющая
шесть степеней свободы. Распознавание формы предметов в си-
стеме «рука—глаз» ведется с помощью компьютера. На рис.
Рис. 222. Искусственные руки, управляемые от ЭВМ:
а — двухпалая; б — пятипалая
360
222, б представлена экспериментальная пятипалая рука робота,
способная захватывать хрупкие детали сложной формы.
Одной из главных целей разработок, проводимых в научно-
исследовательских лабораториях США, явилось создание систем
искусственного зрения, а также систем, действующих по схеме
«глаз—машина—рука—глаз». Программы для таких систем но-
сят общий характер и обязательно содержат алгоритм поиска.
Первые модели «разумных» роботов, созданные под руковод-
ством М. Минского в Массачусетском институте и Дж. Маккарти
в Стенфордском университете, можно отнести к эксперименталь-
ным образцам роботов третьего поколения.
Стенфордский робот обладает высокими информационными
возможностями, достаточными для обеспечения его автономного
движения.
Робот может выполнять задачи, требующие логического ана-
лиза обстановки и (в зависимости от условий) принимать
решения.
В настоящее время экспериментальный робот распознает кни-
ги, рассыпанные на столе, и может с ними оперировать. Осматри-
вая с помощью телекамеры внутреннее пространство комнаты, он
может находить себе проход. Более сложные опыты пока идут не
очень успешно. Производится эксперимент по обучению робота
определять время по часам.
Фирма «Юнимейшн» ведет работы по машинному распознава-
нию и определению размеров предметов в целях использования
этих способностей при выполнении производственных операций.
Фирма «Белл лабораториз» (США) разработала ЭВМ, сло-
варный запас которой состоит из 1600 слов. Машина способна
читать тексты и воспроизводить их вслух.
Созданы машины, которые сами обучаются игре в шашки и
шахматы, анализируя й исправляя ошибки.
Особенно крупного успеха в направлении использования «ис-
куственного» интеллекта в шахматной игре добилась в августе
1974 г. группа ученых Института проблем управления.
Созданная В. Арлазоровым, Г. Адальсоном-Вельским, М. Дон-
ским, А. Усковым, А. Балаевым и А. Битманом программа игры
в шахматы «Каисса» позволила советской ЭВМ завоевать звание
первого чемпиона мира среди шахматных компьютеров. В тур-
нире участвовало 13 программ (4 — от США, 3 — от Англии и по
одной — от СССР, Венгрии, Канады, Норвегии, Австрии и Швей-
царии). «Каисса» победила во всех сыгранных партиях.
В Японии интенсивно ведутся работы над созданием роботов
с «интеллектом» в Центральной исследовательской лаборатории
фирмы «Хитачи», в Электротехнической лаборатории, в Токий-
ском технологическом институте, в Университете электросвязи,
Институте комплексных исследований электронной техники и
других научно-исследовательских центрах. В Токийском универ-
ситете ведутся работы по созданию действующих в условиях по-
361
мех систем с большим количеством степеней свободы; исследу-
ется также возможность распознавания изображений и предме-
тов, в том числе на основе осязательной информации.
Ведутся научные разработки по перспективным роботам в
университете Васеда, Токийском институте технологии. В Японии
уделяется большое внимание созданию роботов сборщиков [14,
23]. Разработан робот «ЭТЛ», способный различать цвет, форму
предметов, а также расстояние до них. Форма определяется по
соотношению света и тени на предмете [53]. Пока робот распоз-
нает только предметы простейшей формы, но разработчики пред-
полагают, что в ближайшие годы робот будет усовершенствован
и поступит на рынок. Ограничить применение робота может
только его высокая начальная стоимость (более 400 тыс. долл).
Японский ученый Като в Университете Васеда предпринимает
попытки создания руки, подобной руке человека, с управлением
от ЭВМ и полупроводниковыми элементами, чувствительными к
давлению.
В Европейских странах ученые также усиленно работают над
созданием «разумных» роботов.
В Ноттингемском университете (Англия) разработана про-
граммируемая сборочная машина, показанная на рис. 223; даль-
нейшие работы ведутся в направлении создания робота с обрат-
ной связью, осуществляемой посредством видиконовой телекаме-
ры, связанной с небольшой цифровой вычислительной машиной,
которая после обработки визуальных данных выполняет функции
управления.
Рис. 223. Сборочный робот
362
Робот второго поколения «Сёрч», созданный в Ноттингемском
университете профессором Уильфридом Хегинботэм и доктором
Эланом Пучом, умеет из разбросанных деталей выбрать нужные
и выполнить несколько операций по их сборке.
На осмотр деталей и сборку «Сёрч» тратит меньше времени,
чем человек. Единственный глаз робота (телевизионная камера)
проецирует изображения предметов на экран, которые затем пре-
образуются в электрические импульсы, поступающие в ЭВМ. В
запоминающее устройство внесен каталог возможных форм дета-
лей. Полученная через «глаз» информация сопоставляется с ка-
талогом ЭВМ, затем рукам робота поступает сигнал начать ра-
боту (две руки «Сёрча» заканчиваются «щупальцами-пальцами»,
третья — присоском).
Осуществляемые в настоящее время эксперименты чрезвычай-
но сложны с технической точки зрения и требуют использования
для обработки информации больших ЭВМ. Например, в США в
экспериментах Стенфордского университета используется ЭВМ с
оперативной памятью емкостью 131 тыс. слов и внешней па-
мятью на дисках емкостью 10 млн. слов. В Массачусетском тех-
нологическом институте для экспериментов используется анало-
гичная ЭВМ.
Некоторые специалисты робототехники считают, что будущее
за мини-роботами—легкими автоматами с многочисленными ру-
ками. Мини-роботы будут весить около 225 кг, их возможная гру-
зоподъемность — до 20 кг. Они будут представлять собою труб-
чатую шарнирную конструкцию и обладать 6—10 степенями
свободы. Можно предположить, что руки мини-роботов будут на-
поминать руки человека, а кисть будет иметь пальцы. Привод рук
будет пневматическим или электрическим. Могут быть примене-
ны также мягкие кисти, каждый палец которой будет полым из
стекловолокна, усиленного уретаном. Под воздействием неболь-
шого давления (нажима) пальцы будут сгибаться для захвата.
Для передвижения мини-роботов будут использоваться моно-
рельсы, подвесные рельсы, радиоуправляемые тележки.
Мини-роботы смогут оперировать с неориентированными де-
талями, выравнивать детали, укладывать, сортировать, контро-
лировать их качество, собирать и вести испытания.
Конструкция мини-роботов со временем будет совершенство-
ваться и они смогут выполнять такие действия, как поднимать
упавшие детали и инструменты, убирать отходы.
К 1976 г. на рынок должны поступить роботы второго поколе-
ния с «миниатюрной» памятью, несколькими руками и «глазом».
Роботы второго поколения будут обладать позиционным и
контурным управлением, возможностью работать от ЭВМ, способ-
ностью логического выбора программы и быстрого программиро-
вания. Роботы будут иметь не менее шести степеней свободы, об-
ладать достаточно емкой памятью для того, чтобы уметь рабо-
тать с многоместной тарой. Эти роботы можно будет быстро вве-
363
сти в эксплуатацию и легко приспособить при переходе на другую
работу. Надежность этих роботов должна быть очень высокой
(среднее время наработки на отказ не менее 800 ч). Экономиче-
ская эффективность роботов постепенно будет возрастать, а при-
менение их расширяться по мере того, как будут увеличиваться
их «интеллектуальные» способности.
К 1980 г. на рынке могут появиться роботы третьего поколе-
ния со способностью к самообучению и адаптации к условиям ра-
боты.
Важнейшим элементом конструкции «интеллектуальных» ро-
ботов второго и третьего поколений являются датчики, которые
можно подразделить на датчики внешней и внутренней инфор-
мации. Датчики внешней информации служат для обследования
состояния объектов, с которыми будет производиться работа, а
датчики внутренней информации (обратной связи) находятся в
системе исполнительного механизма робота и служат для кон-
троля действий в контуре управления, определения координат и
положения схвата, руки и других узлов, являющихся объектами
управления.
Если датчики внутренней информации можно считать в основ-
ном разработанными, то датчики внешней информации еще под-
лежат разработке. В первую очередь необходимы датчики пози-
ционирования объектов, их осязания, определения силы сдавли-
вания и визуального обследования. Понадобятся также датчики
восприятия звуков и «слухового» диагноза.
В качестве датчиков внутренней информации «интеллектуаль-
ных» роботов будут применяться потенциометры, кодовые датчи-
ки, резольверы, дифференциальные трансформаторы, импульс-
ные генераторы.
Для взаимодействия робота с внешней средой из выпускае-
мых в настоящее время датчиков можно применить только дат-
чики контактного типа, например, концевые выключатели. Кон-
тактные датчики сейчас используются в системах блокировки,
для сигнализации при работе на станках с автоматическим уп-
равлением, например для остановки швейной машины при обры-
ве нити.
На заводе компании «Форд» при использовании робота «Вер-
сатран» на операциях сварки с помощью концевых выключателей
ведется контроль правильности положения детали и своевремен-
ности извлечения сваренного узла из приспособления. В случае
неполадок дается сигнал, и робот прекращает работу.
Для датчиков внешней информации, применяемых в роботах,
помимо высоких характеристик надежности и точности, большого
ресурса, важны еще и такие показатели, как малогабаритность и
малая масса.
Датчики давления разрабатываются в японском университете
Васэда под руководством Като и в Белградском университете То-
мовичем. Ими разработаны элементы, чувствительные к давлени-
364
ям (изменение силы давления изменяет контактное сопротивле-
ние между полярными пластинами и основой).
Мори в Токийском технологическом институте изготовил дат-
чики давления с использованием пьезоэлектрического эффекта.
В «Руке Эрнста» МН-1 [42] в качестве элемента, чувствитель-
ного к давлению, использован тензодатчик с металлической ре-
шеткой из проволоки толщиной 0,1 мм, изменяющей сопротив-
ление.
В последнее время ведутся исследования полупроводниковых
тензодатчиков, которые гораздо меньше датчиков сопротивления
и при малой массе обладают высокой чувствительностью.
В роботах могут быть использованы бесконтактные датчи-
ки — оптические, электромагнитные, ультразвуковые, струйные.
Эти датчики не боятся ударов и плохого контакта.
В Массачусетском технологическом институте предложено ус-
тройство, в котором эластичная подложка на внутренних поверх-
ностях пальцев руки робота облицована небольшими зеркалами,
расположенными в ряд. При захвате предмет освещается и по
светопроводу ведется передача на телевизионный экран. Таким
образом, пытаются «обучить» робот определять форму предмета.
Группа сотрудников Токийского технологического института
под руководством Мори предложила на контактную поверхность
схвата вмонтировать чувствительные элементы, а пространство
вокруг них заполнить эластичным веществом. При деформации
эластичной среды схвата чувствительные элементы дают элект-
рические сигналы, которые на выходе преобразуются в изобра-
жение.
Следует отметить, что успехи в создании «интеллектуальных»
роботов зависят не только от сроков создания высококачествен-
ных датчиков информации, но и от качества приводов, свойств
применяемых материалов и элементной базы, а, главным обра-
зом, от того, насколько быстро будут созданы математические
основы управления роботами (алгоритмы распознавания обра-
зов, обучения, поведения, адаптации, предупреждения ошибок и
устранения аварийных ситуаций и др.).
2. «РУКА ЭРНСТА», «КИСТЬ МОРИ»,
ИСКУССТВЕННАЯ РУКА АМ-1
«Рука Эрнста» (рис. 224) состоит из вычислительной
машины «ТХ-0», сервоманипулятора фирмы «Американ Машин
энд Фаундри Ко», и блоков управления. Емкость памяти ЭВМ со-
ставляет 8000 слов, каждое по 18 двоичных разрядов. Механиче-
ская рука приводится в действие электромотором и снабжена по-
тенциометрами в качестве датчиков обратной связи.
Рука обладает семью степенями свободы. Два поступатель-
ных и три вращательнных движения доставляют схват в любую
точку обслуживаемого им пространства. Еще два движения име-
365
Рис. 224. «Рука Эрнста»
Рис. 225. Чувствительные элементы «Руки Эрнста»:
1 — датчик давления, срабатывающий при соприкосновении запястья со столом;
2 — выключатель, замыкающийся при нахождении объекта между губками; 3 — шесть
контактов, замыкающихся при соприкосновении с поверхностью губок; 4 — шесть дат-
чиков давления, определяющих положение захваченного объекта и степень его сжатия;
5 — фотодиод, реагирующий иа темные объекты; 6 — два датчика давления, подобные
датчикам 4
ет схват, состоящий из двух «пальцев»: открытие—закрытие, по-
ворот относительно оси сочленения его с предплечьем.
Расположение чувствительных датчиков на захватном устрой-
стве руки манипулятора показано на рис. 225.
На схвате манипулятора установлены датчики трех типов:
контактные, давления и фотоэлектрические, таким образом схват
очувствлен. Верхняя, нижняя и наружная стороны каждого из
двух пальцев оснащены контактными датчиками, работающими в
двоичном коде: включен—выключен. Они сигнализируют о том,
что рука наткнулась на тот или иной объект нерабочими участ-
ками схвата. Аналогичный датчик установлен с нижней стороны
каждого из пальцев схвата: он включается, когда рука касается
стола или пола.
На внутренней стороне и переднем торце каждого пальца
расположены датчики, генерирующие сигнал, величина которого
пропорциональна силе нажатия на этот датчик. Шесть датчиков
собирают информацию о том, какие участки пальцев захватыва-
ют объект. Два датчика, расположенные на переднем торце, фик-
сируют момент, когда рука натыкается на объект, и регистриру-
ют величину нажатия на него, получая, таким образом, косвен-
ную информацию о том, что этот объект собой представляет.
На передних торцах каждого пальца располагается также фото-
диод, реагирующий на затемнение. От него сигнал о том, что
схват подошел к предмету, поступает еще до соприкосновения с
последним. Фотодиод и система, регистрирующая его сигнал,—
это зачаточная форма искусственного зрения.
366
Вся информация, собираемая схватом в процессе движения
руки, передается в вычислительную машину. Там эта информа-
ция обрабатывается и используется в процессе выработки про-
граммы, необходимой для выполнения поставленной задачи.
Блоки управления и приводы осуществляют последователь-
ность включения электродвигателей и чувствительных элементов
в соответствии с командами, выдаваемыми ЭВМ. Система содер-
жит 150 транзисторов, 300 диодов, 28 тиратронов.
Эксперименты проводились с постепенным усложнением про-
грамм, вводимых в ЭВМ. Типичной программой для руки МН-1
является программа «игры с деревянными кубиками и ящиками».
В этом случае рука МН-1 должна собирать беспорядочно разбро-
санные по столу кубики и складывать их в ящик. Рука последо-
вательно выполняет следующие операции:
1) начинает поисковые движения в целях обнаружения ящи-
ка и находит его;
2) определяет и запоминает позицию ящика, чтобы можно
было сразу найти его впоследствии. Затем определяет позицию
ящика относительно схвата и его размеры по отношению к макси-
мальному раскрытию губок, так чтобы схват мог взять ящик в
случае надобности;
3) возвращается в исходную точку по траектории поиска и
ищет кубик. Если рука обнаруживает кубик до возвращения на
исходную позицию, то фаза поиска прекращается и начинается
следующий этап программы. МН-1 может сокращать программу.
Если какие-либо действия выполнены неправильно, МН-1 повто-
ряет их, исправляя ошибку. Например, во время поиска кубиков
рука периодически проверяет, не проходит ли ее схват слишком
высоко.над столом (кубики имеют высоту около 5 см), уменьшая
расстояние до стола в нужном случае. Если во время поиска
схват сталкивается с Поверхностью стола, то процесс преры-
вается и повторяется проверка его положения по высоте;
4) определяет позицию и размеры кубика (этот этап может
быть опущен при введении соответствующей коррекции в про-
грамму) ;
5) схватывает кубик и поднимает его (способ взятия кубика
зависит от размеров и положения кубиков, определенных на чет-
вертом этапе);
6) схват МН-1 движется в область расположения ящика до
тех пор, пока не столкнется с ним;
7) опускает кубик в ящик;
8) ищет новый кубик, причем поиски начинаются с места об-
наружения предыдущего кубика.
При выполнении такой программы могут встретиться трудно-
сти, которые машина не сможет устранить путем простого повто-
рения шагов или перехода к другой программе. Например, если
при поиске кубика схват МН-1 наталкивается на ящик, то рука
схватит его и будет безуспешно пытаться вложить его в самого
367
себя. Для того чтобы избежать подобных казусов, в программу
вводится понятие о кубике, например о его размерах. Кроме того,
в программу ЭВМ могут быть введены сведения о месте распо-
ложения ящика, если ящик окажется смещенным с отведенного
ему места.
В подобной ситуации рука начинает поиск ящика, обнаружив,
переносит его на прежнюю позицию.
Каждая операция программы, выполняемой рукой МН-1,
включает в нужной последовательности несколько различных
подпрограмм.
После выполнения какой-либо подпрограммы рука МН-1 оце-
нивает конкретный образ реальной обстановки, складывающийся
из анализа данных всех чувствительных элементов. В зависимо-
сти от результатов оценки выбирается следующая подпрограмма.
Следовательно, память машины может хранить не только подпро-
граммы, но и некоторые модели объектов реального мира, напри-
мер сведения о размерах предметов манипулирования.
«Рука Эрнста» может решать отдельные простейшие логиче-
ские задачи, которые ставятся перед ней человеком в процессе
работы, и принимать разумные решения в неожиданных для нее
ситуациях.
Если в последнее время усилия инженеров и ученых были на-
правлены на решение проблем имитации действий плеча, локтя,
запястья руки человека, то японский ученый Мори поставил зада-
чу воспроизвести многочисленные степени свободы кисти руки
человека.
Анализ статистических данных показал, что почти 60% руч-
ных работ выполняются только пальцами, в то время как для вы-
полнения 30% других работ требуется взаимодействие пальцев
и ладони. Пальцы, таким образом, являются основным инстру-
ментом при действиях руки человека (порядок расположения
пальцев на руке человека чрезвычайно рационален).
На основе этих данных была сконструирована установка,
представляющая собой манипулятор, управляемый ЭВМ и обо-
рудованный системой программного управления с магнитным ба-
рабаном памяти (рис. 226). Манипулятор, помимо плечевого, лок-
тевого и запястного суставов, снабжен также кистью руки с че-
тырьмя пальцами, один из которых (большой) противостоит трем
другим. Каждый из пальцев имеет три сустава и соответственно
три степени свободы. Все суставы снабжены пневматическим при-
водом, и на каждом суставе имеются чувствительные датчики
обратной связи, которые позволяют воспроизводить программу,
записанную на магнитном барабане памяти. Кроме обычной для
манипуляторов обратной связи, «Кисть Мори» снабжена связью
высшего типа, осуществляющей ее контакт с внешним миром.
Этот вид связи реализуется двумя телевизионными камерами
«глазами» и новым типом управляющего элемента—имиктроном.
Последний является по существу искусственным нейроном, ко-
368
Рис. 226. Схема «Кисти Мори»:
/ — телевизионный «глаз»; 2 —
устройство входа и выхода; 3 —
имиктрон (искусственный нейрон):
4 — записывающее устройство; 5 —
устройство памяти (магнитный ба-
рабан); 6 — сигнал-генератор;
7 — датчик давления — магнитный
клапан; 8 — плечо; 9 — пред-
плечье; 10 — запястье; 11 — кисть
рукн
торый используется для
распознавания образов.
«Кисть Мори» являет-
ся значительным прибли-
жением автомата к кисти
человеческой руки; с ее
помощью могут быть ав-
томатизированы работы,
выполнение которых тре-
бует ловкости и точности
человеческих рук. Важно
то, что искусственная
кисть руки может как
угодно ориентировать
объект манипулирования
в данной точке простран-
ства без перемещения остальных частей руки. Типичным приме-
ром таких действий кисти может служить вращение предмета
путем последовательной смены положения трех захватывающих
пальцев, противостоящих большому.
Для опознания образов или получения информации о внеш-
нем мире в разработках Эрнста и Мори была использована ин-
формация, получаемая в основном, посредством осязания. Дей-
ствительно, датчики позволяли обнаружить лишь факт соприкос-
новения с объектом манипуляций и величину прикладываемого
при этом усилия. Для поиска предмета с целью его захвата при-
менен только один метод — сканирующие движения руки (кисти)
в предполагаемой области нахождения предмета.
На этом же принципе работает искусственная рука АМ-1 (рис.
227), созданная японскими учеными.
Система включает собственно руку с комплектом датчиков,
имитирующих органы чувств, и управляющее устройство, основ-
ным блоком которого является так называемый «логический тре-
нер» (блок Т-3000 фирмы «Мицубиси»).
Искусственная рука имеет пять степеней свободы, необходи-
мых для изменения ее положения в пространстве по трем направ-
лениям (R, 0, Z) и обеспечивающих сгибание —разгибание и
смыкание — размыкание пальцев. Перемещение руки и ее эле-
ментов осуществляется серводвигателями, работающими незави-
симо друг от друга. Измерение перемещений руки по направле-
24 Заказ 3483
369
Рис. 227. Конструктивная
схема искусственной ру-
ки АМ-1
ниям R, Q и Z производится с помощью потенциометров, а реак-
ция по направлениям R и 0 измеряется с помощью резисторных
тензодатчиков.
Искусственная рука АМ-1 обладает чувством осязания, реа-
лизуемым посредством специальных выключателей, установлен-
ных с внутренней стороны датчиков (величина прикладываемого
усилия оценивается с помощью резисторных тензодатчиков). Пу-
тем передачи информации от датчиков по цепи обратной связи
система управления позволяет производить с предметами соот-
ветствующие действия; каждой основной операции в системе со-
ответствует определенная логическая схема (при программиоо-
вании следует задавать лишь последовательность основных опе-
раций и координаты начала отсчета).
Система управления рукой построена по схеме, включающей:
а) логические элементы, необходимые для проведения основ-
ных операций осуществления пяти движений;
б) селектор выбора логических схем проведения основных
операций программы;
в) устройство, управляющее последовательностью операций.
Приняв сигнал о завершении очередной основной операции, это
устройство вырабатывает сигнал перехода к следующему этапу
программы;
г) селектор начала отсчета (для задания начала отсчета пре-
дусмотрено по четыре потенциометра для каждой из трех степе-
ней свободы R, 0 и Z). Селектор в соответствии с программой пе-
реводит в нужное положение переключатели начала отсчета;
д) блок выбора сервоусилителя и переключений.
Каждая основная операция руки АМ-1 выполняется по специ-
альной подпрограмме. Таким образом, для выполнения рукой ро-
370
бота тех или иных движений задается программа, содержащая в
нужной последовательности подпрограммы (команды) основных
операций.
Команды записываются в строку в виде семи разрядов цифр:
f, т, п, о, р, q, г.
В трех первых разрядах (f, т, п) указывается вид основной
операции, в четырех последних задаются положения потенцио-
метров, определяющих необходимые точки начала отсчета.
В табл. 11 приведен пример записи программы (на выполне-
ние всех операций требуется 10 с.).
Таблица 11
Пример записи программы работы искусственной руки АМ-1
Порядковый № операции Разряд цифр Содержание команды
1 0 10 0 1 0 1 Перемещение
2 0 0.1 0 1 Поиск и захват штифта
3 0 1 1 1 0 Извлечение штифта
4 0 10 1 0 1 0 Перемещение
5 1 0 1 1 1 Поиск отверстия и введение в него
штифта
6 1 0 0 Освобождение штифта
7 0 0 0 Конец
В настоящее время ведутся интенсивные конструкторские раз-
работки с целью создания рук, подобных рукам Эрнста, Мори и
руке АМ-1. Эти устройства предполагается использовать для ав-
томатизации производственных процессов.
3. РОБОТЫ СТЭНФОРДСКОГО
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ИНСТИТУТА
И СТЕНФОРДСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (США)
Специалистами Стенфордского исследовательского ин-
ститута (США) разработан робот-тележка (рис. 228), имеющий
независимый колесный привод и управляемый мощной вычисли-
тельной машиной, при этом решалась задача создания системы,
обладающей высокими информационными возможностями, до-
статочными для обеспечения автономного движения робота.
Тележка приводится в движение двумя шаговыми двигателя-
ми 1, которые имеют независимые приводы к колесам 2 на каж-
дой стороне тележки. На вращающейся головке тележки уста-
новлены телевизионная камера 8 и оптический дальномер 6. На
тележке находится блок управления, распределяющий команды,
поступающие от вычислительной машины, к устройствам, кото-
рые реализуют соответствующие действия. Кроме двигателей 1
24*
371
Рис. 228. Робот-тележка Стенфордско-
го исследовательского института:
1 — приводной двигатель; 2 — основное
колесо; 3 — детектор соударения; 4 —
блок управления камерой; 5 — бортовое
устройство логической обработки информа-
ции; 6 — дальномер; 7 — антенна; 8 — те-
лекамера; 9 — управляемое колесо
имеются также двигатели для
управления фокусным расстоя-
нием объектива камеры 8, его
диафрагмой, а также углом по-
ворота головки. Вычислитель-
ная машина используется для
выработки логических реше-
ний поведения, управления ис-
полнительными механизмами
и для запроса информации
различных датчиков на тележ-
ке. По периметру тележки
прикреплено несколько «усов»
тактильного сенсорного уст-
ройства. Это устройство дает
каким-
машины
возможность получать информацию о столкновении с
либо препятствием. Команды от вычислительной
SDS-940 к тележке и информация от тележки в машину посы-
лаются по двум специальным радиоканалам, один из которых
предназначен для широкополосной телеметрической информа-
ции, другой — для передачи телевизионной информации от те-
лежки в вычислительную машину.
Большинство функций, выполняемых роботом, можно сгруп-
пировать в три класса: 1—решение задач; 2 — моделирование;
3 — восприятие.
Сенсорные системы используются для получения информации
о внешней среде. Наиболее важной сенсорной системой, несом-
ненно, является зрительная, так как она позволяет непосредст-
венно воспринимать достаточно большую информацию о внеш-
ней среде, не получаемую в результате тактильного контакта.
Этот робот пока безрукий. С окружающей средой он взаимо-
действует только своим буфером, однако этот робот вполне мож-
но отнести к роботам третьего поколения. Робот может не только
обойти незнакомую территорию, но и сдвинуть определенные
предметы своим буфером в заданное место. Роботом решалась
и более сложная, двухступенчатая ( с логической точки зрения)
задача, состоящая в следующем. Предмет, который робот должен
был передвинуть, находился не на полу, а на платформе, по вы-
соте, недоступной для тележки робота. В другом углу комнаты
находилась передвижная наклонная плоскость (клин). Робот
придвигал наклонную плоскость к платформе, причем предвари-
372
тельно правильно ее ориентировал, вкатывался по наклонной по-
верхности вверх на платформу и сталкивал предмет. Затем спу-
скался с платформы по наклонной плоскости, находил предмет,
и, толкая его, устанавливал в заданное место.
Робот может не только получать указания в напечатанном ви-
де, но и давать отпечатанные ответы.
Программирование робота можно свести к выдаче обобщен-
ных указаний.
Проводились также исследования стереоскопического виде-
ния, которое можно использовать в процессе восприятия и узна-
вания предметов. В будущем планируется обучить робот разли-
чать цвет.
В Стенфордском институте исследователями было создано
устройство, которое распознает речевые сообщения, состоящие из
комбинаций предварительно «заученных» терминов. Создана так-
же система «глаз—рука», которая «видит» рассыпанные по столу
кубики и в соответствии с программой манипулирует ими.
Основные компоненты этой системы показаны на рис. 229.
Центральный блок системы — работающая в режиме разделения
времени вычислительная машина PDP-6 с оперативной памятью
в 131 тыс. слов по 36 бит в каждом и с диском на 11 млн. слов.
Внешнее запоминающее устройство 1 на дисках обеспечивает до-
ступ к информации со скоростью 24 млн. бит в секунду и допус-
кает как постоянное хранение, так и обмен.
Рис. 229. Блок-схема устройства «глаз — рука»:
1 — внешнее запоминающее устройство; 2 — быстродействующий преобразователь «ана-
лог-код»; 3 — модифицированное печатающее устройство; 4 — диссектор; 5 — телевизи-
онная камера «Видикон»; 6 — теревизионный приемник; 7 — трансмиттер; 8 — рука:
9 — гидравлическое приводное устройство руки; 10 — электрическое управляющее устрой-
ство руки; 11 — звуковая система (четыре канала); 12 — устройство предварительной
обработки речи; 13 — преобразователь (код — аналог»; 14 — мультиплексный преобра-
зователь «аналог—код»; 15 — блок управления устройства ввода— вывода; 16 — уст-
ройство управления дисплеем; 17 — сканирующий телетайп (печатающее устройство);
18 — построчная печать, 128 знаков, 300 строк/мнн; 19 — управляющий процессор ЭВМ
«PDP-б»; 20 — накопитель 2-2-10s бнт/с; 21 — магнитофоны; 22 — печатающее устройство
контроля’данных; 23 — лента ЭВМ; 24 — оперативное запоминающее устройство
373
Для общих служебных нужд в системе предусмотрено не-
сколько местных н дистанционных телетайпов и индикаторов на
ЭЛТ, печатающее устройство, графопостроитель и магнитофоны.
Зрительный вход системы обеспечивается телевизионной ка-
мерой 5 «Видикон».
Звуковой сигнал подается в систему через преобразователь
«аналог—код», связанный с PDP-6. Блок-схема обработки рече-
вых собщений представлена на рис. 230.
Сигнал, поступающий от пьезоэлектрического микрофона, уси-
ливается и фильтруется тремя полосовыми частотными фильтра-
ми. В каждой полосе частот с помощью аналоговых средств
измеряются максимальная амплитуда и число нулевых точек сиг-
нала. Информация накопительной системы считывается, преобра-
зуется преобразователем «аналог—код» и кодируется (16 бит
каждые 10 мс). В последующие 10 мс накопитель возвращается
в исходное положение.
В первом варианте рука была сконструирована электричес-
кой, она имела шесть степеней свободы, что позволяло ей в пре-
делах пространственной досягаемости занимать произвольные
положения и ориентацию, а также сжимать и разжимать паль-
цы. Движение осуществлялось с помощью небольших двигателей
с редукторами. При небольшой нагрузке они обеспечивали ско-
Рис. 230. Блок-схема устройства предварительной обработки речевых сообще-
ний (для системы «глаз — рука»)
374
Вычислительное
устройство
PIPS
Вычерчивание кри-
вой по точкам и
преобразование ко-
ординат
Координа-
тыуглов
Проверка Положение
/ r ” иориента- рии руки,рйсчс1 \
и выбор ку- дия кубика, угдоВ Зля сочле-
бика нений пики '
бика
нении руки
Точки
ptftp
KyfUKU
Команды на ус-
тановку углов
сочленения ру-
ки
Выделение и просле-
живание ребер
Кодирован-
ное изобра-
жение
Преобразователь
ан ало г-код"
Код полож
Управление
движениями
/Команды на
перемещение
руки
Программа уп-
равления дви-
жениями ру-
ки
ия руки
Рис. 231. Схема системы «глаз—рука», предназначенная для сооружения «до-
миков» из кубиков
рость вращения в суставе 4—6 радиан/мин. Предусмотрена об-
ратная связь потенциометрами, расположенными в каждом из
шести суставов. Рука имела схват с двумя пальцами, размером с
человеческую кисть.
Максимальный внутренний размер открытого схвата 6,4 см,
максимальный радиус досягаемости руки — около 70 см, масса
поднимаемых предметов — около 7 кг. Двигатели привода пита-
лись импульсным напряжением 16 В. Ширина и повторяемость
импульсов задавались программой.
375
В дальнейшем была создана искусственная рука с гидравли-
ческим приводом, которая действует точнее и быстрее, а движе-
ния ее более плавны.
В Стенфорде была создана еще одна система «глаз—рука»,
предназначенная для построения «домиков» из кубиков под зри-
тельным контролем. Функциональная схема этой системы изоб-
ражена на рис. 231.
Рассматривалась проблема построения лазерной системы, ко-
торая позволила бы получать изображения предметов в трех из-
мерениях.
В области зрительного восприятия ведутся исследования по
распознаванию изображений лиц и людей.
В Стенфордском институте разработана программа, которая
позволяет узнавать предметы по телевизионному изображению и
определять их размеры. Программа используется для регулиров-
ки параметров телевизионной камеры с тем, чтобы получить наи-
более четкое изображение предмета. Если в процессе слежения
теряется контур предмета, эвристический алгоритм анализирует
причины, настраивает камеру и корректирует программу так, что-
бы вновь обнаружить контур в точке срыва. Разработан метод
автоматического отыскания нескольких трехмерных предметов по
их изображению, причем для каждой процедуры распознавания
дается оценка ее надежности.
Для стенфордской системы «глаз — рука» разработаны осо-
бый язык программирования (SAIL) и система разделения вре-
мени, чтобы обеспечить распределение необходимых данных и
управление решением нескольких задач.
Работы по созданию робота, который сам планирует свои дей-
ствия и действует в незнакомой обстановке в соответствии с этим
планом под самоконтролем, ведутся не только в Стенфордском
институте, но и в ряде других научных учреждений Америки, Ев-
ропы и Японии.
4. РАБОТЫ ЯПОНСКОЙ ФИРМЫ «ХИТАЧИ»
ПО СОЗДАНИЮ РОБОТА-СБОРЩИКА
Фирмой «Хитачи» разработана новая конструкция ро-
бота «HIVIP» («Хитачи Визуал имейдж просесинг робот») (рис.
232) или «Марк-I», который с помощью вычислительной машины
может распознавать различные объемные предметы, имеющие до
девяти граней, и производить сборку по чертежу. Схема работы
робота показана на рис. 233.
Робот состоит из трех главных систем: «глаз», «мозг» и «ру-
ка».
Робот снабжен двумя телекамерами 1 и исполнительным ме-
ханизмом 8, которые связаны с ЭВМ управления 6. Стандартные
телевизионные камеры 1 модели «Видикон» выполняют функцию
глаз робота. Одна камера 1 исследует сборочный чертеж, кото-
376
Рис. 232. Робот «Марк-I», выполняющий сборочные работы по чертежу
Рис. 233. Основные узлы системы управления роботов «Марк-1»:
1 — телевнзноииая камера; 2, 3, 4 — проекции сборочного чертежа узла; 5 — управ-
ляющее устройство; 6 — ЭВМ; 7 — блок ручного управления; 8 — рука робота; 9 — со-
бираемые предметы
рый, как обычно, должен содержать три проекции узла: вид спе-
реди 3, сбоку 2, и в плане 4. Вторая камера 1 исследует и анали-
зирует подлежащие сборке детали 9. Процесс сборки начинается
с передачи принятого первой камерой изображения в специаль-
ное устройство 5, разработанное фирмой «Хитачи» и называемое
«визуальным управляющим устройством» — VCD. Оно состоит
из блока переработки изображения, аналого-цифрового преобра-
зователя и промежуточного запоминающего устройства. Приня-
тое изображение преобразуется в цифровую информацию и пере-
дается в стандартную ЭВМ 6, затем автоматически включается
в работу вторая телекамера 1.
377
Изображение предназначенных для сборки деталей 9 также
передается в устройство 5, где эта информация обрабатывается
последовательно в несколько этапов. На первом этапе произво-
дится распознавание только внешних контуров (в одной плоско-
сти) сразу всех деталей. Аналогом результатов обработки инфор-
мации на первом этапе может служить изображение белых пред-
метов без каких-либо теней на черном фоне. На втором этапе
происходит разделение принятой общей картины на отдельные
детали с присвоением каждой детали собственного номера. Тре-
тий этап заключается в последовательном анализе геометричес-
кой формы каждой детали в зависимости от границ яркости от-
раженного света. Хотя, как правило, четких границ не получает-
ся, пятикратное повторение этого анализа позволяет ЭВМ 6 сде-
лать правильные выводы о размере и форме распознаваемого
предмета. После завершения последнего этапа ЭВМ определяет
точное положение каждой детали в сборочном узле и дает раз-
решение начать сборку.
Система управления роботом, получающая информацию от
ЭВМ, состоит из обычных элементов: нескольких цифровых ре-
гистров, детектора ошибки, датчика положения и т. д. Привод пе-
ремещения руки робота 8 в семи различных направлениях осуще-
ствляется с помощью двигателей постоянного тока с тиристорным
управлением. В исполнительном устройстве используются серво-
механизмы и блок управления, обеспечивающие семь степеней
свободы; линейное перемещение по трем взаимно перпендику-
лярным осям, вращение вокруг каждой оси и захват.
В созданном комплексе была использована ЭВМ модели «Хи-
так-7240». Для распознавания предметов в течение одной мину-
ты и дальнейшего управления процессом сборки были разработа-
ны три подпрограммы, хранение которых занимает объем памя-
ти машины на 3000 слов. ЭВМ «Хитак-7250» имеет запоминающее
устройство на магнитных сердечниках, имеющее объем памяти
32768 слов, и магнитный барабан с объемом памяти 384000 слов.
Телекамеры робота работают с частотой 60 кадров в секунду,
развертывая 240 строк на кадр. Каждая строка состоит из 320
элементов, что составляет 76800 элементов в одном кадре. Каж-
дый элемент кодируется в виде пятиразрядного числа, обеспечи-
вающего воспроизведение 32 уровней яркости.
Средства программирования робота обеспечивают три уров-
ня точности. Сначала сканируется все поле обзора для определе-
ния наличия или отсутствия узла и его положения. При дальней-
шем наблюдении ЭВМ произвольно выбирает точку контура, в
которой изображение разделяется по двум уровням яркости, что
обеспечивает распознавание линий на чертеже. При отсутствии
на чертеже штрих-пунктирных линий ЭВМ обеспечивает устой-
чивую обработку информации.
Робот может выполнять упрощенные операции с пятнадцатью
деталями. Наиболее сложная из них, которая различалась систе-
378
мой, представляла собой прямоугольную деталь с девятью по-
верхностями и прямой канавкой. Рука робота способна удержи-
вать детали с силой до 1 кгс и устанавливать их в заданное по-
ложение с точностью до 3 мм.
Разработка робота, стоимость которого составляет 56 тыс.
долл., не включая стоимость ЭВМ, проводилась в течение года
группой инженеров в составе десяти человек. По мнению руково-
дителя группы, разработка этого комплекса является первым ша-
гом на пути создания более совершенных роботов, умеющих вы-
полнять сложные задачи по сборке и контролю изделий. По про-
гнозам японских специалистов «интеллектуальные» роботы-сбор-
щики (более сложные и совершенные, чем робот «Марк-I») по-
явятся на рынке не ранее 1980 г.
5. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК
В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОВ
Проведенные за последние годы рядом научно-иссле-
довательских и конструкторских организаций в различных от-
раслях народного хозяйства теоретические, экспериментальные и
опытно-конструкторские работы показывают, что во многих тех-
нологических процессах машиностроительного производства в
нашей стране могут эффективно применяться роботы, которые
позволяют осуществлять автоматизацию практически всех техно-
логических процессов.
Уже-не вызывает сомнения то, что использование промышлен-
ных роботов не только повысит уровень автоматизации в маши-
ностроении, но и позволит эффективней использовать оборудова-
ние и на этой основе значительно увеличить производительность
труда и сократить численность рабочих.
Предварительные расчеты показывают, что внедрение 4—4,5
тыс. роботов позволит высвободить 10—12 тысяч рабочих-опера-
торов и обслуживающего персонала. Применение роботов реша-
ет проблему обеспечения кадрами на тяжелых и вредных опера-
циях.
Однако работы по созданию и применению промышленных
роботов в нашей стране находятся еще в начальной стадии, по-
этому предстоит выполнить большой объем исследований и раз-
работок.
Наряду с созданием универсальных роботов необходимо на-
ладить производство роботов специального назначения для авто-
матизации: гальванических и окрасочных работ, литейного про-
изводства, сварочных процессов, подъемно-транспортных и
складских работ. Кроме того, следует разрабатывать упрощен-
ные модели роботов и механических рук для выполнения неслож-
379
ных операций обслуживания металлорежущих станков и прес-
сов.
Необходимо продолжать дальнейшее изучение и исследование
производственных циклов предприятий различных отраслей с
крупносерийным, серийным и мелкосерийным выпуском продук-
ции для определения рациональных областей применения побо-
тов и установления функциональных и технических требований к
ним.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
предполагается развивать в двух направлениях, первое из кото-
рых связано с совершенствованием роботов первого поколения,
а второе — с созданием «интеллектуальных» роботов.
Первое направление включает следующие работы:
1) лабораторные и производственные исследования роботов
уже существующих конструкций, а также разрабатываемых
вновь по мере завершения работ по изготовлению эксперимен-
тальных и опытных образцов для повышения надежности, точно-
сти, быстродействия роботов, а также упрощения их эксплуата-
ции и ремонта, без чего невозможно успешное внедрение робо-
тов первого поколения;
2) определение рациональных размерных рядов конструктив-
ных параметров роботов в целях разработки конструктивных
схем, обеспечивающих расширение их технологических возмож-
ностей, расширение зоны обслуживания и увеличение рабочих
ходов;
2) создание различного типа систем программного управле-
ния из унифицированных блоков, в том числе агрегатированных
систем, предусматривающих возможность записи программы в
режимах обучения, ввода программы от внешнего носителя и уп-
равления от ЭЦВМ для дальнейшего повышения эффективности
роботов, исследование систем связи робота с управляющей
ЭЦВМ;
4) разработка систем комплексной автоматизации производ-
ства с использованием роботов, а также методики управления
группой роботов первого поколения и технологического оборудо-
вания от единой ЭВМ; исследование надежности этих систем.
Возникнет много проблем, когда придется координировать
действия нескольких роботов. Какие задачи они будут выпол-
нять? Какой язык общения между роботами наиболее эффекти-
вен? Следует ли применять роботы-контролеры работы других
роботов и т. д.;
5) разработка принципов построения и теории комплексных
систем цифрового управления, предназначенных для решения за-
дачи комплексной автоматизации технологических процессов,
обеспечивающих гибкость и легкую переналаживаемость вместе
с высокой устойчивостью и точностью систем;
6) разработка элементов систем управления и приводных
устройств с большим ресурсом, в том числе малогабаритной пу-
380
скорегулирующей аппаратуры, высокостабильных электрогидрав-
лических преобразователей для позиционных систем с ЧПУ, ма-
логабаритных датчиков обратной связи повышенной точности
(кодовых, фазовых, потенциометрических и т. п.), малогабарит-
ных электродвигателей, сигнализаторов и др., усовершенствован-
ных запоминающих устройств (типа комплектных магнитных
лент, дисков, барабанов и т. д.);
создание универсальных, компактных и быстросъемных ис-
полнительных органов и схватов, а также гаммы унифицирован-
ных узлов для построения роботов различного назначения;
создание унифицированных мало- и многопрограммных сис-
тем управления, включая системы управления на струйных и ин-
тегральных элементах;
7) совершенствование языка общения человека с роботом.
Исследование и поиск новых принципов обучения роботов,
имеющих не только позиционные и контурные системы ЧПУ, но
и смешанные позиционно-контурные системы;
8) разработка терминологии, основных определений и основ
стандартизации роботов.
Второе направление научных исследований по роботам преду-
сматривает повышение их функциональных возможностей, а так-
же создание «интеллектуальных» роботов.
Современные промышленные роботы по отношению к внешней
среде, объектам манипулирования являются так называемыми
разомкнутыми системами. Они работают по жесткой программе
и могут правильно функционировать лишь при условии, что про-
изводственный процесс организован достаточно хорошо и не пре-
терпевает никаких случайных изменений. Другими словами, счи-
тается, .что заготовки и изделия всегда занимают заданные поло-
жения и заданным образом ориентированы в пространстве, в ра-
бочей зоне не может возникать неожиданных препятствий и т. д.
Обеспечение такой высокой организации рабочего места ро-
бота связано с дополнительными затратами на разработку и со-
здание соответствующей оснастки и требует постоянного наблю-
дения за работой робота.
Повышение и расширение функциональных свойств роботов
может значительно снизить эти затраты и расширить область
применения роботов в результате сообщения им адаптивных
свойств и расширения памяти. Это возможно лишь в том случае,
если роботом будет управлять ЭВМ.
Значительно расширит функциональные свойства роботов ис-
пользование супервизорного управления, при котором часть ин-
формации об окружающей среде будет сообщаться роботу опе-
ратором.
В экспериментальных образцах «интеллектуальных» роботов
устройства, опознающие цвета с помощью ЭВМ, оценивают цвет
предмета за 0,06 с. Распознавание формы производится путем
использования процесса так называемого пространственного
381
дифференцирования, в результате которого в памяти ЭВМ фик-
сируются только зона с бесконечными разрывами освещенности.
Специальные навигационные системы и дальномеры обеспечи-
вают роботу «чувства» ориентации и дистанции.
Попытки моделирования и искусственного воспроизведения
таких свойств человеческого разума, как умение планировать и
прогнозировать, владение методами решения творческих задач,
находятся пока в самом зачаточном состоянии.
Повышение функциональных свойств роботов требуют широ-
кого развертывания следующих научно-исследовательских ра-
бот:
1) разработка принципов построения и создание систем уп-
равления, обеспечивающих захват, перенос и установку неориен-
тированных деталей, выполнение операций сборки и монтажа
непосредственно по чертежу, а также выполнение команд, отда-
ваемых голосом, включая создание систем, «понимающих» речь.
Научно-исследовательскими организациями уже начата и ве-
дется разработка теории и принципов построения систем искус-
ственного очувствления роботов, таких как искусственные ося-
зание, зрение, слух, систем реагирующих и регистрирующих из-
менения усилий, освещенности, окраски, изменения звуков и т. п.
Полученная роботом от органов «чувств» информация должна
кодироваться для последующей ее обработки управляющей ЭВМ.
Все это потребует создания самых разнообразных датчиков
распознавания и дифференциации цветов и звуков, а в некото-
рых случаях и датчиков-анализаторов химического состава га-
зов, жидкостей, а также датчиков для определения свойств твер-
дых тел: температуры, шероховатости и т. п.;
2) разработка алгоритмов распознавания образцов, адапта-
ции, принятия решений и программ, использующих оптимальным
образом информацию, собранную роботом в процессе его движе-
ний для выполнения заданных операций.
Исследование принципов и систем эвристического программи-
рования является одной из важнейших научных задач ближай-
шего будущего, так как от роботов потребуется самоорганизация
на случай отсутствия контакта с оператором. Потребуется иссле-
дование оптимальных связей (в том числе обратных) при обуче-
нии робота новым и специальным задачам.
Необходимо исследовать пути одновременного решения не-
скольких противоречивых задач. Например, робот должен опре-
делить, может ли он обойтись для решения какой-либо задачи
органами осязания, если органы зрения у него заняты решением
другой задачи.
Робот должен планировать последовательность действий ВО'
времени и уметь выбирать последовательность действий по степе-
ни их важности;
3) разработка макетов и экспериментальных образцов очув-
ствленных роботов, чтобы изучить особенности их «поведения» в.
382
условиях реальной среды для выявления технических условий и
требований к параметрам систем очувствления, таким как раз-
решающая способность, быстродействие, чувствительность и др.
Можно назвать еще много вопросов, связанных с созданием
роботов, которые требуют исследований, например, исследования
мозга и моделирование высшей нервной деятельности человека,
выполняющего производственные операции разной сложности.
Недостаточность контакта нынешних роботов с окружающей
средой является большим сдерживающим фактором, препятству-
ющим более широкому распространению их в промышленности.
Поэтому можно предположить, что создание и внедрение новых
роботов будет проходить в постоянной борьбе двух противопо-
ложных тенденций: возрастающей стоимости роботов и растущей
потребности в них.
Преодоление этого противоречия на современном этапе раз-
вития робототехники возможно путем использования мини-ком-
пьютеров для логического управления группой роботов, которые
обладают свойствами адаптации по отношению к внешней среде.
Некоторые зарубежные ученые предсказывают большое буду-
щее таким мини-компьютерам.
Важной тенденцией современного развития робототехники яв-
ляется постоянное увеличение количества моделей применяемых
роботов, расширение области их применения, расширение их фун-
кциональных способностей и рост выпуска роботов для практи-
ческого использования на заводах самых различных отраслей
промышленности.
Роботы перестали быть научно-технической идеей, уже вышли
из стадии экспериментально-поисковых работ и стали объектом
серийного производства. Можно предположить, что в ближайшее
время производство роботов станет одной из новых отраслей ма-
шиностроения.
В США начальный период развития роботостроения, характе-
ризующийся медленным ростом потребности в промышленных ро-
ботах, зайял почти 10 лет. На протяжении этого периода отраба-
тывались конструкции роботов, шла работа по их внедрению и
накоплению опыта эксплуатации.
Учитывая, что в настоящее время в Советском Союзе уже по-
строены и применяются первые серийные образцы роботов и что
имеется возможность в некоторой мере использовать зарубежный
опыт, представляется возможным сократить начальный период
до 3—4 лет.
В настоящее время существуют разные точки зрения на пер-
спективы применения роботов. Некоторые американские специ-
алисты, например, отдают предпочтение полностью автоматизи-
рованным технологическим линиям со встроенными транспорт-
ными и погрузочно-разгрузочными устройствами, являющимися
мономашинами. При этом опасаются, что полимашинное
383
выполнение производственных операций, а именно таким являет-
ся производство с использованием автономно действующих ро-
ботов, может оказаться недостаточно надежным и экономически
невыгодным.
Английские специалисты в отличие от американских считают
весьма эффективным применение универсальных роботов типа
«Юнимейт», «Версатран» и «Аутобот» в комплекте с самым раз-
личным технологическим оборудованием для разных операций.
В СССР и за границей роботы применяют не только в мелко-
серийном и серийном производствах, но также и в крупносерий-
ном и массовом производствах, например в автомобилестроении.
Для обслуживания сравнительно простых технологических
операций с малым количеством переходов перспективно примене-
ние недорогих роботов упрощенной конструкции с малым числом
степеней свободы рабочего органа типа ПР-10С и ПР-10И, в то
время как на сложных технологических операциях целесообраз-
но использовать робот УМ-1 и ему подобные, имеющие шесть и
больше степеней свободы.
Вид робота для той или иной работы определяется конструк-
тивными особенностями обслуживаемого оборудования, серийно-
стью выпуска изделий, их габаритами, требуемым темпом работы
и целым рядом специальных требований, диктуемых усло-
виями производства.
При определении потребности в промышленных роботах по
областям их применения следует учитывать два главных фак-
тора:
1) возможность обеспечить максимальный коэффициент ис-
пользования оборудования; 2) условия труда рабочих, для заме-
ны которых предполагается использовать робот.
В ближайшее десятилетие в отечественной промышленности
будут все шире применяться роботы первого поколения, телеопе-
раторы и простые механические руки. Эти машины позволят из-
бавить большое количество рабочих от вредного, тяжелого и уто-
мительного ручного труда (можно ожидать, что один робот будет
высвобождать 1—3 рабочих).
Как уже указывалось, распределение применяемых роботов
по видам производств в ближайшее время, видимо, будет выгля-
деть так: 25% роботов будет применяться при механической и
другой металлообработке, 20% роботов будет использоваться в
литейных и кузнечных цехах, 10% — в цехах покрытий и упроч-
нения; 10% — в сварочном производстве и 35% — в других видах
технологии, в том числе на погрузочно-разгрузочных работах на
транспорте и в складах.
Большое количество роботов потребуется для операций, свя-
занных с обработкой заготовок и деталей, для которых велико
вспомогательное время из-за большой их массы.
384
Несомненно, что потребность в роботах с каждым годом бу-
дет расти, роботы будут использоваться все в новых и новых
отраслях народного хозяйства.
Фактическая потребность в роботах будет зависеть от того,
насколько быстро будут созданы и освоены новые модели про-
мышленных роботов, наилучшим образом отвечающие всем
(часто противоречивым) требованиям их применения.
Оснащение машиностроительных отраслей промышленности
отечественными роботами проводится на основе типажа (табл.
12), созданию которого предшествовал анализ условий производ-
ства в разных отраслях, а также анализ всех тяжелых, вредных
для здоровья, монотонных и трудоемких технологических процес-
сов.
При разработке типажа учитывался ряд основных требований
к роботам, которые были определены в результате анализа тех-
нологического содержания и особенностей автоматизируемых с
применением роботов производственных процессов. При разра-
ботке типажа в первую очередь обращалось внимание на сле-
дующие пять основных признаков типизации:
1) функциональное назначение робота. В типаж наряду с уни-
версальными включены также специализированные и специаль-
ные роботы. Требования специализации определяются либо кон-
кретными условиями, в которых выполняется технологический
процесс, либо требованиями рационального использования тех-
нологического оборудования;
2) грузоподъемность роботов, которая диктуется их функцио-
нальным назначением и должна охватывать широкий диапазон
поднимаемых грузов;
3) число степеней свободы. Кинематическая структура робо-
тов может варьироваться в широких пределах. Наряду с робота-
ми, обладающими большим количеством степеней свободы, най-
дут применение роботы с простой кинематикой;
4) тип системы управления. Определяются функциональным
назначением роботов. Типажом предусмотрено использование
как сравнительно простых по структуре систем, так и обладаю-
щих высокой универсальностью, включая связь с ЭВМ;
5) конструктивное исполнение, хотя в типаже предусмотре-
ны лишь самые общие характеристики конструктивного исполне-
ния роботов.
Изучение условий машиностроительного производства с уче-
том его мелкосерийности и других специфических особенностей
показало, что в ближайшие годы понадобится создать более 40
новых моделей промышленных роботов первого поколения. Эти
роботы целесообразно создавать на основе 6—8 базовых моде-
лей с широким использованием унифицированных узлов и блоков,
включая унифицированные системы управления.
25 Заказ 3483
385
Таблица 12
Типаж промышленных роботов для машиностроительных отраслей
промышленности (предварительный, на 1974—1980 гг.)
Вид роботов Грузоподъем- ность, кг Количество 1 степеней сво- боды Точность пози- ционирования, мм Тип системы управления Конструктивная особенность робота Количество новых моделей 1 роботов
Универсаль- ные 3—10 6 ±0,1 Цикловая Стационарный 15
20 6 i 1,5 ЧПУ с обу- чением Стационарный
20 7 ±0,05 Передвижной
40 6 ±0,1 Стационарный
40 7 ±0,2 Передвижной
60 7 ±1,5 ЧПУ с воз- можностью уп- равления от ЭВМ Подвесной
90 7 ±1,5 Подвесной
150 7 ±2,0 Подвесной
200 7 ±2,0 Подвесной
Специали- зированные 1—10 3—4 ±0,1 Цикловая Взрывозащнщен- ный 20
20 3—5 ±1,5 ЧПУ с обуче- нием Термостойкий
20 4 ±1,5 Пылестойкий
20 6 ±1,5 Взрывозащищен- ный
20 7 ±1,0 Термостойкий
20 7 ±1,0 Пылестойкий
20 7 ±1,0 Подвесной тер- мостойкий
40 7 ±2,0 ЧПУ с воз- можностью уп- равления от ЭВМ Подвесной пыле- стойкий
40 7 ±2,0 Подвесной взры- возащищенный
40 7 ±2,0 Подвесной тер- мостойкий
60 7 ±2,0 Подвесной пыле- стойкий
60 7 ±2,0 Передвижной тер- мостойкий
Специаль- ные 40 3 ±2,0 Дистанцион- ная Манипулятор встроен в оборудо- вание 10
90 3 1 ±2,0
150 | 3 1 ±2,0
386
На ближайшее пятилетие для производства понадобятся спе-
циализированные роботы грузоподъемностью 10, 20, 40 и 60 кг с
тремя-семью степенями свободы в самом разном исполнении —
термостойком, пылестойком, взрывозащищенном; как стационар-
ные, так и подвесные — всего 45 моделей.
Типаж промышленных роботов (см. табл. 12) является пред-
варительным. В ближайшие 1,5—2 года понадобится разрабо-
тать новые технологические процессы с использованием роботов,
что вызовет изменение типажа.
При определении потребности в промышленных роботах по
областям их применения в первую очередь следует учитывать
следующие два главных фактора: 1) возможность обеспечить
максимальный коэффициент использования технологического
оборудования, 2) условия труда рабочих, для замены которых
предполагается использовать промышленные роботы.
Наиболее целесообразной представляется организация произ-
водства роботов на специализированных заводах с широкой ко-
операцией в области блоков систем управления, гидроприводов
и электрооборудования.
Комплектующие изделия для роботов в ближайшие 5—6 лет
будут иметь следующие характеристики:
1) Сервозолотники:
давление, кгс/см2
расход, л/мин
пропускаемая частота, Гц
срок службы, ч
температурная нестабильность
зоне 20 4- 90° С
габаритные размеры, мм
2) Насосы:
давление, кгс/см2
производительность, л/мин
охлаждение
температура масла, °C
срок службы, ч
тонкость фильтрования рабочей
сти, мкм
габаритные размеры, мм
3) Потенциометры:
номиналы, кОм
линейность, %
диапазон температур, °C
ресурс циклов
— 70 4- 280:
— 4,5 4- 280:
— 45 4- 120;
— 5000;
в диапа- —2%;
— 100 X 60 X 80;
— 140 4-280;
— 70 4- 280;
— воздушное илн во
дяиое;
— 40 4- 70;
— 5000;
жидко— 5 4- 10;
— 800 X 600 X 500;
— 24-200;
— ±0,5;
— до +60° С
— 500 000;
25'
387
габаритные размеры, мм
тип
4) Кодовые датчики:
ТПП
разрешающая способность
диапазон температур, °C
габаритные размеры, мм
5) Магнитные барабаны:
емкость памяти
скорость вращения, об/мин
диапазон температур, СС
срок службы, ч
габаритные размеры, мм
— 25 X 40:
— многооборотные,
непроволочные.
— фотоэлектрические;
— 215;
— до +50;
— 120 X 120 X 40:
— 200 двоичных
15-разрядных чи-
сел;
— 400;
— до +50:
— 1200:
— 160 X 350.
Наличие комплектующих изделий с перечисленными характе-
ристиками позволит создать несколько типов конструкций робо-
тов как универсальных, так и специальных, недорогих в изготов-
лении, простых и удобных в эксплуатации, с гарантированным
большим сроком (не менее 8—10 лет) надежной работы.
В настоящее время в нашей стране разработан оправдавший
себя на практике порядок создания промышленных роботов, в
соответствии с которым вначале разрабатывается конструкция
экспериментального образца базовой модели робота, который
подвергается всесторонним испытаниям. В экспериментальных
лабораториях проводятся силовые и ресурсные испытания этого
образца и по их результатам дорабатывается конструкция. Пос-
ле этого изготовляется головная партия (5—20) роботов, которая
проходит проверку в производственных условиях. В процессе от-
работки головной партии окончательно определяются операции,
на которых выгодно применять роботы с данными характеристи-
ками, а также отрабатывается и улучшается конструкция базо-
вой модели робота.
Используя опыт эксплуатации головной партии роботов ба-
зовой модели, создается гамма роботов различного назначения,
конструкция которых в основном повторяет конструкцию базо-
вой модели, и организуется серийное производство и примене-
ние роботов.
Следует отметить, что промышленные роботы, как устрой-
ства для автоматического воспроизведения движений челове-
ческой руки, в настоящее время выполняют, в основном, тран-
спортные операции — перемещение материалов, заготовок,
деталей, а также инструмента или приспособлений.
Являясь логическим результатом развития конструкций
транспортных передаточных устройств, промышленный робот
становится эффективным элементом комплексной автоматиза-
388
ции производства. Все средства комплексной автоматизации
можно разделить на три большие группы:
1) автоматические устройства для выполнения основных
производственных операций (станки и прессы-автоматы для
обработки материалов и изготовления заготовок; автоматы для
соединения сваркой, клепкой, пайкой деталей; сборочные авто-
маты; автоматические устройства для контроля и испытаний;
упаковочные машины и т. п.);
2) автоматические устройства для выполнения вспомога-
тельных операций (загрузочные устройства, транспортные си-
стемы для перемещения заготовок и деталей, кантователи, уст-
ройства для выема деталей и пр.). Автоматические склады и
накопители деталей (заготовок) можно отнести к этой же груп-
пе средств автоматизации;
3) автоматические системы управления (с использованием
ЭВМ или без них) всем комплексом средств автоматизации
производства.
До последнего времени главное внимание уделялось разра-
ботке и производству средств автоматизации первой и третьей
групп — создано большое количество металлорежущих станков
с ЧПУ, сварочных автоматов и другого автоматического техно-
логического оборудования, созданы и выпускаются управляю-
щие вычислительные машины, совершенные системы ЧПУ но-
вых поколений.
В то же время разработке и производству средств второй
группы должного внимания не уделяли; этим и объясняется тот
факт, что комплексная автоматизация производства даже в
высокоразвитых странах все еще не получила нужного размаха,
особенно в мелкосерийном и одиночном производствах.
В последнее время положение начинает изменяться, что
особенно убедительно показала Первая всемирная выставка
станков, проходившая с 17 по 26 июня 1975 года в Париже.
На выставке наряду с новейшими станками-автоматами, вклю-
чая отечественные, были показаны новые системы ЧПУ (на-
пример, система CNC «Конгсберг-2000») и транспортные
системы.
Значительное количество фирм, в том числе фирмы «Микро-
техник» (Швейцария); «Бош», «Либхерр» (ФРГ) и «Норда»
(Италия), специализируются на производстве транспортных
систем — универсальных, специальных, специализированных.
На зарубежный рынок технологического оборудования начали
поступать транспортные устройства, собираемые из нормализо-
ванных узлов. Эти транспортные системы в ряде случаев вы-
пускаются в виде автономных устройств, с помощью которых
заготовки (детали) передаются с одной позиции на другую,
удаленную от первой на несколько метров (или десятков мет-
ров), при этом возможна передача на несколько конечных
позиций (с автоматическим адресованием). Такими транспорт-
389
ними устройствами металлорежущие станки-автоматы (в том
числе с ЧПУ) объединяются в автоматические комплексы.
Можно предположить, что в ближайшие годы автономные
(в том числе универсальные) системы транспортирования де-
талей, заготовок и материалов будут оснащены на входе и вы-
ходе механическими руками, эти системы будут легко перена-
лаживаться с одной детали на другую (или другие), а их си-
стемы управления (в том числе с ЧПУ) будут легко сопрягать-
ся с управляющими машинами различных уровней иерархии.
В этом случае компоновка автоматизированных и автоматиче-
ских производственных комплексов существенно облегчится.
Современный промышленный робот можно рассматривать
как простейшую транспортную систему универсального на-
значения.
Появление на рынке промышленных роботов первого поко-
ления усилило интерес к простейшим загрузочным устройствам
типа станочных механических рук —они достаточно дешевы,
просты в эксплуатации, надежны и эффективны. На выставке
в Париже экспонировалось большое количество станков, обору-
дованных загрузочными устройствами — рычажными, порталь-
ными, элеваторными, а также загрузочными бункерами с ав
тематическим зажимом заготовок в патроне станка или на его
столе. В отечественной практике такие устройства, к сожале-
нию, пока еще применяются сравнительно редко, хотя и созда-
ны достаточно эффективные конструкции типа автоматической
руки АР-30 грузоподъемностью 30 кг с пневмоприводом для
установки деталей на металлорежущие станки и подвесного
манипулятора ПМ-ЗОТ такой же грузоподъемности для обслу-
живания линии ступенчатой изотермической закалки деталей
(манипулятор перемещает корзину с деталями на расстояние
15,3 м со скоростью до 1,4 м/с).
Широкое применение простейших манипуляторов и механи-
ческих рук для оснащения металлорежущих станков, штампо-
вочных прессов, литейных машин, контрольных устройств и раз-
личных технологических установок может дать большой эконо-
мический и социальный эффект.
Тем не менее механические руки не могут заменить и не
заменят промышленные роботы. В этом убеждает опыт созда-
ния отечественных и зарубежных автоматизированных произ-
водственных систем, управляемых от ЭВМ. Для примера можно
сослаться на систему «FANUC-SYSTEM Т-10», разработанную
японской фирмой «Футзицу Фанук», которая специализируется
на выпуске электронных вычислительных и управляющих ма-
шин, а также систем ЧПУ типа NC для управления различными
металлорежущими станками, в том числе типа «обрабатываю-
щий центр».
Для механической обработки деталей шаговых приводов
(валов, фланцев, корпусов) фирмой создана автоматическая
390
линия из восьми токарных патронных станков с ЧПУ, эксплуа-
тируемая в две смены в течение семи лет на заводе в г. Хино.
Эта линия управляется от ЭВМ 23025, позволившей автомати-
зировать подачу заготовок к станкам, а также установку и съем
деталей не только со станков, но и с контрольно-измерительной
машины. Обрабатываемые детали на линии транспортируются
с помощью промышленного робота «Кавасаки — Юнимейт» мо-
дели 2600, модернизированного для этой цели.
Над линией токарных станков на П-образных опорах смон-
тированы направляющие, по которым перемещается на роли-
ках платформа с установленным на ней роботом.
Следящий шаговый привод платформы имеет жесткую связь
с продольной силовой рейкой, которая служит и измерительным
элементом при выходе платформы с роботом в заданную коор-
динату, отсчет которой производится по кодовому датчику.
Робот перемещается вдоль станков линии со скоростью
45 м/мин на расстояние 26,78 м.
Робот имеет девять степеней свободы, грузоподъемность его
15 кг, а точность установки обрабатываемой детали в патроне
станка ±0,01 мм. Манипулятор робота снабжен универсальным
трехкулачковым схватом, имеющим датчик ориентации и спо-
собным брать до 50 различных деталей; время установки и сня-
тия детали со станка 60—80 с. ЭВМ осуществляет непосред-
ственное управление роботом через блок управления
FANUC—R, на который возложены функции управления нако-
пителями кругового перемещения у станков, гидравлической
системой зажима и разжима деталей на станках, гидравличе-
ской системой робота, пневматической системой защитных уст-
ройств и захвата деталей рукой робота.
Линию обслуживает один оператор, который наблюдает за
работой станков, устанавливает заготовки в накопители, а так-
же осуществляет коррекцию на смещение инструмента. Загруз-
ка станков линии достигает 90—95%, при этом высвобождено
43 станочника; линия может работать до 20 ч в сутки непре-
рывно.
Этот пример, также как и примеры линий, изображенных на
рис. 212 и 221, показывают сколь эффективно применение робо-
тов в комплексах, управляемых от ЭВМ.
Именно высокой эффективностью роботов объясняется все
усиливающийся интерес к ним со стороны станкостроительных
фирм.
В Европе в последние годы к выпуску промышленных робо-
тов приступили западногерманские фирмы «Фольке Ваген»,
«Бош» (робот блочной конструкции MHU 500), «Р. Кауфельдт
АБ» («Кауфельдт робот»), «Бахофен А. Г.» (робот «Roby»);
шведские фирмы «Электролюкс» (роботы MHU SENIOR, MHU
JUNIOR), «Экстреме» (робот «ЕКОМАТ»), «Ретаб» (робот
«СОАТ-А-МАТ1С») и «ASEA Электронике Дивижн» (роботы
391
ASEA грузоподъемностью б и 60 кг); итальянская фирма «Ма-
рин» (робот «Robomatic» с пневмоприводом); французская фир-
ма «Gachot S. А.» (робот L470); швейцарская фирма «Микро-
трансферт S. А.» (механические руки типа А71 и L.C.200), а
также ряд других фирм.
Постоянно расширяется круг отечественных предприятий,
создающих промышленные роботы.
Промышленный робот — сложная машина-автомат; разра-
ботка такой машины не может не опираться на теорию роботов,
превратившуюся в -комплексное научное направление.
Роботы ближайшего будущего успешно заменят человека на
отдельных операциях работы на конвейере и на стыках поточных
линий, в результате чего завершится полная автоматизация не-
которых видов производства. Предприятия недалекого будуще-
го— это автоматизированные цехи, обслуживаемые группами ро-
ботов с единым центром управления.
В нашей стране роботостроение быстро развивается, уже соз-
даны и создаются высокоэффективные конструкции роботов для
массового применения. Пока у нас десятки и сотни роботов, в
ближайшее время количество их резко возрастет, так как лик-
видация ручного труда, повышение производительности и рост
темпов производства является насущной задачей нашего разви-
тия и хозяйственного строительства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Артоболевский И. И., Кобринский А. Е. Роботы.— «Машиноведение»,
1970, № 5, с. 3—11.
2. Баранова В. С., Игнатьев М. Б. Синтез дифференциальных анализато-
ров для воспроизведений на многомерных поверхностях.— «Известия
АН СССР, отделение «Энергетика и автоматика». 1962, № 5, с. 144—160.
3. Белянин П. Н. и др. Промышленные роботы зарубежных фирм и их
применение. НИАТ, 1973, с. 134.
4. Бор-Раменский А. Е. и др. Некоторые принципы построения дистанци-
онно-управляемых копирующих манипуляторов.— В кн.: Механика машин,
вып. 7—8. М., «Наука», 1967. с. 33—42.
5. Игнатьев М. Б. Голономные автоматические системы. М.— Л., Изд-во
АН СССР, 1963, с. 204.
6. Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Покровский А. М. Алгоритмы управ-
ления роботами-манипуляторами. Л., «Машиностроение», 1972, с. 247.
7. Игнатьев М. Б., Кулаков Ф. М., Покровский А. М. О перспективах
создания и использования манипуляторов, управляемых от вычислительных
машин.— В кн.: Механика машин, вып. 27—28, М., «Наука», 1971, с. 45—55.
8. Игнатьев М. Б., Михайлов А. А. Использование естественной избыточ-
ности при управлении роботами-манипуляторами.— В кн.: Роботы-манипуля-
торы для автоматизации вспомогательных работ. Материалы семинара, 25—26
сент. Л.-, 1972 (ЛДНТП), с. 31—35.
9. Интегральные роботы. [Сборник статей.] (Пер. с англ.) Под ред.
Г. Е. Поздняка. М., «Мир», 1973, 421 с.
10. Кобринский А. Е. Вот они — роботы. М., «Наука», 1972, 176 с.
11. Кобринский А. Е., Степаненко Ю. А. Некоторые проблемы теории ма-
нипуляторов.^— В ки.: Механика машин, вып. 7—8, М., «Наука», 1967, с. 4—22.
12. Кулешов В. С., Лакота Н. А. Динамика систем управления манипуля-
торами. М., «Энергия», 1971, 304 с.
13. Лебедев П, А. Кинематика пространственных механизмов. М.— Л.,
«Машиностроение», 1966, 280 с.
14. Новые типы сборочных автоматов — «ЭИ ВИНИТИ, Сер. Технология
и оборудование механосборочного производства», 1970, № 23, реф. 201, с. 8—14.
15. Опытно-конструкторские разработки н исследования в области про-
мышленных роботов. Под ред. П. Н. Белянина. Труды Института технологии
и организации производства № 339, 1973, 65 с.
16. Охоцимский Д. Е. и др. Моделирование на ЦВМ движения шагающею
аппарата.— «Известия АН СССР. Сер. Техническая кибернетика», 1972, № 3,
с. 47—59.
17. Патон Б. Е„ Спыну Г. А. Промышленные роботы для сварки.— «Авто-
матическая сварка», 1972, № 9, с. 1—9.
18. Пол Р. Управление траекторией рукн с помощью вычислительной ма-
шины.— В кн.: Интегральные роботы. М., «Мир», 1973, с. 326—338.
19. Построение пневматических дискретных управляющих устройств на
базе аппаратуры системы «Цикл». М., 1973. Институт проблем управления.
101 с.
393
20. Применение роботов в поомышленности,— «Металлорежущие п дерево-
обрабатывающие станки, автоматические линии». 1968, № 3, 18 с. (НИИМАШ).
21. Применение роботов в промышленности США — ЭИ ВИНИТИ, сер.
«Технология и оборудование механосборочного производства», 1971, № 42,
реф. 324,с. 3—6.
22. Разработка органа зрения «разумного» робота — ЭИ ВИНИТИ. Сер.
«Приборы и элементы автоматики», 1971, № 14, реф. 53, с. 6—13.
23. Робот, читающий чертежи и управляющий сборкой изделий.— «Элек-
троника». (Пер. с англ.), 1970, т. 43, № 21, с. 50—51.
24. Роботостроение в Японии. 1971. НИИИнформтяжмаш. Справочная ин-
формация, вып. 28, 7 с.
25. Роботы-манипуляторы для автоматизации ручных и вспомогательных
работ. (Матер, семинара 25—26 сент.), Л., 1972, (ЛДНТП), 105 с.
26. Розенблат. Автоматы-роботы для выполнения на заводах грязной ра-
боты.— «Электроника», (Пер. с англ.), 1967, т. 40, № 6, с. 63.
27. Саламандра Б. Л. V Всесоюзный Симпозиум «Теория, принципы уст-
ройства и применение роботов и манипуляторов — «Станки и инструмент»,
1974, № 6, с. 44—45.
28. Синев А. В., Степаненко Ю. А. Определение пространственных положе-
ний звеньев механизмов манипулятора.—В кн.: Механика машин, вып. 27 -28.
М., «Наука», 1971, с. 166—170.
29. Синев А. В., Степаненко Ю. А. Уравнения динамики манипулятора.—
«Машиноведение», 1973, № 3, с. 43—48.
30. Степаненко Ю. А. Об одном методе анализа динамики стержневых
пространственных механизмов.'— В кн.: Механика машин, вып. 23—24. М.,
«Наука», 1970, с. 97—100.
31. Суханов М. В. Новые высокопроизводительные манипуляторы с про-
граммным управлением «Версатран».— «Автомобильная промышленность»,
1971, № 7, с. 38—39.
32. Юревич Е. И. О задаче создания промышленных роботов для автома-
тизации производства.— В ки.: Роботы-маиипуляторы для автоматизации руч-
ных работ. (Матер, семинара, 25—26 сент.) Л., 1972. (ЛДНТП), с. 3—7.
33. Auger R. N. The programmed manipulator problem.— «Automatic Con-
trol», 1962, N 4, p. 35—38.
34. Barnes S. The earning age of robots.— «Machine Design», 1964, vol 36,
N 27, p. 150.
35. Baruhart Ron. Unimation head sees 5000 full—time robots in five
years.— «Technology Week», 1967, vol. 20, N 8, p. 38—39.
36. Chironis N. P. Industrial robots open up new horizont in design —
«Product Engineering», 1970, vol. 41, N 4, p. 82—86, 88.
37. Dehobertis J. Industrial robots, what they do and how they do it.—
«Machinery» (N. Y.), 1966, vol. 73, N 1, p. 103—108.
38. Dehobertis J. The rise of robots in industrial applications.— «Automatic
Machining», 1966, vol. 28, N 1, p. 59—61.
39. Devol G. C., Martin P. S. Work-Head Automatic Motion Controls.
Patent USA, cl. 198—34, N 3.543.910, 1970.
40. Engelberger J. F. Role of industrial robots in improving production
operations.— «Automation», 1964, vol. 11, N 6, p. 62.
41. Ernst Albert. Entwicklungstendenzen in der Fluidik.— «Olhydraulik
und Pneumatik», 1972, Bd. 16, N 10, S. 436—441.
42. Ernst H. A. MH-1, a Computer Operated Mechanical Hand.— «Procee-
dings of 1962 Spring Joint Computer Conference», 1963.
43. Fiber-optic «eyes» extend utility of mechanical robots in industry.—
«Product Engineering», 1970, vol. 41, N 10, p. 108.
44. First National Symposium on Industrial Robots, April 1 and 2, 1970.—
«Mechanical Engineering», 1971, vol. 93, N 8, p. 84.
394
45. Cenath Bernd. Automaten als Handlanger.— «VDI—Nachrichten», 1972,
Bd. 26, N 25, S. 21—22.
46. «GKN Unimate» — Robot manipulator.— «Machinery and Production
Engineering», 1967, vol. 110, N 2837, p. 720—721.
47. Handly Robot Fills Many Jobs.— «Iron Age», 1963, N 23, p. 84.
48. Harrah J. Robots produce die castings better, faster, cheaper «Modem
Metals», 1967, vol., 23, N 8, p. 78, 80, 82, 84.
49. Harrah J. With industrial robots.— «Metal Progress», 1970, vol. 97,
N 2, p. 127.
50. Hoskins C. The robots are coming.—«Machinery» (N. Y.), 1971, vol. 77,
N 10, p. 33—35.
51. Jamashita T., Mori M. Engineering Approach to Function of Fingers.—
«Report of Institute of Industrial Science», Tokyo University, 1963, vol. 13.
52. Japanese Robot «feels» shape and Position.— «Machinery» (N. Y.), 1972,
vol. 78, N 3, p. 11—12.
53. Japanese Choose Fluidics for Robot.— «Metalworking Production», 1970,
N 38, p. 13.
54. The Increasing Importance of Robot Units.— «Machinery» (L), 1970,
vol. 117, N 3024, p. 693.
55. industrial Robots — Employees of the Future.— «Mechanical Enginee-
ring», 1970, vol. 92, N 6, p. 86—89.
56. industrial robots.— «The Australian manufacturer», 1967, Apr. 22,
p. 51—53.
57. Industrial robot loads grinding machine.— «Tooling», 1971, vol. 25,
N 11, p. 55.
58. Industrial Robots Perform Assemdly Line Welding Operation. «Welding
Journal», 1971, vol. 50, N 3, p. 178—179.
59. Industrial Robot «Trans ВМ-100».— «Modern Materials Handling», 1969,
N 10, p. 93.
60. Industrieroboter automatisiert Standard—Schliefmaschine.—«Technische
Rundschau», 1962, Bd. 64, N 5, S. 21.
61. Intelligent Industrial Robot HIV1P MK-1.— «Engineering», 1970,
vol. 210, p. 454.
62. Masayoshi K., Konei S., Mitsuo Y. On the control of an industrial robot
with tagtile sensors.— «Transactions of the Society of Instrument and Cantrol
Engineers», 1971, vol. 7, N 1, p. 31—38.
63. Mealey M. Robot studies blueprints then starts assembling product.—
«Product Engineering», 1970, vol. 41, N 23, p. 15—16.
64. Nagata T., Mukaidono M., Muroi R. A method of computer control for
an industrial robot with conversational motte— «Transactions of the Society of
Instrument and Control Engineers», 1970, vol. 6, N 6, p. 88—96.
65. Programmed robot.— «Electromechanical Design», 1967, vol. 11, N 8,
p. 40, 42—43.
66. Prototype industrial robot with computerized tectile member — «Look
Japan», 1971, vol. 16, N 188, p. 18.
67. Robots increase productivity.—«Machinery» (N. Y.), 1971, vol. 77,
N 3—4, p. 55—57.
68. Robots learn to weld.— «Welding Engineer», 1970, vol. 55, N 8,
p. 40—41.
69. Rosenblatt A. Robots handling more jobs on industrial assembly lines.—
«Electronics», 1973, vol. 46, n 15, p. 93—104.
70. Simonson R. D. Vereinigte Staaten von Amerika. Roboter. «Schweissen
und Schneiden», 1971, Bd. 23, N 8, S. 319—321.
71. Special Issue on Robot.— «Journal of the Society of Instrumention and
Control Engineers», 1968, vol. 7, N 12, p. 837—983.
72. Taylor. Transiva Transfer Robot Arm.— «Machinery» (L.), 1971,
vol. 118, N 3034, p. 28—30.
73. Thing M. W. The robot age.— «Engineering», 1970, vol. 209, N 5414,
p. 128—130.
395
74. Toshitano Tezuka. Autohand Industrial Robot.— «Japan Electronic
Engineering», 1969, N 29, p. 30—34.
75. Umetani Y. Current trend aud Perspective of Industrial Robots.— «Jour-
nal of Japan Society Mechanical Engineers», 1971, vol. 74, N 631, p. 988—993.
76. Van Nome E. J. Les manipulateurs a programme.— «Machine Moderne»,
1972, vol. 65, N 757, p. 49—51.
77. Versatran industrial robot with adaptive control.— «Machinery and
Production Engineering», 1971, vol. 119, N 3077, p. 659.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие..................................................... 3
От автора.........................................................5
Введение ........................................................ 7
Глава I. Общие сведения о роботах................................11
1. Основные определения.....................................11
2. Классификация роботов....................................20
Глава II. Методы расчета динамики исполнительных механизмов робота 29
Глава III. Разработка, производство и применение промышленных ро-
ботов в СССР и зарубежных странах.................................41
1. Промышленные роботы СССР...............................41
2. Промышленные роботы США................................63
3. Промышленные роботы Японии.............................87
4. Промышленные роботы европейских стран.................112
Глава IV. Конструктивные схемы и технические характеристики ро-
ботов ...........................................................122
1..Кинематические и конструктивные схемы манипуляторов . . 122
2. Технические возможности роботов.........................135
3. Компоновка и конструктивные особенности роботов . . 140
4. Базовые модели роботов и их модификации.................146
Глава V. Гидравлические и пневматические системы промышленных
роботов..........................................................152
1. Схемы гидравлических и пневматических приводов .... 152
2. Агрегаты гидравлических и пневматических систем . . 164
Глава VI. Конструкции узлов и агрегатов роботов.................179
1. Передаточные механизмы исполнительных устройств и датчиков
обратной связи ........................................... 179
2. Исполнительные двигатели................................190
3. Датчики обратной связи..................................192
4. Направляющие исполнительных устройств...................195
5. Силовое электрооборудование.............................197
Глава VII. Конструкции механизмов схватов роботов...............199
1. Общие сведения..........................................199
2. Механические схваты................................... 199
3. Вакуумные схваты...................................... 205
4. Электромагнитные схваты.................................206
5. Схваты с сенсорными датчиками...........................207
6. Схваты с рабочим инструментом...........................207
397
Стр.
Глава VIII. Системы управления роботов............................208
1. Классификация систем управления...........................208
2. Цикловые системы управления...............................209
3. Позиционные системы управления............................227
4. Контурные системы управления..............................250
5. Связь робота с технологическим оборудованием .... 254
Глава IX. Применение промышленных роботов.........................258
1. Основные особенности и принципы построения технологических
процессов с применением промышленных роботов .... 258
2. Литейное производство.....................................265
3. Кузнечно-штамповочное производство........................274
4. Термообработка............................................281
5. Процессы холодного формообразования.......................283
6. Пресслитейное производство при изготовлении деталей из не-
металлов ....................................................285
7. Сварка и пайка .... 287
8. Механическаи обработка................................. . 290
9. Процессы покрытия, покраски и поверхностного упрочнения . 293
10. Сборочные работы..........................................296
11. Операции контроля.........................................300
12. Транспортировка, упаковка и складирование.................302
13. Методика определения эффективности применения роботов . 309
14. Примеры разработки технологических процессов с использова-
нием роботов..................................................315
Глава X. Комплексная автоматизация производства на базе примене-
ния ЭВМ и промышленных роботов...................................323
1. Автоматизация технологических линий.......................323
2. Автоматизация участков и цехов............................338
Глава XI. Перспективы развития промышленных роботов и робото-
строения .....................................................359
1. Перспективы создания «интеллектуальных» роботов . . 359
2. «Рука Эрнста», «кисть Мори», искусственная рука АМ-1 . . 365
3. Роботы Стенфордского исследовательского института и Стен-
фордского университета (США).................................371
4. Работы японской фирмы «Хитачи» по созданию робота-сбор-
щика ........................................................376
5. Основные направления перспективных исследований и разрабо-
ток в области промышленных роботов. Перспективы применения
роботов......................................................379
Список литературы.................................................393
Петр Николаевич Белянин
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Редактор издательства В. Г. Гатагогу
Техн, редактор В. И. Орешкина
Художник М. М. Занегин
Корректор Л. £. Хохлова
Сдано в набор 18/IV 1975 г.
Формат 60X 90716
Печ. л. 25,0
Тираж 10 000
Подписано к печати 12/IX 1975 г
Бумага № I
Уч.-изд. л. 25,5
Изд. заказ 351
Т-13469
Цена I р. 60 к.
Издательство «Машиностроение», 107885, Москва, Б-78, 1-й Басманный пер., 3
Экспериментальная типография ВНИИ полиграфии
Госкомиздата Совета Министров СССР. Москва, К-51, Цветной бульвар, 30
Тип. заказ 3483