Реферат: Использование роботов на промышленных предприятиях
Реферат: Использование роботов на 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”.
|