Материал: Автоматизация производственных процессов в машиностроении. Пачевский В.М., Яценко С.Н

Технический уровень ПР определяют следующие параметры: пределы и степени свободы движения, способность движения в многомерном пространстве, погрешность позиционирования (линейная или угловая погрешность, с которой ПР выполняет свои функции), повторяемость, гибкость системы управления, объем памяти и др. Кроме того, ПР характеризуются своей грузоподъемностью, площадью зоны обслуживания, формами и габаритами захватываемых деталей.

По степени участия человека в управлении принято классифицировать роботы на три группы (три поколения). Роботы первого поколения работают по «жесткой» программе и требуют точного позиционирования изделий. Они имеют весьма ограниченные возможности по восприятию рабочей среды.

Роботы второго поколения (адаптивные роботы) способны приспосабливаться к изменяющейся обстановке и не требуют точного позиционирования изделий, так как снабжены датчиками обратной связи.

Роботы третьего поколения (интеллектуальные роботы) могут воспринимать, логически оценивать ситуацию и в зависимости от этого определять движения, необходимые для достижения заданной цели работы. Системы управления этих роботов снабжены встроенными ЭВМ.

В силу своей простоты и надежности наиболее распространены ПР первого поколения, с числом степеней свободы не менее пяти и без обратной связи.

По степени универсальности ПР делят на три группы:

- универсальные, предназначенные для выполнения основных и вспомогательных операций независимо от типа производства, со сменой захватного устройства и с наибольшим числом степеней свободы;

- специализированные, предназначенные для работы с деталями определенного класса при выполнении операций штамповки, механообработки, сборки, со сменой захватного устройства и с ограниченным числом степеней свободы;

- специальные, предназначенные для выполнения работы только с определенными деталями по строго зафиксированной программе и обладающие 1-3 степенями свободы.

По способу выполнения движения различают ПР с дискретным управлением (последовательное движение по каждой координате) и ПР с траекторным управлением (одновременное движение по нескольким координатам).

По методам управления роботы можно классифицировать на два типа: ПР с разомкнутой системой управления (например, с временной зависимостью) и ПР с замкнутой системой управления (скорости определяет сам робот).

Системы управления роботами подразделяют на релейные (двухпозиционные), обеспечивающие движение ПР по упорам, и шагового типа, обеспечивающие движение ПР по контрольным точкам, когда величина шага контролируется от позиции к позиции (от одной точки к другой).

В отличие от станков роботы программируют, как правило, методом обучения, когда на первом цикле оператор, управляя роботом вручную, имитирует цикл работы. Вся последовательность движений робота, координаты позиций и траектории перемещений запоминаются и воспроизводятся в последующих циклах автоматически.

По типу привода различают гидравлические, пневматические, электрические, смешанные ПР. Промышленные роботы бывают неподвижными (стационарными) и подвижными. И те, и другие могут быть как напольными, так и подвесными. К подвижным относятся транспортные ПР, обслуживающие линии, участки, комплексы.

В состав ПР входят:

- механизмы захвата и захватные устройства;

- механизмы движения рук по цилиндрической поверхности (рука движется по вертикали и поворачивается) и по сферической поверхности;

- механизмы перемещения;

- датчики.

Важной составной частью роботов являются датчики: контактные, сигнализирующие о прикосновении руки робота; локационные, определяющие скорость движения и расстояние до предметов; телевизионные и оптические, образующие искусственное зрение; датчики усилий и моментов на исполнительных руках робота при проведении операции; датчики, различающие цвет, температуру, звучание и другие факторы. Система датчиков служит источником обратных связей для управления роботом. Сигналы датчиков нужным образом преобразуются и обрабатываются на ЭВМ с целью формирования сигналов управления, подаваемых на приводы исполнительных рук. В результате робот начинает действовать с учетом фактической обстановки, т. е. он получает возможность адаптации (приспособления своих действий) к реально складывающейся обстановке.

Расчет и конструирование ПР проводят, исходя из комплекса задач по обслуживанию оборудования и выполнению технологических операций, статических и динамических требований при выполнении этих задач (погрешность позиционирования, грузоподъемность, траектории движений, скорости и ускорения подвижных частей). При этом выполняют тщательный анализ существующих технических решений для каждой функциональной части робота (захватов, рук, датчиков, механизмов передвижения, системы управления и пр.) В силу этой специфики при конструировании роботов используют модульный принцип, т.е. составляют ПР из конструктивно законченных отдельных функциональных частей: модулей линейных и угловых перемещений, сменных захватных устройств, комплектов переходных элементов.

Преимуществами ПР являются:

• гибкость, возможность обслуживания различного технологического оборудования;

• возможность выравнивания работы обслуживаемого оборудования линии, комплекса;

• высвобождение обслуживающего персонала, улучшение условий его труда.

1.3. Транспортные устройства автоматизированных систем

Транспортные устройства автоматизированных систем предназначены для перемещения деталей и сборочных единиц с позиции на позицию, распределение деталей по потокам, поворота и ориентации деталей. Все транспортные устройства делят на автоматизированные системы с жесткой и гибкой связью.

Транспортные механизмы автоматизированных систем с жесткой связью включают в себя:

- шаговые транспортеры;

- поворотные столы и кантователи;

- перегружатели;

- рейнеры;

- приспособления-спутники;

- механизмы возврата приспособлений-спутников.

Транспортные механизмы автоматизированных систем с гибкой связью включают в себя:

- транспортеры-распределители;

- лотки;

- делители потоков;

- подъемники;

- транспортные роботы;

- ритмопитатели.

Сюда же в качестве составной части транспортных механизмов с гибкой связью можно отнести транспортеры-накопители; магазины-накопители; бункера-накопители.

К группе транспортных механизмов систем с гибкой связью относят и транспортные средства переналаживаемых автоматизированных систем. Их особенностью является широкое использование автоматизированных складов и накопителей, обслуживаемых штабелерами, транспортных тележек с манипуляторами, приемно-передающих устройств, поворотных столов, что позволяет объединять их в транспортно-накопительные системы (ТНС). Характер работы, состав и конструктивные особенности транспорта зависят от характеристик изделий и характера основных и вспомогательных операций. Работа транспорта в наибольшей степени влияет на надежность и производительность автоматизированных систем.

1.4. Технические средства автоматизированных транспортных систем

Технические средства ТНС делят на две группы: основное оборудование и вспомогательное.

Основное оборудование предназначено для перемещения грузов в условиях автоматизированного производства (стеллажные и мостовые краны-штабелеры, транспортные роботы, конвейеры, накопители, перегрузочные и ориентирующие устройства, транспортно-складская тара, средства АСУ).

Вспомогательное оборудование: толкатели, ориентаторы, подъемники, питатели, адресователи.

Транспортные и накопительные средства выбирают на основе анализа грузопотоков на участке или в цехе с учетом свойств материалов изделий. При выборе схемы грузопотоков необходимо учитывать наименьшие по протяженности маршруты перемещения грузов, минимальное применение перегрузочных устройств, кантователей.

Особенностью АУ является применение в качестве транспортных средств кранов-штабелеров и транспортных промышленных роботов. Все транспортные средства, используемые на этих участках, должны быть оснащены системами автоматического адресования и иметь устройства автоматической погрузки-разгрузки грузов.

Кроме того, в условиях автоматизированного производства широко применяют подвесной транспорт, напольные конвейеры, транспортеры, тележечный транспорт.

К подвесному транспорту относятся:

- подвесные конвейеры для внутрицеховых и межоперационных перемещений деталей и изделий весом до 2 т на расстояние до 1000 м, для создания подвижных запасов деталей на рабочих подвесках конвейера; более тяжелые грузы весом до 2,5 т и выше могут транспортироваться на грузотянущих конвейерах с тележками;

- подвесные монорельсы для внутрицеховых грузопотоков максимальной грузоподъемностью до 20 т;

- монорельсовые транспортные роботы с устройствами для перемещения и манипулирования изделиями весом до 300 кг;

- подвесные дороги с электротягачом и прицепными тележками грузоподъемностью до 500 кг.

К напольным конвейерам и транспортерам для поточного производства относятся:

- рольганги (приводные и неприводные наклонные) для меж-операционного перемещения изделий весом до 1200 кг;

- ленточные конвейеры для транспортирования мелких деталей весом до 250 кг с малым тактом выпуска;

- тележечные конвейеры, применяемые для транспортирования изделий на сборочном участке, реже на механических участках. В зависимости от габаритов изделий применяют вертикально и горизонтально замкнутые конвейеры грузоподъемностью до 8000 кг и до 1000 кг соответственно;

- шагающие конвейеры с пульсирующим перемещением изделий при сборке грузоподъемностью до 7 т при относительно малых габаритах и простоте конструкции.

К напольно-тележечному внутрицеховому транспорту относятся:

- электропогрузчики и электротележки (электрокары) грузоподъемностью до 0,5 т;

- электроштабелеры напольные грузоподъемностью до 2 т;

- транспортные напольные роботы (рельсовые и безрельсовые), смонтированные на тележках и управляемые по программе.

Монорельсовые транспортные роботы (напольные и подвесные) предназначены для межоперационного и внутрицехового перемещения деталей и изделий в условиях автоматизированного производства. Они перемещаются по принудительному маршруту, т. е. в строгом соответствии с заданной программой. Мостовые и напольные безрельсовые роботы перемещаются по свободному маршруту, т. е. между любыми позициями загрузки (разгрузки), находящимися в пределах обслуживаемой зоны.

Напольные транспортные роботы могут двигаться:

1) вдоль провода, уложенного на глубине 40-60 мм от поверхности пола (по проводу пропускают ток силой в несколько сотен миллиампер, с частотой 2...20 кГц и напряжением не более 12 В; создается переменное электромагнитное поле, за которым следят датчики транспортного робота);

2) по светоотражающей полосе, прикрепленной к полу (слежение за трассой осуществляется с помощью фотосчитывающих датчиков, реагирующих на изменение световых потоков и вырабатывающих управляющие сигналы);

3)по программе с использованием гироскопа.

В качестве накопителей можно использовать автоматизированные склады, обслуживаемые штабелерами и транспортными роботами, и межоперационные магазины-накопители (напольные и подвесные). Магазины-накопители применяют в условиях поточного производства для деталей типа тел вращения, а подвесные накопители — в основном для корпусных деталей и деталей сложной конфигурации.

Количество подъемно-транспортных средств для цеха (участка) определяют либо подробно с учетом грузопотоков, массы перемещаемых грузов, либо по данным базового производства.

1.5. Выбор транспортно-складских систем

для автоматизированных производств

При создании автоматизированных транспортно-складских систем (АТСС) решают задачи не только хранения заготовок, деталей, инструмента, оснастки, но и выбора наиболее эффективных, рациональных компоновок оборудования и маршрутов.

Рис. 1. Схема ГПС с совмещенной транспортно-накопительной системой:

1 – станки; 2 – стеллаж-накопитель; 3 – перегрузочный стол;

4 – кран-штабелер

Существует два основных конструктивных варианта построения АТСС: с совмещенными и раздельными транспортной и складской подсистемами.

На рис. 1 показана ГПС с совмещенной транспортно-накопительной системой. Станки 1 расположены параллельно стеллажу-накопителю 2.

Кран-штабелер 4 перемещается вдоль фронта станков и обслуживает как стеллаж-накопитель, так и станки. По команде от системы управления кран-штабелер забирает из определенной ячейки стеллажа-накопителя необходимую заготовку и перемещает ее на перегрузочный стол 3 соответствующего станка. Готовые детали кран-штабелер забирает с перегрузочного стола и переносит в свободные ячейки стеллажа-накопителя. В данном случае не требуется специальной транспортной системы для обслуживания станков, так как эти функции выполняет кран-штабелер.

Рис. 2. Схема ГПС с раздельной транспортно-накопительной

системой:

1 – перегрузочный стол; 2 – станки; 3 – накопитель;

4 – транспортная тележка; 5 – рельсовый путь;

6 – кран-штабелер; 7 – стеллажный склад

Схема ГПС с раздельной транспортно-накопительной системой с четырьмя стеллажными накопителями и двумя кранами-штабелерами б показана на рис. 2. В данной системе автоматическая транспортная тележка 4, перемещаясь по прямолинейному транспортному рельсовому пути 5, обслуживает несколько единиц технологического оборудования. Из стеллажного склада 7 кран-штабелер 6 подает заготовки в таре на перегрузочный стол 1. Далее транспортная тележка по мере необходимости забирает с перегрузочного стола тару с заготовками и транспортирует ее к накопителям 3 станков 2. Установив тару с заготовками на накопитель, перегрузочное устройство транспортной тележки забирает тару с готовыми деталями и транспортирует ее на перегрузочный стол стеллажного склада. Затем кран-штабелер по команде от системы управления забирает тару с готовыми деталями и устанавливает ее в свободную ячейку стеллажа.

В приведенных компоновках использованы автоматизированные стеллажные склады-накопители, которые предназначены для приема, хранения, выдачи в производство и учета заготовок, основного и вспомогательного материалов, тары, инструментов, приспособлений, роботов, манипуляторов, готовых изделий, бракованных деталей, отходов производства с целью обеспечения эффективного производственного процесса переналаживаемой автоматизированной системы.

В зависимости от конструктивных особенностей и технической оснащенности выделяют основные типы автоматизированных складов:

- клеточные стеллажные с автоматическим краном-штабелером или мостовым краном-штабелером;

- гравитационные стеллажные с краном-штабелером;

- элеваторные стеллажные;

- подвесные в сочетании с толкающим конвейером, имеющим автоматическое адресование грузов.

Наиболее распространены склады со стеллажными роботами-штабелерами, поскольку они весьма производительны, занимают мало места и их легче автоматизировать. Робот-штабелер — напольная рельсовая машина, позволяющая накапливать заготовки и материалы в ячейках склада и осуществлять выдачу заготовок и материалов в стандартной таре или поддонах на приемно-выдающие устройства складов.