Общие сведения о роботах

Роботы могут быть стационарными или подвижными и изготавливаться в 3-х вариантах:

- напольном;

- подвесном;

- встроенном.

Составными частями ПР являются:

1) исполнительное устройство (устройство передвижения + манипулятор);

2) рабочий орган;

3) устройство управления.

Устройство передвижения может быть колесным, на гусеничном ходу, на механических ногах (в случае начального варианта) или моторельсовым, на тельферных балках (подвесной вариант).

Манипулятор – это многозвенный шарнирный механизм, с заданным числом степеней подвижности (3...9), заканчивающийся рабочим органом.

Рабочий орган выполняется в двух вариантах:

1) в виде захватного устройства (механического, магнитного, вакуумного и т.п.);

2) в виде рабочего инструмента (сварочные клещи с электродом, окрасочный пистолет, сборочный инструмент типа гайковерта и др.).

В первом случае это обслуживающий робот, а во втором – операционный, который предназначен для выполнения технологических операций. Устройство управления предназначено для формирования и выдачи исполнительному устройству команд в соответствии с управляющей программой. Устройство управления включает:

- пульт управления;

- запоминающее устройство;

- вычислительное устройство;

- блоки управления приводами манипулятора и устройства передвижения.

С позиции ОТ роботы характеризуются четырьмя важными показателями:

1) рабочее пространство ПР – это часть пространства, в которой может оказаться робот в процессе эксплуатации (манипулируя и передвигаясь);

2) рабочая зона ПР – это пространство, в котором может оказаться рабочий орган при его функционировании;

3) зона обслуживания ПР – это пространство, в котором робот выполняет свои функции в соответствии с установленной программой.

4) скорость перемещения (м/с) (в среднем 1 м/с, но может достигать 2,5-3 м/с) – это много.

Промышленные роботы получили применение в машиностроении в следующих производствах:

• при обслуживании различных металлообрабатывающих станков; (~25%);

• при штамповке, ковке, сварке (~ 40%);

• для транспортировки заготовок;

• в сборочном производстве;

• в литейном производстве; 35%

• в окрасочном производстве;

• для термической обработки и др.

Основные причины травматизма при эксплуатации ПР, РТК, РТУ.

Все эти причины травматизма можно разделить на три группы:

1. Организационные причины;

2. Технические причины;

3. Психофизиологические причины.

К организационным причинам можно отнести:

1) нарушение требований эргономики и безопасности труда при планировке роботизированного технологического комплекса (РТК) и (РТУ) (неправильное размещение оборудования, роботов, пультов управления и т.п.; неучет габаритов безопасности (например, необозначение зоны рабочего пространства); пересечение трасс следования оператора и ПР и т.п.; недостаточная обученность и неподготовленность персонала к работе с роботами.

2) нарушение персоналом условий эксплуатации промышленных роботов и их ремонта, наладки: вход в рабочую зону (особенно при отключенных средствах защиты); превышение грузоподъемности ПР; ремонт без отключения питания; неиспользование индивидуальных средств защиты (например: каски, диэлектрические перчатки), отсутствие надзора при обучении ПР с переносного пульта и др.

К техническим причинам можно отнести:

1) ненадежная работа ПР, т.е. неисправность собственно ПР из-за нарушения его механической прочности, кинематики, а также отказов в системе управления, приводящих к отказам работы как ПР, так и технологического оборудования, с которым работает ПР.

А вот отказы (ошибки) в работе управляющего устройства – в некоторой степени новинка. А дело здесь в надежности систем с ЧПУ. 30 лет (или 35 лет) назад советский станок с ЧПУ первый в мировой практике завоевал на Всемирной выставке в Брюсселе Гран-при. Однако далее конструкторы пошли по пути развития многообразия систем ЧПУ, нарушив тем самым принцип унификации, что снижает надежность их работы и создает дополнительные трудности при их обслуживании роботами. Отсюда неправильные движения ПР из-за отказов в системе управления. («Зверинец» ЧПУ).

2) недостаточный учет состояния производственной среды, требующей пылезащитного, теплозащитного и вибробезопасного исполнения, что снижает надежность и безопасность труда при эксплуатации ПР.

Это приводит к авариям, а, следовательно, и к травмам.

3) ошибки программирования и настройки:

Вследствие таких ошибок (например, из-за необученности персонала и роботов) в ходе эксплуатации возможны: непредвиденные движения манипулятора и рабочего органа и выходом из огражденной зоны; возможны перегрузки (захват груза большего веса), которые приводят к механическим повреждениям ПР; возможны потери объекта манипулирования и др. аварийные ситуации;

4) отсутствие или неправильная работа средств защиты, которыми должны оборудоваться ПР и их рабочие зоны (ограждения, блокировки, сигнализация и др.). Тем самым возможно неожиданное появление человека в рабочем пространстве и в рабочей зоне ПР; не исключается возможность травмирования человека при внезапном отключении питания; допускаются ошибочные действия оператора, особенно во время наладки и ремонта; не исключается возникновение аварийных ситуаций и других неполадок ПР и РТК (из-за отсутствия своевременной и четной информации оператору);

5) отсутствие или недостаточная механизация вспомогательных операций: транспортирования заготовок, загрузки и разгрузки накопителей, удаление стружки. При этом особенно неприятные: отсутствие эффективных систем удаления стружки; недостатки в конструкциях конвейеров; несовершенство процессов снятия готовых изделий с конвейера.

К психофизиологическим факторам можно отнести:

- физические (вероятнее всего статические) перегрузки;

- острая эмоциональная напряженность оператора.

В чем суть? При использовании роботов типичной (!) становится профессия оператора. На первый взгляд работа простая. Однако опыт показывает, что если система роботизации решена неверно, то это может приводить к физическим перегрузкам и острой эмоциональной напряженности оператора.

К факторам, влияющим на состояние оператора, следует отнести:

- автоматичность действия ПР;

- одновременное движение ПР по нескольким координатам;

- высокие скорости перемещения исполнительных устройств (в среднем 1,0 м, но достигают 2,5 ± 3 м/с);

- неудовлетворительная планировка РТК;

- неудовлетворительная компоновка пульта управления;

- и, наконец, большой объем поступающей к оператору информации. Особенно действие названных факторов сказывается при увеличении в составе РТК количества ПР до 3-4 единиц, обслуживаемых одним оператором.

Таким образом, в результате перегрузок оператора работа РТК, РТУ или любой другой автоматизированной системы становится малонадежной.

Недоучет или пренебрежение указанными выше причинами перегрузок операторов могут приводить к авариям или профессиональным психическим неврологическим заболеваниям.

Таким образом, анализ рассмотренных причин травматизма показывает, что к достижению безопасности ПР, РТК, РТУ и др. необходимо подходить комплексно, т.е. необходимо предъявлять требования безопасности на следующих стадиях:

- на стадии проектирования, изготовления и испытания ПР;

- при организации РТК, РТУ;

- в процессе эксплуатации.

Общие требования безопасности к ПР, РТК и РТУ установлены ГОСТ 12.2.072–82 ССБТ. «Роботы промышленные, роботизированные технологические комплексы и участки. Общие требования безопасности».

Основные требования безопасности к конструкции ПР.

1. Обязательное защитное исполнение ПР, предназначенных для эксплуатации в неблагоприятных условиях производственной среды (пыль, повышенная или пониженная температура, взрыво- и пожароопасная среда, вибрация и т.п.). Тем самым увеличивается надежность и долговечность работы ПР.

2. Правильный выбор конструкции рабочего органа ПР. С позиции ОТ под правильным выбором рабочего органа подразумевается следующее.

Следует применять такие захватные устройства, которые должны обеспечивать удержание объектов манипулирования при внезапном отключении питания и аварийной остановке.

Для подвесных ПР, предназначенных для перемещения тяжелых предметов это условие является обязательным.

3. Оснащение ПР регуляторами снижения скорости перемещения исполнительных устройств до 0,3 м/с во время обучения и наладки роботов.

Необходимость регламентации этой скорости выявилась из опыта во время обучения и наладки роботов, когда оператор может находиться в опасной зоне (рабочем пространстве) и совершать ошибочные действия. При такой скорости оператор успевает среагировать на движение ПР и не получит смертельного динамического удара.

4. Промышленные роботы должны быть оснащены средствами защиты: оградительными, предохранительными блокировками, сигнализирующими устройствами и др., исключающими возможность воздействия на обслуживающий персонал опасных и вредных производственных факторов.

К этим средствам предъявляются два общих требования:

а) не ограничивать технологические возможности ПР;

б) не ограничивать удобство обслуживания ПР.

При выборе средств защиты приоритет должен отдаваться блокирующим и сигнализирующим устройствам.

Так, например, ГОСТ 12.2.072-82 требует: все (!) движения ПР, которые могут явиться причиной опасности для обслуживающего персонала, должны иметь защитную блокировку, обеспечивающую автоматический останов исполнительных устройств.

Опасными ситуациями, требующими защитных блокировок, являются следующие:

- попадание человека в запрограммированную рабочую зону ПР;

- наличие препятствия на пути перемещения ПР или рабочего органа;

- силовое воздействие на захватное устройство, величина которого превышает запрограммированную (например, по грузоподъемности);

- выход манипулятора за пределы запрограммированной рабочей зоны ПР.

В последнем случае (при выходе манипулятора за пределы) должна не только срабатывать блокировка, но выход манипулятора должен ограничиваться жесткими упорами, которые должны быть рассчитаны с учетом динамических и статических усилий.

О сигнализирующих устройствах.

В конструкции ПР и роботизированных систем должны предусматриваться средства сигнализации (информации) трех типов: оперативная, предупредительная и опознавательная.

Оперативная должна поступать на пульт управления и давать информацию:

- о готовности ПР к движению при исполнении управляющей программы;

- о начале движения исполнительных устройств;

- о режиме работы (автоматический, полуавтоматический, ручной);

- о срабатывании блокировок;

- о причинах сбоя (остановок) в работе ПР.

Предупредительную сигнализацию необходимо использовать:

- для оповещения о возникновении (наличии) опасности;

- для опережения включения оборудования или подачи напряжения (т.е. перед включением подается сигнал).

Предпочтение следует отдавать звуковым сигналам. Но если они не слышны, то следует использовать яркий мигающий световой сигнал (цвет выбирают по ГОСТ-12.4.026-76).

Опознавательная сигнализация, т.е. цветовое оформление ПР (или РТК), должно соответствовать ГОСТ 12.4.026-76 «Цвета сигнальные и знаки безопасности». Например, рабочее пространство ПР обозначают сплошными линиями шириной 50–100 мм стойкой к истиранию краской желтого цвета, наносимой на плоскость пола.

5. Система управления ПР должна иметь устройство аварийного останова, срабатывающего по команде оператора.

Срабатывание аварийного останова должно прекращать любое движение ПР независимо от режима работы.

Органы аварийного останова должны располагаться на ПР, на пульте и в других легкодоступных местах (это может быть кнопка экстренного отключения увеличенного размера грибовидной формы красного цвета, имеющих надпись, указатель). На протяженных автоматизированных линиях РТУ, РТК органы аварийного останова следует располагать на расстоянии ≤4м друг от друга по всей длине линии.

6. Органы управления и средства отображения информации должны быть расположены на панели стационарного пульта управления. Если наладка и обучение ПР затруднительны со стационарного пульта управления (в связи со спецификой роботизированной системы), то ПР должен дополнительно снабжаться переносным пультом управления.

Основные требования безопасности к организации роботизированного производства, т.е. РТК и РТУ.

1. Планировка роботизированных технологических комплексов и участков (РТК и РТУ) должна обеспечивать свободный и безопасный доступ обслуживающего персонала к элементам при программировании, обучении, наладке и ремонте ПР.

Для достижения этого требования схемы размещения производственного оборудования, разрывы (расстояния) между единицами оборудования, а также оборудованием и стенами, колоннами должны соответствовать нормам технологического проектирования и СниП:

а) ширина проходов между смежными автоматизированными линиями должна быть не менее 800-1000 мм, от линии до стены со стороны обслуживания 1200-1500 мм, от торца линии до стены – 800-1000 мм. Автоматические линии, обслуживаемые с двух сторон, должны быть оборудованы переходными мостиками на расстоянии не более 25 м друг от друга, а линии, имеющие недоступные с уровня пола элементы обслуживания, – стационарными площадками или галереями. Ширина настила и высота перил мостиков, площадок и галерей должны быть не менее 800-1000 мм;

б) при планировке РТК (РТУ) необходимо исключать пересечение трасс следования оператора и движения исполнительных устройств ПР;

в) рабочее пространство ПР необходимо обозначать сплошными линиями шириной 50-100 мм, наносимыми на плоскость пола краской желтого цвета, стойкой к истиранию.

2. При организации РТК и др. необходимо предусматривать средства максимальной механизации вспомогательных трудоемких операций.

К этим операциям относят:

- транспортирование заготовок и изделий;

- загрузка и разгрузка накопителей;

- ориентация манипулируемых деталей в положение, удобное для захвата их рабочим органом;

- удаление стружки, окалины, других отходов из зоны обработки.

Устройства для удаления стружки из зоны резания являются обязательным компонентом роботизированного станочного комплекса, так как около него нет рабочего, выполняющего эти функции, а скопление стружки и загрязнение заготовок, обработанных деталей и рабочих органов ПР может привести к сбою в работе роботизированного комплекса и к аварийным ситуациям.

Соблюдение требований механизации вспомогательных операций обеспечит оптимальную физическую нагрузку на оператора и оставит за ним, в основном, функции управления и контроля работой РТК, РТУ.

3. РТК или участок должен оснащаться блокирующими устройствами. (Этот пункт перекликается с требованиями к ПР, но следует еще раз повторить т.к. РТК = ПР + оборудование).

В данном случае блокирующие устройства имеют следующее назначение:

- обеспечивать отключение РТК или РТУ в следующих случаях:

а) при технических неполадках на РТК (РТУ), а именно: нарушение роботизированного техпроцесса, отказа оборудования, выход параметров энергоносителей за допускаемые пределы (снижение электронапряжения, давления и т.п.);

б) при входе человека в зону РТК (РТУ);

- исключить самопроизвольный перевод автоматической линии с режима на режим (на наладочный, ручной или автоматический режим);

- предотвратить управление роботизированным процессом одновременно с различных пультов.

4. Роботизированные технологические комплексы и участки необходимо ограждать и обозначать сигнальными цветами и знаками безопасности.

Назначение ограждения – исключить возможность случайного попадания человека в опасную зону РТ (РТУ) и рабочее пространство ПР.

В качестве ограждающих устройств используются, как правило, стационарные ограждения.

Окончательно выбор типа оградительного устройства следует определять, исходя из принятого компоновочного решения и условий эксплуатации роботизированной системы.

К ограждениям предъявляются требования:

- оградительные устройства не должны затруднять визуальный контроль оператора за работой роботизированной системы;

- оградительные устройства должны обеспечивать вход оператора в огражденную зону только через предназначенные для этой цели проемы (двери), оборудованные блокировками.

В качестве блокировок используют светозащиту (фотоэлемент), дверной проем с датчиками, входная дверь с цифровым замком и др. Блокировки должны быть взаимосвязаны с системой управления ПР и обеспечивать его выключение при входе человека в огражденную зону.

На входной двери ограждения должен быть установлен знак «Вход воспрещен» по ГОСТ 12.4.026-76.

Размеры ограждений должны рассчитываться с учетом разрывов между ограждением и границами рабочей зоны, рабочего пространства ПР и технологического оборудования для удобного и безопасного выполнения программирования, обучения, ремонта и наладки ПР и оборудования. Рекомендуется принимать высоту ограждения Н ≤ 1300 мм; расстояние от границы рабочего пространства ПР или технологического оборудования ≤800 мм. Ограждение монтируют из труб, обшитых сеткой с ячейками 60 х 60 мм.

Ограждения окрашиваются полосами шириной 150-200 мм желтого и черного цветов под α = 45-60⁰.

Последнее по поводу ограждений: в случае перемещений ПР, объектов манипулирования над проходами, проездами и рабочими местами необходимо установить под зоной движения ПР защитные сетки или другие устройства. Они исключают травмирование человека при случайном падении объектов манипулирования.

5. При организации РТК (РТУ) должны соблюдаться требования к организации рабочего места оператора.

Рабочим местом является пульт управления: один или несколько.

Центральный (стационарный) пульт управления РТК следует размещать за пределами ограждения опасной зоны. При наличии протяженного РТК допускается применять переносные пульты управления у отдельных объектов. Но в этом случае необходимо применение блокировок, исключающих возможность параллельного управления одним и тем же оборудованием от различных пультов.

Стационарный пульт управления может быть открытым или располагаться в закрытой кабине. Так как зачастую имеют место неблагоприятные санитарно-гигиенические условия: шум, пыль, тепловыделения и др., то наиболее рациональным с позиции ОТ является размещение пультов управления РТК (РТУ) в закрытых кабинах. Здесь могут быть созданы оптимальные санитарно-гигиенические условия труда.

В соответствии с ГОСТ 12.2.072-82 такие кабины должны иметь следующие минимальные внутренние размеры: высота 2100 мм; ширина – 1700 мм; длина – 2000 мм; ширина дверного проема – 600 мм.

Компоновка рабочего места оператора за пультом должна обеспечивать его удобное положение при работе, хороший обзор приборов и органов управления и удобства пользования ими. Наиболее удобное положение оператора сидя. Органы управления и контроля размещаются в оптимальной зоне.

Освещенность на пульте управления должна быть не менее 400 лк, а уровень шума в закрытой кабине не должен превышать 80 дБА.

В кабину должен подаваться приточный воздух в количествах по СН 245-71. Оптимальным является оборудование кабин кондиционерами. Температура, влажность, скорость движения воздуха должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88.