§ 42. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТАХ И МАНИПУЛЯТОРАХ

Стремление освободить человека от непосредственного участия в производственных процессах привело к созданию манипуляторов и роботов. Роботы появились в научно-фантастичной литературе, но развитие науки и техники привело к их практическому созданию и внедрению. Сначала были созданы так называемые роботы-манипуляторы, предназначенные в основном для высвобождения человека от простых, однообразно повторяющихся движений, которые легко поддаются автоматизации. Затем началось внедрение роботов для работы во вредной для здоровья людей среде, а также для замены человека при выполнении тяжелого физического труда.

Манипулятор — это управляемое устройство или машина, снабженная рабочим органом для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям человеческой руки при выполнении различных видов операций.

Манипулятором управляет непосредственно рука человека-оператора дистанционно или с помощью программы, которую нельзя изменять. Прототипы таких устройств были созданы еще в древности, но их производство для промышленных целей началось совсем недавно.

Промышленный робот представляет собой стационарный или передвижной программируемый манипулятор промышленного назначения, способный выполнять комплекс изменяющихся движений, предусмотренных в его программе.

Промышленный робот отличается от манипулятора универсальностью воспроизводимых движений и возможностью перенастройки. Внедрение роботов в промышленности началась в конце 60-х годов нашего столетия. Сначала они были предназначены для выполнения несложных операций, таких, как точечная, дуговая сварка, окраска, сортировка изделий и др. Однако с развитием и усовершенствованием их конструкций и систем управления на них стали возлагать все более сложные монтажные, контрольно-измерительные и другие операции.

Типы роботов многообразны, поэтому их классифицируют по различным признакам.

►   Развитие робототехники идет в трех направлениях: создание программируемых роботов, адаптивных (с самоприспосабливающимися системами) и с искусственным интеллектом.

В программируемых роботах замена программы производится человеком-оператором, после чего робот однообразно повторяет твердо заданную программу.

В адаптивных роботах программа задается также человеком, но робот в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки может в определенных пределах самостоятельно изменять программу (адаптироваться). Такие роботы снабжены сенсорными устройствами, которые выполняют роль органов осязания. С их помощью они распознают детали, инструменты, их расположение в пространстве и др. Ими управляют с помощью электронно-вычислительных машин, их память создана на базе интегральных микросхем.

Бурное развитие микропроцессорной и вычислительной техники позволило создать роботы третьего поколения с элементами искусственного интеллекта. В них программу в общем виде вводит человек, а робот обладает способностью «обдумывать», принимать решения и выполнять действия в неопределенной и меняющейся обстановке. Кроме сенсорных устройств в них имеются и элементы искусственного интеллекта. По внешним признакам они действуют аналогично человеку, обдумывающему и принимающему целесообразные решения (как поступить и какие движения совершить) в неизвестной заранее и постоянно меняющейся обстановке.

Рис. 184. Структурная схема промышленного робота

Роботы изготовляют на основе нескольких систем, связанных между собой (рис. 184).

Система манипуляции (СМ) представляет собой механическое устройство (механическую руку-манипулятор) с несколькими степенями свободы.

На конце системы имеется захват, вид которого зависит от выполняемых технологических операций (перенос деталей, окраска и др.).

Система передвижения (СП) предназначена для передвижения робота в рабочей зоне.

Устройство передвижения может быть колесным, шагающим, гусеничным или другого типа.

Система привода (СПр) служит для привода отдельных звеньев СМ и СП в соответствии с управляющими сигналами системы управления.

Информационная система (ИС) —система сенсорных и других устройств восприятия, измерения и обработки данных о положении рабочих органов в рабочем пространстве, о передвижении робота и о состоянии окружающей среды.

Информация передается системам управления и привода.

Система управления (СУ) формирует управляющие воздействия для системы привода в соответствии с заложенной программой и с данными, получаемыми от информационной системы.

Развитие робототехники определяется главным образом развитием систем информации и управления: в каждом последующем поколении роботов они становятся сложнее, но за счет этого расширяются их возможности выполнять все более сложные задачи.

Системы манипуляции и привода образуют исполнительную часть робота (ИЧ), являясь объектом управления. Совокупность остальных систем составляет управляющее устройство робота (УУ). На рис. 185 показана общая функциональная схема промышленного робота.

В промышленных роботах используют в основном три вида приводов: пневматический, гидравлический и электромеханический.

Пневматический привод состоит из пневмоцилиндров с возвратно-поступательным движением поршневого стержня. Роботы, созданные на его основе, просты по конструкции, но обладают небольшой мощностью.

Гидравлические приводы работают по тому же принципу, что и пневматические, но в качестве рабочего тела в них использовано масло. Такие приводы имеют хорошие механические параметры. Их применяют для роботов большей мощности и для выполнения более сложных технологических операций, требующих высокой точности; их обслуживание сложнее: необходимо следить за уплотнением гидравлической системы.

Рис. 185. Функциональная схема промышленного робота: 1 — управляющее устройство; 2 — исполнительная часть

Электромеханические приводы выполняют на основе двигателей постоянного тока, шаговых синхронных двигателей. В их конструкциях не требуются трубопроводы. Их основной недостаток — необходимость создания дополнительной передачи для регулирования оборотов двигателя.

В последующие годы применение промышленных роботов будет расширяться. Постепенно они смогут взять на себя значительную часть функций человека на производстве.