Применение промышленных роботов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НОВОСИБИРСКИЙ
Кафедра технологии машиностроения
Контрольная работа
тема № 36
Применение промышленных роботов
Выполнил
Студент
Факультет
Группа
Преподаватель Еремина А. С.
Новосибирск
2010
Содержание
Введение
- Классификация промышленных роботов
- Структура промышленных роботов
2.1 Виды управления промышленным роботом
2.2 Способы программирования промышленного робота
- Использование роботов в промышленности
3.1 Промышленные роботы в массовом производстве
3.2 Промышленные роботы в крупносерийном производстве
3.3 Промышленные роботы в среднесерийном многономенклатурном производстве
3.4 Промышленные роботы в мелкосерийном производстве
4. Примеры операций, выполняемых при помощи промышленных роботов
4.1 Применение промышленных роботов при загрузочно-разгрузочных работах
4.2 Применение промышленных роботов при обработке деталей и заготовок
4.3 Применение промышленных роботов при операции сварки
4.4 Применение промышленных роботов при операции сверления
4.5 Применение промышленных роботов при бесконтактной обработке заготовок
4.6 Применение промышленных роботов при нанесении различных составов на поверхность
4.7 Применение промышленных роботов при операции сборки
Заключение
Список использованной литературы
Приложение 1
Введение
Научно-технический прогресс, под флагом которого шел весь двадцатый век, дал человечеству не только тысячи новинок, но и новые средства производства. К самым выдающимся новым средствам производства, безусловно являющимся вершиной человеческой мысли, можно отнести промышленных роботов. Промышленные роботы могут применяться практически во всех отраслях промышленности. Наибольшую распространенность они получили как в отраслях, связанных с опасными для человека условиями работы – например, высокими температурами или агрессивными химическими средами, парами, выбросами, повышенным радиационным фоном – так и в отраслях, изначально требующих высокой степени автоматизации – например, в процессах конвейерной сборки.
В данной работе мы перечислим основные виды промышленных роботов, рассмотрим в каких видах производства они применяются, а также разберем некоторые производственные операции, которые выполняются при помощи промышленных роботов.
- Классификация промышленных роботов
Классификацию промышленных роботов начнем с определения промышленного робота. Промышленный робот (по ГОСТ 25686—85) – автоматическая машина, стационарная или передвижная, состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. [2]
Существует множество классификаций промышленных роботов по тем или иным признакам. По уровню сложности работы и своего устройства роботы разделяются на 3 поколения:
1 поколение – это роботы, имеющие только обучающую память и адаптивные системы;
2 поколение
– это роботы с частично
самоорганизующейся системой
3 поколение
– это роботы с
В машиностроении в основном применяются роботы первого поколения и частично второго. Роботы второго и третьего поколения применяются для научных исследований и работе в условиях недоступных и вредных для человека.[6]
Классификация роботов производится также и по следующим признакам:
- По характеру выполнения технологических операций роботы делятся на 3 группы:
- технологические (производственные) роботы выполняют основные операции технологического процесса. Они непосредственно участвуют в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин, выполняющих такие операции как гибка, сварка, окраска, сборка и т.д.;
- вспомогательные (подъемно-транспортные) роботы выполняют функции переноса объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Их применяют для обслуживания основного технологического оборудования для автоматизации вспомогательных операций установки-снятия заготовок, деталей, инструмента и оснастки, очистки баз деталей и оборудования, питания конвейеров, а также на транспортно-складских и других операциях;
- универсальные роботы выполняют разнообразные технологические операции – основные и вспомогательные, т. е. они сочетают в себе признаки первых двух групп. Данный термин характеризует промышленный робот как по характеру выполняемых операций, так и по степени специализации.
- По степени специализации роботы подразделяются на:
- специальные промышленные роботы – предназначены для выполнения определенной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;
- специализированные (целевые) – предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сварка, окраска, сборка, гибка, штабелирование и т.д.);
- многоцелевые – предназначены для выполнения различных основных или вспомогательных операций, в том числе и таких, выполнение которых осуществляется разнотипными приемами. Они относятся к числу универсальных роботов.
- По типам производства:
1) роботы для серийного производства;
2) роботы для массового производства.
- По области применения по виду производства:
- в заготовительных цехах: литейных, кузнечнопрессовых и т.д.
- в основных цехах: механических, сборочных, термических, гальванических и др.;
- во вспомогательных цехах: инструментальных, ремонтных и др.
5. По технологическим операциям:
- выполнение основных операций – сборка, сварка, окраска, штабелирование и др.;
- выполнение вспомогательных операций при всех видах обработки;
- проведение операций контроля – информационные РТС;
- выполнение всех видов работ на складах;
- внутрицеховой и межцеховой транспорт.
6. По системам основных координатных перемещений:
1) Прямоугольная - плоская и пространственная;
- Полярная – плоская, цилиндрическая и сферическая;
- Ангулярная- плоская, цилиндрическая и сферическая;
7. По числу степеней подвижности:
1) с одной степенью подвижности;
2) с двумя степенью подвижности;
3) с n- степенями подвижности.
8. По грузоподъемности:
- сверхлегкие – до 1 кг.;
- легкие – до 10 кг.;
- средние – до 200 кг.;
- тяжелые – до 1000 кг.;
- сверх тяжелые – свыше – 1000 кг.
9. По степени мобильности:
1) стационарные роботы;
2) передвижные роботы.
10. По конструктивному исполнению:
1) встроенные в оборудование роботы;
2) напольные роботы;
3) подвесные роботы.
11. По типу силового привода:
1) С гидравлическим приводом;
2) С пневматическим приводом;
3) С электромеханическим приводом;
4) С комбинированным приводом.
12. По схеме расположения приводов:
1) с расположением приводов в едином блоке;
2) с расположением приводов на исполнительных органах;
3) с комбинированным расположением приводов.
13. По характеру обработки программы:
1) жесткопрограммируемые промышленные роботы, программа действий которых содержит полный набор информации, не изменяющийся в процессе работы. Они не обеспечивают корректировки программы при изменении внешней среды;
2) адаптивные промышленные роботы, которые осуществляют свои действия с использованием информации об объектах и явлениях внешней среды, полученной в процессе работы. Они имеют сенсорное обеспечение, позволяющее корректировать управляющую программу;
3) гибкопрограммируемые (интегральные) промышленные роботы, которые способны формировать программу своих действий на основе поставленной цели и информации об объектах и явлениях внешней среды.
14. По характеру программирования скоростей и дискретности перемещений:
1) позиционные (многоточечные или малоточечные) - перемещение осуществляется от точки к точке;
2) контурные – перемещение осуществляется по непрерывной траектории;
3) комбинированные. [2]
- Структура промышленных роботов
Промышленный робот состоит из исполнительного устройства в виде манипулятора и устройства программного управления. Манипулятор промышленного робота предназначен для выполнения двигательных функций при перемещении объектов в пространстве и представляет собой многозвенный механизм с разомкнутой кинематической цепью. Конструктивно манипулятор состоит из несущих конструкций, исполнительных механизмов, захватного устройства, привода с передаточными механизмами и устройства передвижения. Устройство программного управления промышленного робота необходимо для формирования и выдачи управляющих воздействий манипулятору в соответствии с управляющей программой и конструктивно состоит из системы управления, информационно-измерительной системы с устройствами обратной связи и системы связи. Устройство передвижения служит для перемещения манипулятора или промышленного робота в целом в необходимое место рабочего пространства и конструктивно состоит из ходовой части и приводных устройств. Система управления необходима для непосредственного формирования и выдачи управляющих сигналов и состоит из пульта управления, запоминающего устройства, вычислительного устройства, блоков управления приводами манипулятора и технологическим оборудованием. Информационно-измерительная система предназначена для сбора и первичной обработки информации для системы управления промышленным роботом, включает в себя устройство обратной связи, устройство сравнения сигналов и датчики обратной связи. Систему связи используют для обеспечения обмена информацией между промышленным роботом и оператором или другими роботами и технологическими устройствами с целью формулировки заданий, контроля за функционированием систем промышленного робота и технологического оборудования, диагностики неисправностей, регламентной проверки и т.п. Одна из конструкций промышленного робота представлена в Приложении 1. [5]
Воздействие
робота на внешнюю среду и
Различают промышленные роботы с цикловым, позиционным и контурным управлением.[3]
2.1 Виды управления промышленным роботом
Цикловые роботы составляют простейший и самый распространенный класс. У таких роботов по программе, задаваемой обычно от микроконтроллера, меняется только цикл движений - последовательность включений приводов по степеням подвижности и временные интервалы между включениями. В результате можно программно изменить последовательность выхода в различные, но жестко определенные точки пространства. Значения перемещений (координат позиций) и скоростей по степеням подвижности настраивают каждый раз при внедрении робота в тот или иной технологический процесс. Перемещения по степеням подвижности настраивают жесткими упорами, а скорости - соответствующими регулировками систем питания приводов.
Роботы
с позиционным управлением
Роботы с контурным управлением имеют такие систему привода и устройство программного управления, которые обеспечивают выполнение как заданных последовательностей перемещений, так и бесступенчатое регулирование их значений и скоростей. Эти роботы могут выполнять программные движения в пространстве по любым заданным траекториям. [3]
2.2 Способы программирования промышленного робота
Программирование любого промышленного робота сводится к составлению, вводу и отладке управляющей программы. Существуют два способа программирования промышленного робота - аналитическое программирование и обучение. При аналитическом программировании управляющую программу составляют на основе расчетов по математической модели роботов и затем заносят в устройство управления. При обучении промышленного робота составление и ввод управляющей программы осуществляет человек-оператор посредством предварительного движения рабочего органа по намеченным позициям или траекториям с занесением в устройство управления значений параметров этого движения в виде управляющей программы. Выполняя процесс обучения, оператор обычно пользуется выносным пультом управления, который позволяет, включая приводы отдельных движений робота, задавать траектории или позиции рабочему органу. Если построенные таким образом траектории или позиции соответствуют требуемым в будущем технологическом процессе, они запоминаются.
Все три выделенных класса роботов не имеют устройств, позволяющих воспринимать информацию о внешней среде, в том числе об объектах манипулирования, и действуют по неизменяемой в процессе работы (жесткой) программе. Поэтому при их применении внешняя среда должна быть организована настолько хорошо и "жестко", насколько это необходимо для правильной работы робота. Объекты манипулирования должны быть вовремя, с заданной ориентацией и достаточно точно поданы на загрузочную позицию, действия робота и обслуживаемого им оборудования жестко синхронизированы. [3]
- Использование роботов в промышленности
Автоматизация производства в машиностроении представляет собой самостоятельную комплексную задачу, связанную с созданием нового современного оборудования, технологических процессов, систем организации производства при систематическом повышении прибыли, улучшении условий труда и сокращении потребности в рабочей силе. Уровень и способы автоматизации зависят от вида и серийности производства, оснащенности техническими средствами. Эффективность автоматизации определяется тем, насколько рационально организован производственный процесс в целом, комплексно ли и на всех ли звеньях технологической цепочки внедрены средства автоматизации, насколько принятая система организации и управления производством позволяет принимать решения на низшем уровне (для ликвидации внеплановых простоев). Эффективность автоматизации благодаря применению промышленных роботов также может быть достигнута только при комплексном подходе к созданию и внедрению роботов, обрабатывающего оборудования, средств управления, вспомогательных механизмов и устройств и т. д. Проводить организационно-технологические мероприятия значительного объема ради единичного внедрения промышленного робота нерентабельно. Только расширенное применение промышленных роботов в составе сложных роботизированных технологических систем оправдано технически, экономически и социально. Промышленные роботы могут быть эффективно применены в условиях производства с различной серийностью для автоматизации вспомогательных и основных технологических операций. [2]
- Промышленные роботы в массовом производстве
Массовое производство с постоянным объектом выпуска предполагает применение высокопроизводительного специального основного технологического оборудования, объединенного автоматическими транспортно-загрузочными механизмами периодического действия, что в комплексе представляет собой автоматические линии. При создании таких линий стремятся обеспечить минимальный цикл работы. Жесткие автоматические линии отличаются высокой производительностью и широко применяются в подшипниковой промышленности, автомобилестроении, тракторном и сельскохозяйственном машиностроении, производстве изделий бытовой техники и т. д. Так как эти линии нельзя использовать при смене объекта производства, то они должны окупаться за период эксплуатации. Главные требования, предъявляемые к основному и вспомогательному оборудованию, — высокая производительность, надежность при длительной эксплуатации и высокий уровень автоматизации выполняемых операций. Надежность и ресурс основного технологического оборудования, вспомогательных устройств и средств автоматизации ограничены сроком выпуска массовой продукции. Средства автоматизации не обязательно должны быть переналаживаемыми и функционально взаимозаменяемыми, что определяет сравнительную простоту их конструкций.
Однако и в массовом производстве возрастающие темпы технического прогресса обусловливают сравнительно частое изменение конструкций и свойств выпускаемых изделий, что, в свою очередь, вызывает необходимость в переналадке или изменении структуры действующей автоматической линии, замене оборудования и средств автоматизации и т. д. Таким образом, срок эксплуатации жесткой автоматической линии, ориентированной на выпуск конкретной продукции, сокращается. Это вызывает необходимость широкого применения промышленных роботов в массовом производстве.
Применение промышленных роботов различного функционального назначения позволяет быстро комплектовать комплексные автоматические линии, в состав которых входит разнородное технологическое оборудование, исключает необходимость создания в каждом конкретном случае специальных транспортных средств, позволяет быстро переналаживать автоматические линии, а также комплектовать и пускать их в эксплуатацию в более сжатые сроки. [2]
3.2 Промышленные роботы в крупносе
Крупносерийное производство характеризуется ограниченным сроком морального старения выпускаемого изделия. Подготовка такого производства должна осуществляться, в короткие сроки, так как выпускаемая продукция изготовляется в течение ограниченного времени. Основные требования, предъявляемые к основному и вспомогательному оборудованию — высокая производительность, надежность, переналаживаемость и возможность перекомпоновки сравнительно легкими способами. Снижение стоимости подготовки производства и себестоимости продукции прямо зависит от соблюдения этих условий.
Перечисленным требованиям вполне удовлетворяет автоматическое и полуавтоматическое обрабатывающее оборудование, которое с помощью промышленных роботов можно объединить в автоматические линии с гибкой связью. Объединение промышленных роботов с высокоавтоматизированным оборудованием в предметные робототехнические комплексы позволит решить задачу создания комплексно-автоматизированных участков и линий с гибкой связью, обеспечить их переналадку, а при необходимости — изменение структуры и переукомплектование. [2]
3.3 Промышленные роботы в среднесерийном многономенклатурном производстве
Среднесерийное
Проблема комплексной
3.4 Промышленные роботы в мелкосерийном производстве
Мелкосерийное производство требующее переналадки за время смены, высоких производительности труда и степени автоматизации производственных процессов, находится в настоящее время на наиболее низком уровне. Повышение технико-экономических показателей этого производства предполагается путем широкого применения оборудования с числовым программным управлением, которое должно быть объединено в участки либо по функциональному признаку (однородные станки), либо по технологическому принципу (обеспечение последовательного технологического маршрута обработки). Перспективно применение роботизированных комплексов на основе многооперационных станков с числовым программным управлением с высоким уровнем концентрации и совмещения операций. Методы групповой технологии позволяют и в мелкосерийном производстве в ряде случаев организовать обработку укрупненных партий однотипных деталей. Основной структурной единицей автоматизированных гибких производственных систем и при мелкосерийном производстве должны стать роботизированные комплексы оборудования — роботы, программируемые по первой детали методом обучения; такое решение обеспечит рентабельность обработки деталей с партией запуска 5—10 шт. [2]
- Примеры операций, выполняемых при помощи промышленных роботов
В настоящее время промышленные роботы используются во многих видах производства. Но на разных производствах промышленные роботы выполняют схожие операции. Рассмотрим некоторые из них.
4.1 Применение промышленных роботов при загрузочно-разгрузочных работах
Во многих отраслях машиностроительной
промышленности используются установки
для литья, резки и ковки. В
большинстве случаев
Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок и охлаждениях. Такой подход обладает двумя преимуществами. Прежде всего, роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса: действуют в соответствии с заданной программой - они всегда вводят в установку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они извлекают из нее отформованные детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий.
Второе преимущество данного подхода заключается в том, что значительно облегчается работа оператора. Таким образом, роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и управлению действиями робота с помощью компьютера. [1]
4.2 Применение промышленных роботов при обработке деталей и заготовок
Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они продемонстрировали свою эффективность при решении многих задач.[4]
4.3 Применение промышленных роботов при операции сварки
Эта операция чаще всего
выполняется с помощью роботов,
предназначенных для
В соответствии с управляющей программой сварочный пистолет может перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.
Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной промышленности. 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 конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируются на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений .
При очевидных преимуществах
такого использования роботов
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 незначительные смещения
заготовки. Сварщик лишь слегка сместит
инструмент, с тем, чтобы выполнить
шов в заданном месте. Робот же
не способен самостоятельно принимать
подобные решения, если фиксаторы допускают
перекос или смещение, то существует
вероятность того, что сварные
швы будут расположены с
Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик 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. [1]
4.4 Применение промышленных роботов при операции сверления
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 самолетостроении:
они предшествуют клепке, при которой
в отверстия вставляются
4.5 Применение промышленных роботов при бесконтактной обработке 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 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.[4]
4.6 Применение промышленных роботов при нанесении различных составов на поверхность
На большинстве 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]