- •Мехатронные и робототехнические системы
- •Введение
- •Глава 1. Предпосылки развития, основные понятия и принципы построения мехатронных устройств
- •Предпосылки развития мехатроники
- •Основные понятия и определения мехатроники
- •Принципы построения, признаки и состав мехатронных систем
- •Глава 2. Применение мехатронных машин
- •2.1. Мобильные мехатронные роботы для инспекции и ремонта подземных трубопроводов
- •2.2. Лазерный робототехнический комплекс
- •2.3. Робототехнический комплекс механообработки
- •2.4. Технологические машины – гексаподы
- •2.5. Транспортные мехатронные средства
- •Глава 3. Структура и принципы интеграции мехатронных систем
- •Глава 4. Проблемы и современные методы управления мехатронными модулями и системами
- •4.1. Принципы построения систем интеллектуального управления в мехатронике
- •4.2. Иерархия управления в мехатронных системах
- •4.3. Системы управления исполнительного уровня
- •4.3.1. Адаптивное регулирование по эталонной модели
- •4.3.2. Нечеткие регуляторы исполнительного уровня
- •4.3.3. Системы управления тактического уровня. Система контурного силового управления технологическим роботом
- •4.3.4. Способы программирования траекторий технологических роботов
- •4.3.5. Интеллектуальные системы управления на основе искусственных нейронных сетей
- •Глава 5. Области применения роботов и робототехнических систем. Классификация промышленных роботов и их технические характеристики
- •5.1. Классификация роботов
- •5.2. Техническая характеристика пр (гост 25378 - 82)
- •Глава 6. Структура, классификация и основы кинематики манипуляционных систем промышленных роботов
- •6.1. Структура манипуляторов промышленных роботов
- •6.2. Переносные и ориентирующие степени подвижности манипулятора
- •6.3. Основы кинематики манипуляторов роботов
- •Положение I-го звена относительно предыдущего (I-1)-го устанавливается с помощью обобщенной координаты qi (рис. 6.6):
- •6.4. Однородные координаты. Матрица перехода 4×4 кинематической пары
- •6.5. Определение ориентации звеньев манипуляторов с использованием углов Эйлера
- •Глава 7. Прямая задача кинематики манипуляторов роботов. Абсолютные скорости и ускорения в манипуляционных системах промышленных роботов
- •7.1. Теоретические вопросы решения прямой задачи
- •7.2. Решение прямой задачи кинематики манипуляторов при позиционном (цикловом) управлении
- •7.3. Определение абсолютных скоростей и ускорений точек и звеньев манипулятора
- •Глава 8. Обратная задача кинематики манипуляторов роботов
- •8.1. Обратная задача кинематики манипуляторов роботов при контурном управлении
- •8.2. Решение обратной задачи кинематики манипуляторов на основе линейной зависимости между абсолютными и обобщенными скоростями (управление по скорости)
- •Глава 9. Динамический синтез и анализ манипуляционных систем промышленных роботов
- •Глава 10. Назначение, состав и классификация робототехнических комплексов
- •10.1. Назначение робототехнических комплексов
- •10.2. Состав и классификация робототехнических комплексов
- •Глава 11. Траектории манипуляторов роботов в составе робототехнических комплексов
- •Компоновка ртк и возможные траектории схвата манипулятора
- •11.2. Анализ местных (частных) траекторий манипулятора
- •11.3. Особенности использования нескольких пр в одном ртк
- •11.4. Межстаночные траектории как функции числа схватов и организации производственной сцены
- •Глава 12. Планирование траекторий схвата манипулятора на основе сплайн – функций
- •12.1. Планирование траекторий при ограниченном числе
- •Опорных точек
- •12.2. Общие случаи планирования траекторий в пространстве обобщенных координат
- •Глава 13. Применение робототизированных технологических комплексов в механообрабатывающем производстве
- •13.1. Требования к технологическим процессам, реализуемым в ртк
- •13.2. Требования к деталям, обрабатываемым в ртк
- •13.3. Требования к технологическому оборудованию, используемому в ртк
- •13.4. Требования к промышленным роботам, включаемым в состав ртк
- •13.5. Требования к вспомогательному и транспортно-накопительному оборудованию, включаемому в ртк
- •13.6. Требования к ртк
- •13.7. Общие характеристики и особенности ртк механообработки
- •Библиографический список
- •Оглавление
Глава 10. Назначение, состав и классификация робототехнических комплексов
10.1. Назначение робототехнических комплексов
Вся деятельность человека, в конечном счете, направлена на удовлетворение потребностей, которая в нашем случае сводится к обеспечению выпуска на промышленном предприятии предметов потребления.
В общем случае мы должны при этом знать ответы на три вопроса:
Что изготавливать (т. е. что делать, что найдет (может найти) рынок сбыта)?
Сколько изготавливать (программа выпуска) по количеству, по сроку и по длительности изготовления?
Как изготавливать (каким образом, какими силами и средствами)?
Изготовление может быть: ручным, механизированным, автоматизированным и автоматическим (см. схему).
Схема промышленного производства
Промышленное производство |
Свойства промышленного производства | |
по типу производства |
по степени автоматизации | |
Единичное Серийное Массовое |
Ручное Механизированное Автоматизированное Автоматическое |
Предметы потребления |
Автоматизация – освобождение человека от участия в энергетическом и информационном потоках обработки изделий.
Любой тип производства может выполняться с любой степенью автоматизации.
Полярными можно считать: единичное, ручное производство и массовое автоматическое производство на жестких автоматических станках и линиях.
При единичным ручном производстве применяют универсальные металлообрабатывающие станки с обслуживающим их станочником высокой квалификации или универсальные станки с ЧПУ по принципу: сколько станков – столько рабочих. Для него характерна большая универсальность, но низкая производительность и культура труда. Такое производство сейчас используется в ремонтных организациях, при выпуске исследовательского уникального оборудования.
Массовое автоматическое производство на жестких автоматических линиях и на станках-автоматах обеспечивает безлюдное высокопроизводительное производство, однако является специальным и не может быть использовано при смене продукции. Такое производство широко используется, например, в подшипниковой промышленности.
В общем объеме промышленного производства единичное и массовое производство занимает около 20 %. Остальные 80 % занимает серийное производство, когда в год на той или иной единице оборудования выпускают от 2 до 100–200 наименований и партиями в 20–200 штук.
Именно серийное производство (крупносерийное, среднесерийное и мелкосерийное) и является экономически наиболее выгодной сферой применения гибких автоматизированных производств (ГАП) и их основной составляющей – роботизированных технологических комплексов.
Понятно, что серийное производство не является единственным типом производства, в котором целесообразно использовать робототехнические комплексы (РК): они используются в массовом, а иногда и в единичном производствах.
Рассмотрим место применения РК и выполняемые ими функции при различных уровнях автоматизации.
Необходимо отметить, что автоматизация технологических процессов имеет целью улучшение экономических и социальных факторов.
Экономические факторы автоматизации: увеличение производительности труда; повышение качества продукции; снижение себестоимости изготовления.
Социальные факторы: улучшение условий труда и безопасности человека, практически почти полное исключение его из производственного процесса и сведение его роли к наладке оборудования и наблюдению за его работой.
В классическом варианте повышение уровня автоматизации решало все вышеуказанные задачи, но резко снижалась универсальность автоматических производств, что и привело к необходимости создания гибких автоматизированных производств.
В процессе развития средств автоматизации на автоматический режим выполнения переводились различные этапы и операции технологических процессов.
Первый уровень автоматизации – это автоматизация цикла обработки. Он сводится к автоматическому управлению последовательностью и характером движений рабочего инструмента в целях получения заданной формы, размеров и качества поверхности обрабатываемой детали.
Наиболее полное воплощение автоматизация этого уровня нашла в станках с ЧПУ. При этом обеспечивается возможность осуществлять управление практически для неограниченной номенклатуры деталей, то есть такие станки фактически являются универсальными с автоматической обработкой деталей.
Применение таких станков повышает производительность труда в 2–4 раза. Существенно повышается также качество продукции. Загрузка – разгрузка таких станков, однако, производится вручную, и они относятся к категории станков-полуавтоматов.
Второй уровень автоматизации – это автоматизация загрузки – разгрузки станков-автоматов, в том числе и станков с ЧПУ. Наибольшей универсальностью и быстротой переналадки обладают ПР, используемые в качестве загрузочно – разгрузочных устройств.
По мере снижения требований к быстроте переналадки загрузочных устройств и увеличения размера партии обрабатываемых деталей упрощаются средства загрузки-разгрузки деталей в рабочую зону основного технологического оборудования (ОТО). На многоцелевых обрабатывающих центрах такими средствами часто служат автооператоры.
Второй уровень автоматизации часто обеспечивается с помощью роботизированных технологических комплексов, в которых ПР обслуживает единицы или группу ОТО.
Третий уровень автоматизации – автоматизация контроля обрабатываемых деталей, состояния инструмента, состояния станков, а также контроля и подналадки технологического процесса.
Такая автоматизация обеспечивает длительную работу оборудования (в течение одной – двух смен) без участия человека.
Третий уровень автоматизации обеспечивается созданием адаптивных РК, а также гибких производственных модулей, представляющий собой комплекс, состоящий из многооперационного станка (обрабатывающего центра), устройств приема и перемещения спутников (палет), ПР (или автооператоров), устройств контроля, диагностирования и других вспомогательных механизмов и устройств, управляемых от общей системы автоматизированного управления.
Четвертый уровень автоматизации – автоматическая переналадка оборудования с выпуска одного изделия на другое.
На существующем оборудовании переналадка пока осуществляется вручную и занимает значительную часть календарного времени (от нескольких часов до целой смены и больше). То есть этот этап производства до настоящего времени не автоматизирован и является слабым звеном в цепи средств автоматизации (автоматизированного производства).
Пятый уровень автоматизации – гибкие производственные системы (ГПС), представляющие собой (ГОСТ 26228-85) совокупность в различных сочетаниях оборудования с ЧПУ, РТК, ГПМ, отдельных единиц ОТО и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающую свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах их характеристик.
В идеале при быстрой переналадке ГПС с выпуска одного изделия на другое (переналадка вспомогательного ТО, инструмента, замена управляющих программ) они должны обеспечивать производительность, близкую к той, что обеспечивается в современном массовом производстве при изготовлении деталей одного наименования.
Необходимо отметить, что повышение уровня автоматизации оборудования тесно связано с ростом уровня организации всего производства на данном предприятии.
Изолированный станок с ЧПУ, ПР, ГПМ или РТК при одиночном использовании на предприятии, где не применяется в достаточно широких масштабах такое оборудование, не эффективен, так как в таких случаях, как правило, вся организация производства на таком предприятии не соответствует требованиям, предъявляемым новой высокопроизводительной и нуждающейся в высококвалифицированном обслуживании техникой.
Таким образом, наиболее приемлемыми уровнями автоматизации, обеспечиваемыми непосредственно РТК, являются 2-й и 3-й.