Московский ордена Ленина , ордена Октябрьской Революции
и ордена Трудового красного знамени
государственный технический университет имени Н.Э.Баумана.РЕФЕРАТ
Тема: Использование роботов на промышленных предприятиях.
студент: Калачев А.Ю.
Преподаватель: Грановский Владимир Гербертович.Рассмотрим конкретные задачи , которые роботы решают в
настоящее время на промышленных предприятиях. Их можно разделить на три
основных категории :
— манипуляции заготовками и изделиями
— обработка с помощью различных инструментов
-сборка .Манипуляции изделиями и заготовками.
При разгрузочно-загрузочных и транспортных операциях робот заменяет пару
человеческих рук . В его обязанности не входят особенно сложные процедуры .
Он всего лишь многократно повторяет одну и туже операцию в соответствии с
заложенной в нем (роботе) программой . Рассмотрим типичные применения таких
роботов .1) Загрузочно-разгрузочные работы .
Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются установки
для литья , резки и ковки . В большинстве случаев последовательность
выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в
производственную установку , которая затем обрабатывает их строго
определенным образом , и , наконец , готовые детали извлекают из нее .
Загрузку и разгрузку , как правило , выполняют рабочие или в тех случаях ,
когда применимы средства жесткой автоматизации , специализированные
механизмы , расчитанные на операции только одного вида . Роботы могут здесь
оказаться полезными , если характер таких загрузочно-разгрузочных операций
время от времени меняется .
Например , в литейном производтстве роботы используются как для
дозированной разливки расплавленного алюминия , так и для извлечения из
пресс-формы затвердевших отливок и охлажденияих . Такой подход обладает
двумя преимуществами . прежде всего роботы гарантируют более строгое
соблюдение требований технологического процесса : действую и соответствии с
заданной программой , они всегда вводят в установку точно дозированное
количество металла . Затем в строго определенные моменеты времени они
извлекают из нее отформованные детали . Благодоря точному соблюдению
технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий .
Второе преимущество данного подхода заключается в том , что
значительно облегчается работа оператора . Извлечение раскаленного куска
металла из пресс-формы одна из мало привлекательных работ , и желательно ,
чтобы ее выполнял робот . Таким образом роль человека сводится к контролю
за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью
компьютера.2) Перенос изделий с одной производственной установки на другую .
Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-
разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного
производственного участка на другой . И при выполнение таких перемещений
роботы играют немаловажную роль .
На заводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем компьютеры
, роботы загружает магнитные диски в систему , где на них записывается
необходимая информация . Программа , управляющая роботом , содержит
инструкции относительно того , в какую из четырех установок для записи
следует загружать тот или иной “пустой” диск . Кроме того , программа
задает конкретный набор команд , который соответствующая установка должна
занести на диск . Тот же робот осуществляет и два других этапа этого
технологического процесса . Он извлекает диск из записывающей установки и
помещает его в устройство , которое струей сжатого воздуха прижимает к
поверхности диска сомоклеющуюся метку . Затем робот вынимает диск с помощью
захватного происпособления и упаковывает его конверт .
Подобный робот разработан и внедрен на английском
автомобилестроительном заводе . Он передвигается на гусеницах между пятью
производственными участками завода . Робот извлекает пластмассовую деталь
автомобиля из установки для инжекторного пресования и последовательно
переносит деталь на доводочные участки , где с нее снимаются облои и
заусенцы . Далее робот помещает деталь на специализированный станок ,
который полирует ее. И наконец деталь перемещается с полировального станка
на конвеер .3) Упаковка.
Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать
, и для роботов не представляет сложности поднимать гготовые изделия и
помещать в какую-либо тару.
На заводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные
роботы занимаются укладкой конфет в коробки . Эти машины весьма сложны и
совершенны. Во-первых они обращаются с продукцией очень аккуратно : сжав
шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его . Во-
вторых , робот соблюдает высокую точность при укладке конфет в коробки ,
помещая их в определенные ячейки коробки .4) Погрузка тяжелых предметов на конвеер или палеты.
Помимо упаковки миниатюрных изделий , а также промышленных и бытовых
товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов . По существу
они здесь заменяют подъемно-транспортные машины , управляемые оператором-
человеком.Обработка деталей и заготовок .
Хотя роботы , выполняющие обработку изделий с помощью различных
инструментов и нашли пока менее широкое применение , чем аналогичное
оборудование для транспортировки деталей и заготовок , они
продемонстрировалисвою эффективность при решении многих задач .1) Сварка .
Эта операцая чаще всего выполняется с помощью роботов ,
предназначенных для манипулирования инструментом . роботы могут
осуществлять два вида сварки : точечную контактную и дуговую . В обоих
случаях робот удерживает сварочный пистолет , который пропускает ток через
две соединяемые металлические детали .
В соответствии с управляющей программой сварочный пистолет может
перемещатся практически не отклоняясь от заданной траектории . И если
программа отлаженна хорошо , сварочный пистолет прокладывает шов с очень
высокой точностью .
Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной
промышленнсти . При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное
количество операций точечной сварки , чтобы надлежащим образом соединить
между собой различные детали кузова, например боковины , крышу и капот . На
современных конвеерах эти детали вначеле соединяются временно несколькими
прихваточными сварными соединениями . Далее кузов перемпщается по конвееру
мимо группы роботов , каждый из которых осуществляет сварку встрого
определенных местах . Поскольку все кузова , монтируемые на одной
производственной линии , для получения высококачественных соединений просто
требуется , чтобы робот кождый раз повторял заданную последовательность
перемещений .
При очевидных преимуществах такого использования роботов существует
ряд и серьезных технических проблем. Запрограммировать робот весьма
непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора
, но и подготовить инструкции , в соответствии с которыми регулируется
напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут
менятся ,например , в зависимости от толщины сварримоего материала или от
того , какую форму имеет прокладываемый шов — прямую или криволинейную.
Также необходимо сконструировать фиксаторы , удерживающие детали в
процессе сварки таким образом , чтобы сварка осуществлялась при высокой
точности позиционирования . Когда сварочный пистолет держит человек , он
способен учитывать незначетельные смещения заготовки. Сварщик-человеку лишь
слегка сместит инструмент , с тем чтобы выполнить шов в заданном месте .
Робот же не способен принимать подобные решения , если фиксаторы допускают
перекос или смещение , то существует вероятность того ,что сварные швы
будут расположенны с отклонением . Кроме того , фиксатор должен быть таким
, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.
Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали.
Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах , но
роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом , когда сварка
осуществляется с помощью автоматики , допуски на детали , изготавливаемые
на других участках предприятия, должны быть минимальными.
Характер воздействия , которое роботы оказывают на другие этапы
производственного процесса (весьма вероятно , что оно приведет к тесной
привязке всех технологических операций ) , называется “принципом домино” в
робототехнике.2) Обработка резаньем.
2.1) Сверление .
Как правило операцию сверления осуществляют на станке. При
использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий
инструмент , который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали ,
высверливая отверстия в нужных местах . Преимущество подобной процедуры
проявляется в тех случаях , когда приходится работать с крупногабаритными и
массивными деталями или проделывать большое число отверстий.
Операции сверления играют значительную роль в производстве самолетов
: они предшествуют клепке , при которой в отверстия вставляются миниатюрные
зажимные детали , скрепляющие между собой два листа металла. В деталях
самолетов необходимо проделывать сотни , а то и тысячи отверстий под
заклепки , и вполне естественно , что такую операцию поручили роботу .
Английская компания изготавливает детали механизма бомбосбрасывания ,
предназначенного для истребителя “Торнадо” . Механизм представляет собой
цилиндрическую конструкцию длиной примерно 6м , к которой требуется
приклепать кожух из восьми металлических панелей . В кожухе необходимо
просверлить около 3000 отверстий под заклепки . Проблема заключалась в том
, как добиться, чтобы робот , оснащенный высокоскоростной сверлильной
головкой , проделывал отверстия точно в заданных местах .
Инженеры пришли к выводу , что данную проблему можно решить следующим
образом : рабочий просверливает ряд эталонных отверстий (примерно через
метр друг от друга) вдоль панелей , которые размещаются надлежащтм образом
поверх цилиндрической конструкции . Манипулятор с закрепленным в его зажиме
сенсорным зондом (а не сверлом) перемещается над поверхностью заготовки ,
посылая в память робота данные о местонахождении эталонных отверстий .
Затем робот расчитывает точные координаты остальных отверстий , исходя из
этих базовых точек . Затем робот , завершив операцию сверления , удаляет
оставшиеся в отверстиях крошечные частицы металла специальным инструментом.2.2) Безконтактная обработка заготовок .
Из-за малой жесткости и недостаточной твердости , роботы не могут
проводить обработку твердых материалов резаньем. Поэтому инженеры изучают
бесконтактные методы обработки материалов , подобных металлу или пластику .
Для этой цели , в частности , используется лазер . В рабочем органе робота
закреплен прибор , который направляет высокоэнергетическое когерентное
излучение лазера (для чего нередко используется волокно-оптическая система
передачи) на обрабатываемую заготовку . Лазер может с высокой точностью
резать пластины из металла , в частности стали . Робот перемещает рабочий
орган над обрабатываемым листовым материалом по траектории , определяемой
программой . Программой же регулируется интенсивность светового луча в
соответствии с толщиной нарезаемого материала .
Другой бесконтактный метод резанья основан на использовании струи
жидкости . Такой подход впервые применила компания “Дженерал моторс” . На
ее заводе в Адриане установлена система с 10 роботами , изготавливающая
пластмассовые детали нефтеналивных цистерн. Восемь из десяти роботов
напрявляют водяные струи под высоким давлением на перемещаемые конвеером
пластмассовые листы. Эти струи прорезают в исходном материале ряд отверстий
и щелей , а также удаляют лишние элементы пластмассовых прессованых
деталей. по утверждению представителей компании “Дженерал моторс” ,
подобная роботизированная система весьма экономична , поскольку исключает
износ инструмента и позволяет повысить качество операций резанья .
Поскольку система управляется программой , которая находится в памяти
центрального компьютера , для контроля и обслуживания всех 10 роботов
требуется только два оператора.3) Нанесение различных составов на поверхность.
На большенстве предприятий после таких операций , как резанье ,
производится обработка поверхности только что изготовленных деталей (чаще
всего окраска) . Это еще один тип производственных операций , которые
способен выполнять робот если его оснастить пульверизатором. В память
робота закладывается программа , обеспечивающая выполнение определенной ,
многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно
программа регулирует скорость разбрызгивания краски . В результате на
поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие , причем
нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски , чем человек ,
которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки
поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы
металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей
среды , а также нанесение клеевых составов на поверхность деталей
подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали
возможность применения последней операции на этапе окончательной “подгонки”
готовых узлов , в частности при монтаже таких элементов , как хромовые
вкладыши на кузове автомобиля . При выполнении подобных операций робот
помещают в оболочку , которая защищает его от попадания клея и других
связующих веществ . Его также можно “обучить” тому , чтобы он время от
времени самостоятельно очищался , погружая захватное приспособление в
очищающую жидкость .4) Чистовая обработка.
Самой “непопулярной” операцией в механообработке , которая к тому же
труднее потдается автоматизации , является , пожалуй , удаление заусенцев ,
посторонних частиц и зачистка.
Такая чистовая обработка-весьма непростая процедура. Рабочий подносит
обрабатываемую деталь к абразивному инструменту , который стачивает острые
края и шероховатости на поверхности изделия . Данная процедура занимает
важное место в технологическом процессе , однако выполнять ее вручную
весьма непросто.
Возможности использования роботов для окончательной обработки изделий
исследовались во многих странах. Основная трудность здесь состоит в том ,
что роботы не обладают естественной для человека способностью
контролировать качество своей работы , робот не может менять
последовательность своих действий , если он не снабжен соответствующими
датчиками . Английская фирма , специализирующаяся на изготовлении
соединительных элементов водопроводных труб , осуществила проект , который
позволил оснастить робот простейшей системой машинного“ зрения в виде
телевизионной камеры. Предположим , робот держит какую-то деталь , например
латунный водопроводный кран ; телекамера передает изображение крана в
компьтер , который в свою очередь регулирует прижатие шлифовального ремня ,
стачивающего неровности на поверхности этой литой детали . Кроме того ,
компьютер управляет перемещением манипулятора робота. Таким образом ,
действия всех компонентов системы — телекамеры , основного манипулятора ,
регулирующего прижатие шлифовального ремня ,-взаимно скоординированны.5) Испытания и контроль.
После того как изготовленна деталь или смонтировано несколько узлов ,
обычно проводтся их испытание с целью выявления возможных дефектов .
Тщательному контролю подвергаются линейные размеры деталей . Все
измерительные операции являются частью повседневных задач , решаемых на
всех предприятиях мира . Роботы способны облегчить их выполнение . Для этой
цели роботы оснащаются миниатюрными оптическими датчиками ; как правило ,
это светодиоды, обьединенные с полупроводниковыми светочувствительными
приборами . Облучая проверяемую поверхность лучом определенной частоты ,
подобный датчик принимает отраженное от поверхности излучение , имеющее
туже частоту . Робот , в соответствии с заложенной в нем программой ,
перемещает датчик от одной точки контролируемого изделия к другой . по
результатам измерения интервала времени между моментом испускания светового
импульса и его приема после отражения рассчитывается форма проверяемой
поверхности . Все эти действия выполняет компьютер данной
автоматизированной системы.
Операции подобного рода позволяют избежать использование таких
инструментов , как микрометры и штангенциркули. Подобные робототехнические
средства впервые использовала компания “Дженерал моторс” для контроля формы
и размеров автомобильных деталей . При использовании такой роботизированной
ситемы отпадает необходимость в отправке изделий на специальные пункты
контроля качества — соответствующие процедуры можно осуществлять
непосредственно на конвеере , не прерывая производственного процесса.Сборка.
Большой обьем работ на современных предприятий приходится на
сборочные операции , однако многие тз них требуют особо мастерства и
слишком сложны для машины . Всвязи с этим значительная часть сборки до сих
пор выполняется вручную . Тем не менее ряд сборочных процессов уже
автоматизирован ; это относится главным образом к относительно простым и
многократно повторяющимся операциям .
На примере фирмы IBM можно проследить , как проходили эксперименты по
применению роботов в сборочных процессах. Эта крупнейшая фирма по
производству компьтеров не только продает роботы , предназначенные для
сборки , но и использует их на собственных предприятиях во многих странах.
На заводе этой компании в Гриноке (Шотландия) занимаются созданием
“островков автоматизации” — комплексов , содержащих большое количество
компьтеризированных механизмов , которыми производят сборку изделий при
минимальном участии человека . По оценке специалистов фирмы IBM , в
результате автоматизации ежегодный обьем прдукции предприятия вырос в 10
раз по сравнению с 1974 годом , тогда как число работающих на нем осталось
практически неизменным.
Один из таких “остравков” представляет собой производственную линию ,
на которой изготавливаются логические блоки с силовыми каскадами . Линия
включает процессоры и источники питания для дисплеев, входящих в состав
микрокомпьтеров. На линии производится сборка четырех компонентов : Двух
частей пластмассового корпуса устройства , блока электрических цепей и
пластмассовой платы со смонтированным на ней набором микросхем.
Для монтажа каждого блока трабуется всего два винта , которые
подаются в рабочие органы роботов специальными механизмами — питателями .
Роботы сами вводят винты в соответсвующие отверстия изделия. Для управления
всей производственной линией достаточно пяти человек . По данным фирмы IBM
, для изготовления такого же количества устройств традиционными методами
ручной сборки потребовалось бы вчетверо больше рабочих .
Проявляется тенденция к созданию связей , в рамках предприятия , между
системами автоматической сборки подобных описанной выше. Например с помощью
автоматических транспортых средств , которые перемещают изделия ,
находящихся на тех или иных стадиях готовности.2.1)Монтаж печатных плат.
Еще одна отрасль производства , где роботы-сборщики могли бы найти
широкое применение,- монтаж электронных компонентов на печатных платах .
Некоторые из таких операций могут выполнять специализированные сборочные
комплексы , однако , по существу , они представляют собой манипуляторы ,
рассчитанные на решение строго определенных задач ; их нельзя
запрограммировать таким образом , чтобы они выполняли какие-то другие
операции или манипулировали нестандартными компонетами . Поэтому при
использовании подобных установок предназначенных для
узкоспециализированного монтажа комплекты компонетов стандартной формы
загружаются в накопительные желоба многоячеечных магазинов , похожих на
потронташ . Эти магазины перемещаются мимо механического захвата, который
поочередно извлеккает оттуда компоненты и устанавливает их в нужные места
на плате.Литература.
1)Под ред. П . Марша. “Не счесть у робота профессий”.
2)Под ред. Б.И.Черпакова. “ГПС,ПР,РТК” книга 4 “Транспортно-накопительные
системы”3)Под ред. Б.И.Черпакова. “ГПС,ПР,РТК” книга 10 “Гибкие автоматизированные
линии массового и крупно серийного производства”.4) Под ред. Б.И.Черпакова. “ГПС,ПР,РТК” книга 13 “ГПС для сборочных работ”.
