РОБОТОТЕХНИКА

ДРУГИЕ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА

9.2. В настоящее время выпущено множество других разнообразных робототехнических погрузочно-разгрузочных устройств. Приме­рами могут служить робот «Минимэн», созданный фирмой «Фостер Флуидикс»; манипулятор «Вэлмэн» для процесса ковки; разработки Ноттингемского университета, реализованные фирмой «Хаукер Сидлей»; промышленное робототехническое устройство «Хивип» фирмы «Хитачи»; робот «Трансива» фирмы «Тэйлор» [31 ] и робот «Эри Аутоплейс» [31 ].

Робот «Минимэн» имеет вылет около 30 см, подъем около 7,5 см и вращение в угле 90°. Максимальное число шагов программы — 40, длительность цикла — от 2 до 55 с. Наиболее важная черта •«Минимэна» — наличие обратной связи от датчика, расположен­ного в передней части устройства, что позволяет в результате поиска обнаруживать произвольно расположенный предмет. У этого устройства имеется гидравлический привод по одной из осей и пневматический — по трем другим осям, где движение происходит между механическими упорами. «Минимэн» — деше­вое устройство: его цена менее 500 фунтов.

В Ноттингемском университете группа специалистов под руководством профессора Хегинботэма разработала «Минитран» — простую сборочную машину, выпускаемую сейчас фирмой «Хаукер Сидлей». Группа продолжает работать над программируемой двух­осевой сборочной машиной, которая будет в конечном счете про­граммироваться оператором, задающим машине требуемые дви­жения.

В работе «Хивип Мк-1» фирмы «Хитачи», описанном на стр. 133, для управления двумя телевизионными камерами и манипуля­ционной рукой используется цифровая ЭВМ «Хитак 7250» [35, 62—64]. Одна камера рассматривает ортогональную проекцию объекта сборки, а другая — разрозненный набор деталей, под­лежащих сборке. Затем ЭВМ принимает решение по выбору наи­более экономичной последовательности движений манипуляцион­ной руки устройства в процессе сборки. У кисти робота семь возможных движений.

В Ноттингемском университете разработан также двухосевой стол для позиционирования деталей. После фотоэлектрического обнаружения деталей, случайным образом расположенных на столе, стол движется по двум осям и переносит деталь в заданную позицию [9, 10].

Рука, использовавшаяся в стэнфордском проекте по искус­ственному интеллекту, коротко описана Полом [251; как уже упоминалось, она была спроектирована и изготовлена в госпи­тале «Ранчо Лос Амигос» близ Лос-Анджелеса в качестве протез­ного устройства для парализованной руки человека [26, 29]. У этой искусственной руки шесть степеней свободы и рабочая зона, приблизительно совпадающая с рабочей зоной руки человека. На кисти установлен захват тисочного типа. В приводе руки ис­пользуются двигатели с печатным якорем и волновая передача, причем два первых сустава вращательные, следующий—теле­скопический, а три сустава запястья имеют пересекающиеся оси.

Положение в каждом из суставов определяется структурно объединенным с суставом потенциометром, выход которого посту­пает на 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь. Дви­гатели управляются 9-разрядным широтно-импульсным преобра­зователем, который дает максимальный выходной импульс дли­тельностью 15 мс. В цифровую импульсную следящую систему включена управляющая машина PDP6; частота взятия отсчетов — 60 в секунду.

Робот «Трансива» [31 ], производимый фирмой «Тэйлор», может оснащаться различными кистями, такими, как схват тисоч­ного типа, внешний и внутренний кронциркульный схват, вакуум­ная всасывающая головка или магнитная головка. Высота подъема руки по вертикали — от 10 до 30 см, горизонтальный вылет — от 10 до 60 см. Рука перемещается в угле 180° и занимает фикси­рованные положения при углах 0, 90 и 180°. Запястье поворачи­вается на угол 180°. Рука может манипулировать грузом около 45 кг на вылете 1,2 м.

«Трансива» программируется по 15 каналам предварительной пробивкой отверстий в картах программного устройства барабан­ного типа, которое вызывает срабатывание конечных выключа­телей, управляющих соленоидными клапанами гидравлического привода. Электрический двигатель напряжением 1,1 кВ приводит в движение гидравлический насос, обеспечивающий давление около 2800 кПа.

Робот «Сайдмэн» [36], выпускаемый фирмой «Мицубиси», используется для загрузки и разгрузки со скоростью до 940 дета­лей в час пресса для листового металла. Источником энергии служит сжатый воздух, управляемый предварительно программи­руемым поворотным пластмассовым барабаном, на котором вруч­ную устанавливаются кулачки диаметром 12 мм.

В Австралии фирмой IHI созданы промышленные роботы «Флексимэн» [50 ] и «Консларм». Возрастает интерес также и к авто­матическим сборочным машинам [55].

«Эри Аутоплейс» — дешевая рука, работающая на сжатом воздухе под давлением 400—600 кПа, которая может манипули­ровать грузами приблизительно от 28 г до 4,5 кг [31 ]. В комплекте имеются четыре различные руки из нержавеющей стали. Выбор 182

руки, устанавливаемой на робот, зависит от того, требуется ли ротация, качание, выдвижение или какая-либо их комбинация. Могут использоваться кисти, имеющие один фиксированный и один подвижный палец, два одновременно движущихся захваты­вающих пальца, подвижное запястье или вакуумную присоску. Робот выполняет различные виды операций, например непрерывно повторяющиеся или одноцикловые операции, которые могут быть сблокированы с внешним оборудованием. У «Аутоплейса» вертикальный подъем около 7,5 см, выдвижение порядка 30 см, вращение в угле 22° и радиальный поворот на угол 270°; макси­мальный вылет руки около 60 см. Двигательные способности этой руки можно описать объемом, ограниченным концентриче­скими сферами 133].

Норвежский робот «Тралфа» (компании «Андерхауг и Девил - бис») предназначается для нанесения покрытий распылителем [75, 76]. Сначала человек осуществляет рукой робота с распыли­телем всю необходимую последовательность движений; одновре­менно выходы резольверов, установленных в суставах, записы­ваются со скоростью около 80 отсчетов в секунду на магнитную ленту. После этого робот может повторять записанные движения, •управляя электрогидравлическим приводом в соответствии с за­писью на магнитной ленте. Наличие детали может обнаруживаться фотоэлектрически, с помощью ультразвука или конечного выклю­чателя. В случае обнаружения детали начало цикла задерживается на время до 6 с, что позволяет детали продвинуться на позицию. На ленте может храниться программа продолжительностью до 109 с. Максимальная скорость движения руки 1,7 м/с; в запястье может осуществляться горизонтальное или вертикальное качание в угле 210°. Грузоподъемность устройства около 30 кг на малой скорости и 15 кг — на большой. Общая масса устройства 650 кг, потребляемая мощность 4,5 кВ-А.

Устройство состоит из вертикальной части длиной около 75 см, которая может качаться вперед и назад в угле ±80°, и установлен­ной на ней горизонтальной руки приблизительно 1,6 м длиной. Эта горизонтальная рука может поворачиваться на угол ±75° в горизонтальной плоскости и на угол ±68° — в вертикальной. Габаритные размеры основания руки, устанавливаемого на полу, приблизительно 1,1x0,75x0,83 м, так что вершина вертикальной части руки находится на расстоянии около 1,85 м от пола.

Взаимодействие промышленного робота, возможно, подвиж­ного, с окружающей его средой рассматривалось Белчером и др. [65].

9.3. СРАВНЕНИЕ РОБОТА И ЧЕЛОВЕКА С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭКОНОМИКИ [72, 73, 78]

Экономика «Версатрана», Представляет интерес привести здесь некоторые данные фирмы AMF — производителя «Верса­трана»— для экономического сравнения этой машины с человеком, выполняющим такую же работу. Данные фирмы переведены в проценты.

Предполагается, что часовая стоимость использования чело­века на выполнении некоторой операции составляет 100 единиц. Заметим, что сюда включаются заработная плата, дополнительные льготы и т. д., а обычные заводские накладные расходы в этом рассмотрении не учитываются. Далее предполагается, что стои­мость робототехнического оборудования эквивалентна капитало­вложению объемом 472 ООО единиц, т. е. в 4720 раз превышает часовую стоимость труда человека. Предполагается также про­порциональное снижение стоимости оборудования в течение 10 лет. И последнее предположение состоит в том, что один робот может выполнять работу только одного человека и что робот и человек работают непрерывно в одну смену, что составляет 2000 ч в год.

Стоимость этой машины на пять лет аренды задается вели­чиной 10 920 единиц в месяц. Тогда часовая стоимость эксплуата­ции робота при односменной работе составляет 80,7 единиц, из которых 65,4 единиц — стоимость аренды. При двухсменной работе эта стоимость составляет 45,6 единиц, а при трехсменной работе она падает до 32,6 единиц в час. Напомним, что эти вели­чины сравниваются с предполагаемой для труда человека стоимо­стью в 100 единиц в час.

Стоимость машины уменьшается до 3940 условных единиц в месяц, если она куплена полностью и предполагаются 10-летний срок службы до списания и прямо пропорциональное снижение ее стоимости. В этом случае часовая стоимость односменной работы робота составляет 38,9 единиц, из которых 23,6 единиц приходятся на амортизацию. При двухсменной работе эта стоимость составляет 24,6 единиц, в то время как при трехсменной работе она падает до 18,66 единиц в час по сравнению со 100 единицами для труда человека.

Фирма-производитель устройства «Версатран» указывает, что приведенные цифры не включают положительный эффект умень­шения брака и положительное действие на другое оборудование постоянства временных циклов на протяжении длительных пе­риодов времени.

Забо [31 ] предположил безотносительно к какому-либо кон­кретному устройству, что при оценке среднего времени между отказами в 600 ч, времени простоя меньше 2% и ожидаемом сроке службы в 40 000 ч работы конкурируют с человеком. Период оку­паемости капиталовложений лежит между 1 и 2,5 годами и зависит от производительности и количества смен работы.

Экономика «Юнимейта» [60, 67]. Линдбом предложил при выборе критерия для применения промышленного робота учиты­вать следующие факторы. Прежде всего должны рассматриваться такие характеристики робота, как скорость движения, масса де­талей, которыми робот может манипулировать, точность пози­ционирования, манипуляционная способность и эффективность 184 использования памяти робота. Вслед за этим следует принимать в расчет такие факторы, связанные с введением робота в технологи­ческий процесс, как ориентирование деталей в этом процессе, одно­родность деталей, а также трудность манипулирования материа­лом, из которого изготовлены детали, например в случае работы с тканями или кожей.

Важны также организационные вопросы, связанные с объемом внедрения новых методов и нововведений, возможным существо­ванием других идей и программ, и, конечно же, должен быть внимательно рассмотрен важнейший фактор воздействия роботи­зации на трудовые отношения.

Экономические факторы должны иметь большой вес при любом обсуждении критерия, принимаемого для решения вопроса о вне­дрении промышленных роботов. Иногда другие методы, например специализированная автоматизация, могут оказаться экономиче­ски более подходящими для конкретно рассматриваемого приме­нения. Такие экономические факторы, как сменность работы, продолжительность работы, стоимость труда человека, стоимость установки робота и вспомогательного оборудования (запасных частей, ориентирующих устройств, конвейеров или проверочных. устройств) могут иметь очень важное значение. Следует рассмо­треть не только начальную стоимость оборудования, но и стои­мость его сервисного и технического обслуживания, а также срав­нить их с аналогичными затратами на эквивалентное оборудование специализированной автоматики, используемое для выполнения этой же работы. В результате всестороннего экономического ана­лиза, безусловно, выявляется полезность или бесполезность капиталовложения в робототехническое оборудование.

Время окупаемости Р (в годах), необходимое для покрытия начальной стоимости робота, задается делением стоимости робота и его оснастки I на разность между годовой экономией труда L и величиной годовых эксплуатационных расходов М:

" L — М '

Предположим, что 1 = 2500 дол., L — И ООО дол. и М = = 2000 дол. Тогда при односменной работе время окупаемости робота будет равно 2,7 года. При двухсменной работе экономия труда удваивается, а эксплуатационные расходы увеличиваются всего лишь приблизительно на 50%, в результате чего время оку­паемости уменьшается до 1,3 года. Линдбом полагает, что три года — типичное время окупаемости для относительно быстро устаревающего специализированного автоматического оборудова­ния; однако реальная цифра для роботов, вытекающая из ана­лиза миллиона часов работы,— около 5 лет.

В дальнейшем Линдбом уточнил свою формулу, добавив в число рассматриваемых величин стоимость Z оборудования, обслужи­ваемого роботом, в расчете на год (обычно около 15% от начальной

стоимости робота), а также величину q, которая представляет собой коэффициент увеличения (или уменьшения) производитель­ности, вызванного установкой робота взамен человека-оператора. Конечное уточненное уравнение таково:

L — M±q(L + Z) '

Взяв те же самые цифры, что и выше, и положив q — +0,2 (т. е. 20%) и Z = 15% от начальной стоимости оборудования, обслуживаемого роботом (например, при I = 200 ООО дол. Z = = 30 000 дол.), получим время окупаемости Р — 0,85 года. Если, однако, случится так, что робот работает медленнее, чем заменяе­мый им человек, в выражении ставится знак минус и с теми же данными при двухсменной работе время окупаемости будет равно 2,9 года.

При условии, что робот и его оснастка стоят 25 000 дол., пропорциональное снижение стоимости составляет 5000 дол. за 5 лет, часовая стоимость обслуживания робота — 75 центов, а стоимость труда человека — 5,5 дол. в час., Линдбом оценивает отдачу капиталовложений при двухсменной работе в 56%. Он полагает, что для сокращения дополнительных затрат перед по­купкой первого робота в цехе следует найти потенциальные воз­можности для использования 3—5 роботов, поскольку это умень­шит, в частности, стоимость технического обслуживания.

Хегинботом проанализировал экономику роботов в [72, 73].