ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАРОЧНЫХ ЦЕХОВ

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ В СБОРОЧНО-СВАРОЧНЫХ ЦЕХАХ

Современные достижения технологии машиностроения, вычислительной техники и электроники обеспечили возможность разработки и создания нового вида автоматической машины, спо­собной выполнять по заданной программе разнообразные ручные операции и тем самым заменить ручной труд рабочего в промыш­ленном производстве. Такие машины-автоматы принято называть промышленными роботами.

При разработке вопросов механизации и автоматизации произ­водственных процессов в настоящее время нельзя не учитывать возможности успешного использования промышленных роботов, которые за последние годы получили широкое применение в самых различных отраслях промышленности как за рубежом, так и в на­шей стране. Роботизация представляет собой новое направление в автоматизации производственных процессов, которое интенсивно развивается. Интерес к роботам неуклонно растет, поскольку прак­тический опыт убедительно показал, что они являются весьма пер­спективным вкладом в общий комплекс современных средств авто­матизации машиностроения и других отраслей промышленности.

Причины столь успешного развития роботизации заключаются в том, что большинство других современных средств автоматиза­ции производства узкоспециализировано и отличается высокой стоимостью. Поэтому они находят широкое применение лишь в мас­совом производстве и не пригодны для использования в многоно­менклатурном серийном и единичном производстве, требующем переналадок оборудования при переходе от выпуска изделий од­ного типа к изготовлению изделий других типов. В противополож­ность этому роботы — наиболее универсальные автоматы, легко переналаживаемые на другую программу работы и значительно менее дорогие по сравнению с прочими средствами автоматизации.

Наиболее простые конструкции роботов первого поколения разработаны в минувшем десятилетии и продолжают постоянно совершенствоваться. Основным органом каждого такого робота служит имитирующий руку человека рычаг, именуемый «рукой», заканчивающийся сменным поворотным элементом, называемым «кистью» или «схватом», приспособленным для удержания переме­щаемой детали либо рабочего инструмента. Рука робота, шарнирно закрепленная на его станине, имеет обычно от трех до шести сте­пеней свободы для перемещения кисти по нескольким линейным или круговым координатам в любую заданную точку пространства рабочей зоны, обслуживаемой роботом. Число координат переме­щения кисти определяет число степеней свободы промышленного робота. С увеличением этого числа возрастает манипуляционная гибкость робота. Такие перемещения кисти робот производит по команде встроенной в него системы управления, которая содержит запоминающее устройство для хранения заданной программы.

Для работы обычных современных автоматов с цифровым про­граммным управлением необходима предварительная подготовка программы. Такая подготовка рабочей программы отличается зна­чительной сложностью и трудоемкостью, поскольку она состоит из многократной переработки исходной информации (содержа­щейся в чертеже подлежащей обработке детали) с применением специальных устройств для записи программы на программоно­ситель. Эта переработка включает составление маршрута обра­ботки, расчет траектории движения инструмента с ее привязкой во времени и в пространстве, кодирование, а также интерполяцию траектории и ее кодовое выражение. Поэтому такие управляющие программы, как правило, составляют посредством цифровых вы­числительных машин для расчета, преобразования и кодирования информации.

В отличие от описанного выше программирование роботов не нуждается в каких-либо предварительных расчетах и кодирова­нии данных информации. Вместо упомянутой сложной и трудоем­кой подготовки робот перед началом работы подвергают «обуче­нию», которое заключается в одноразовом выполнении всего цикла движений его кисти, необходимого для осуществления задаваемой ему предстоящей работы. Практически такое обучение робота осуществляется мастером-оператором, который при отключенных силовых приводах механизмов робота перемещает его кисть, в точ­ности воспроизводя весь цикл ее движений, входящих в программу предстоящей будущей работы. Одновременно с выполнением этого одноразового обучения в запоминающем устройстве робота авто­матически происходит запись всех перемещений его кисти. Эта запись в дальнейшем служит заданной программой всего цикла предстоящей работы робота.

После этого обученный робот может быть включен в выполне­ние заданной программы. Он будет с большой точностью, много­кратно и без устали повторять заданный цикл движений, пока не потребуется переключить его на новую другую работу. Для этого понадобится сменить конструкцию схвата на другую и подверг­нуть тот же робот переобучению, выполняемому аналогично опи­санному выше. При этом от мастера-оператора требуется очень точное и четкое выполнение всех движений кисти робота в процессе обучения и переобучения последнего, чтобы в этих движениях не было допущено ошибок и неточностей. В противном случае ро­бот будет повторять их при выполнении заданной программы.

Одновременно с необходимостью указанного точного програм­мирования робота в процессе его обучения к установке робота на его рабочем месте предъявляются также весьма жесткие требо­вания по соблюдению особой точности взаимного расположения его по отношению к объекту работы, а размеры последнего должны находиться в пределах заданного допуска. При невыпол­нении этих требований возможны поломки рабочих органов робота.

Первоначальную область применения промышленных роботов первого поколения представляли разнообразные погрузочно-раз­грузочные операции и межоперационные передачи тяжелых заго­товок, деталей и сборочных единиц с одного конвейера на другой либо укладку их с конвейера в тару и т. п., а также при обслужи­вании различного универсального обрабатывающего оборудования в производствах всех типов. При этом особенно эффективным и цен­ным оказалось весьма продуктивное использование роботов в ус­ловиях крайне вредных, опасных и недопустимых для человече­ского организма, например при работе в очень влажной, токсич­ной либо весьма пыльной атмосфере, в корродирующей среде, в по­жароопасных или взрывоопасных местах, при высоких температу­рах или при обращении с раскаленными либо весьма охлажден­ными заготовками и деталями, на рабочих местах, облучаемых ра­диацией либо подверженных опасности травмирования, при вы­полнении однообразных, монотонных, напряженных и утоми­тельных движений и т. п.

Описанные выше промышленные роботы первого поколения применяют не только в отдельности, но и группами, образуя в цехе роботизированные производственные участки с использованием для этого различных вариантов компоновки роботов с обслужи­ваемым ими технологическим оборудованием и транспортными конвейерными устройствами.

В настоящее время практически в промышленности используют пока только роботы первого поколения, работающие по жесткой программе и не обладающие способностью адаптации (приспосаб­ливания) к окружающей обстановке. Однако опыт эксплуатации подобных роботов свидетельствует об их высокой эффективности даже при наличии у них указанного недостатка.

Промышленные роботы первого поколения оказались способ­ными производить и некоторые технологические операции, для чего они оснащены соответствующими ручными инструментами, например электродрелью (для сверления отверстий), пульвериза­тором (для окраски распылением), устройствами для дробеструй­ной или пескоструйной очистки, клещами для точечной контакт­ной сварки и т. д. При этом выполнение технологических операций отличается точностью, высокой производительностью и однород­ным качеством. Однако применение промышленных роботов для технологических целей только начинается. Для этого, прежде всего, использованы усовершенствованные модели промышлен­ных роботов, оснащенные несколькими сенсорными (ощущающими) датчиками, обеспечивающими возможность частичной адаптации роботов к окружающей обстановке.

Одновременно с созданием и возрастающим выпуском новых моделей промышленных роботов первого поколения в нашей стране и за рубежом интенсивно ведутся разработки более совер­шенных промышленных роботов второго поколения. Такие роботы будут способны адаптироваться к окружающей обстановке и вы­полнять необходимые действия, в том числе различные технологи­ческие операции, руководствуясь только сообщенной роботу ко­нечной целью производственного цикла. Эти разработки осущест­вляют с целью придания роботам свойств ориентации, опознава­ния и адаптации посредством снабжения их простейшими средст­вами слежения с тактильными (осязающими) и другими датчиками и устройствами предохранения от поломки, а также системами распознавания образов и самонастройки.

В последние годы появилась возможность использования про­мышленных роботов для дуговой сварки сложных изделий в усло­виях единичного и мелкосерийного производства. Судя по состоя­нию разработок таких сложных технологических промышленных роботов, серийного выпуска этих роботов второго поколения (как в нашей стране, так и за рубежом) следует ожидать в ближайшем десятилетии.

Однако создание этих специализированных роботов второго поколения не приведет к вытеснению ими промышленных роботов первого поколения, отличающихся универсальностью, простотой конструкции, сравнительно невысокой стоимостью, большой производительностью и однородностью качества выпол­няемой продукции. Поэтому следует ожидать в будущем одновре -

мсіпюго использования в промышленности роботов первого и вто­рого поколений.

В заключение следует отметить, что обычно выбор наиболее рационального и целесообразного варианта каждого конкретного иша оборудования для осуществления заданного производствен­ного процесса должен выполняться на основе результатов его тех­нико-экономической оценки в сравнении с конкурирующими ва­риантами использования других типов оборудования. Такая оценка вариантов оборудования нередко существенно осложняется, когда в состав последнего включаются промышленные роботы, поскольку особенности их использования содержат ряд характе­ристик, с трудом поддающихся количественной оценке, но имею­щих весьма существенное практическое значение.

В таких случаях зачастую кроме экономических и технических характеристик приходится учитывать также социально-экономи­ческий эффект использования промышленных роботов, который сводится к сумме следующих их особенностей: замена человека роботами и тем самым освобождение человека от тяжелых, моно­тонных и утомительных работ, а также исключение травматизма и заболеваний рабочих при замене их роботами на участках работ опасных и вредных для человеческого» организма. Эти особенности могут служить основанием для того, чтобы в подобных случаях соображения экономического характера считать второстепенными.