Использование роботов в промышленных предприятиях

Использование роботов в промышленных предприятиях

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”.