Классификация роботов

В целом роботы по использованию в различных сферах деятельности делят на три группы[7,9,10]:

1) человекоподобные (бытовые);

2) информационные (исследовательские), предназначенные для сбора информации в средах, опасных или не доступных для человека;

3) промышленные, предназначенные для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.

ПР классифицируются по ряду признаков:

1. По характеру выполняемых операций: технологические (производственные); вспомогательные (подъемно-транспортные); универсальные.

2. По степени специализации:

- универсальные (многоцелевые);

- специализированные;

- специальные (целевые).

3. По способу управления:

- с «жесткой» программой (I поколение);

- адаптивные (II поколение);

- интегральные (III поколение).

4. По области применения (по виду производства):

- механообработка;

- кузнечно-прессовое производство;

- литейное производство;

- сборка;

- сварка;

- транспортно-складские и т. д.

5. По грузоподъемности (главный параметр ПР).

Под номинальной производительностью ПР понимается наибольшее значение массы предметов производства или технологической оснастки, при котором гарантируется их захватывание, удержание и обеспечиваются установленные значения эксплуатационных характеристик ПР.

Если ПР имеет несколько рук, то оценивается грузоподъемностькаждой руки.

По грузоподъемности (ГОСТ 25204-82) промышленные роботы подразделяются на:

1) сверхлегкие – до 1 кг;

2) легкие от 1 кг до 10 кг;

3) средние от 10 до 200 кг;

4) тяжелые от 200 до 1000 кг;

5) сверхтяжелые – свыше 1000 кг.

6. По числу степеней подвижности:

- с одной степенью подвижности;

- двумя степенями подвижности;

- с n степенями подвижности.

7. По мобильности (по возможности перемещения):

- стационарные;

- подвижные (установленные на транспортное средство).

8. По конструктивному исполнению (по способу установки):

- напольные;

- подвесные (портальные, тельферные);

- встроенные (пристаночные).

9. По виду основных координатных перемещений ПР разделяются на группы роботов, манипуляторы которых работают:

а) в прямоугольной системе координат;

б) в цилиндрической системе координат;

в) в сферической системе координат;

г) в угловой системе координат;

д) в комбинированной системе координат.

10. По типу силового привода:

- пневматические; гидравлические; электромеханические;

- комбинированные.

11. По характеру программирования скоростей и перемещений (по виду управления):

- жестко программируемые;

- гибко программируемые.

При жестком программировании исполнительное устройство управляется по неизменной заранее введенной программе.

При гибком программировании – программа может изменяться на основе поставленной цели и информации об объектах управления и производственной среде.

При жестком программировании выделяют:

1) цикловое управление, при котором движение рабочего органа происходит в упорядоченной последовательности с помощью путевых выключателей или времязадающих элементов (число точек обычно – две, три);

2) позиционное управление, при котором движение РО происходит по заданным точкам позиционирования без контроля траектории движения между ними (цикловое управление является частным случаем позиционного).

3) контурное управление, при котором движение РО происходит по заданной траектории с установленным распределением по времени значений скорости.

4) комбинированное управление.

12. По способу программирования:

- программируемые обучением (наиболее распространенный способ);

- программируемые аналитически;

- самообучение.

В первом случае управляющая программа формируется в режиме диалога СПУ с оператором. Оператор с помощью пульта управляет роботом, последовательно отрабатывая требуемые операции. При этом информация о движениях ПР заносится в запоминающее устройство СПУ робота.

При втором методе программа составляется на основе предварительных расчетов.

В третьем способе: программа формируется на основе информации о состоянии внешней среды.

Управляющая программа – это последовательность инструкций на некотором формальном языке. В общем виде для функционирования робота необходима следующая информация:

1) о последовательности выполнения шагов программы;

2) о пространственном положении отдельных степеней подвижности;

3) о времени выполнения отдельных шагов программы и отдельных управляющих команд.

Материальным носителем программы могут быть:

1) механические устройства (упоры, кулачки, копиры и т.д.);

2) коммутаторы (штекерные панели, барабаны, коммутаторные поля и т. д.);

3) быстросменные программоносители;

13. По быстродействию и точности движений.

Эти два параметра взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства роботов. Между быстродействием и точностью позиционирования имеется определенное противоречие.

Быстродействие определяется скоростью передвижения по отдельным степеням подвижности:

- малое быстродействие – до 0,5 м/с (до 90 град/с);

- среднее (60–65 % ПР) – от 0,5 до 1 м/с (от 90 до 270 град/с);

- высокое (20 % ПР) – более 1м/с (более 270 град/с).

Точность манипулятора характеризируется результирующей погрешностью позиционирования (при дискретном движении) или отработкой заданной траектории (при непрерывном движении).

Чаще всего точность характеризуется абсолютной погрешностью.

1. Малая – при линейной погрешности > 1 мм;

2. Средняя – от 0,1 до 1 мм. (60...65 %);

3. Высокая – менее 0,1 мм (около 15 %).

Погрешность манипулирования ПР, предназначенных для выполнения наиболее грубых, например, транспортных движений, превышает 1 мм.

Наряду с классификационными параметрами ПР характеризуются параметрами, обусловливающими их технический уровень.

Технические требования и параметры ПР.

Номинальная грузоподъемность m_н (кг) представляет собой наибольшую массу объекта манипулирования вместе со схватом, которая гарантирует захватывание и удержание объекта и обеспечивает установленные эксплуатационные характеристики робота. Кроме того, для ПР, работающих в угловой системе координат необходимо указывать номинальный момент нагрузки Т_i для соответствующей степени подвижности относительно оси ее перемещения. Это связано с тем, что для рассчитанной грузоподъемности длина схвата потребителем может быть увеличена, что без дополнительных ограничений может привести к выходу из строя соответствующего привода.

В некоторых случаях в технической характеристике указывают кроме номинальной грузоподъемности и момента нагрузки максимальные их значения при уменьшенных динамических параметрах (ускорении, скорости). Это связано с тем, что при одном и том же моменте привода, уменьшая ускорения, и следовательно, инерционную нагрузку, можно перемещать большую массу. В этом случае указывают максимальную грузоподъемность для скорости, равной половине максимальной.

Число степеней подвижности робота n, под которым подразумевается число степеней свободы рабочего органа относительно звена, принятого за неподвижное, без учета движения губок схвата.

Диапазоны перемещений по степеням подвижности: S_i (мм), φ_i (рад).

Скорости перемещения по степеням подвижности: максимальные скорости V_max (м/с), ω_max (1/с). Средняя (цикловая) скорость характеризует производительность робота и равна значению перемещения, деленному на время движения между позициями.

Максимальное ускорение по степеням подвижности: a_max (м/с²), ε_max (град/с²).

Погрешность позиционирования рабочего органа Δ (мм) – отклонение фактического положения схвата от заданного программой. Различают роботы с малой точностью позиционирования (Δ › ± 1 мм), способные выполнять транспортные и некоторые основные технологические операции (окраску), не требующие высокой точности; роботы со средней точностью позиционирования (0,1≤Δ≤1 мм), которые находят самое широкое применение; роботы с высокой точностью позиционирования (Δ≤0,1 мм), применяемые для прецизионной сборки.

Кинематическая структура манипулятора определяет число звеньев и тип кинематических пар их соединения.

Рабочая зона робота – пространство, в котором может находиться его рабочий орган.

Объем рабочей зоны V_рз (м³) – объем, заключенный внутри границ рабочей зоны.

Тип системы координат определяется сочетанием кинематических пар.

Тип системы программного управления (СПУ)определяется способом позиционирования (цикловой, позиционный, контурный) и типом применяемых аппаратных средств.

Объем памяти СПУ представляет собой число кадров программы. Под кадром понимают минимальный элемент программы, состоящий из определенной группы команд и адресов, по которым выполняются команды и обеспечивается проверка их выполнения. В цикловой СПУ в состав кадра входят команды на перемещение степеней подвижности робота, управления технологическим оборудованием и вспомогательные команды. В позиционную систему СПУ дополнительно входят данные о положении и скорости перемещений степеней подвижности манипулятора, точности позиционирования объекта манипулирования. Цикловые СПУ характеризуются малым объемом памяти (до 100 кадров). Средним объемом памяти (от 1200 до 800 кадров) характеризуются позиционные СПУ и большим (свыше 800 кадров) – контурные СПУ.

Габаритные размеры L, B, H (м).

Масса робота, манипулятора, СПУ соответственно m_p, m_м, m_СПУ (кг).

Средняя наработка на отказ t (час) – показатель ремонтопригодности, равный среднему значению времени, затраченному на отыскание и устранение одного устойчивого отказа при работе робота. В перспективе следует закладывать конструктивные решения, обеспечивающие среднее время восстановления не более 4,0 ч при средних наработках на отказ t ≥ 1000 ч и 8,0 ч при средних наработках на отказ t ≥ 3000 ч.

Средний срок сохраняемости t_сохр (ч) – показатель, равный среднему значению календарной продолжительности хранения робота.

Средний ресурс t_р (ч) – показатель долговечности; рассчитывается как среднее значение времени использования до принятого предельного состояния (капитального ремонта, списания). Чаще всего значение среднего ресурса устанавливается до капитального ремонта. Ресурс большинства отечественных роботов составляет 8000…9000 ч, иногда 10000 ч.

14. Дополнительно ПР характеризуется – видом системы координат, конструктивным исполнением и типоразмерными рядами по видам производства, где они используются.

Литература к главе 1

1. Макаров И.М., Топчиев Ю.И. Робототехника, история и перспективы. М.: Наука, МАИ, 2003. - С. 3-6.

2. Юревич Е.И. Основы робототехники. – 2-е изд. перераб и доп.. – СПб.:БХВ- Петербург, 2005. С 7-20.

3. Википедия. ежим доступа:Режим доступа: http://wikipedia.org/wiki//

4. Мехатроника. Пер. с япон../ИсииТ.,Симояма И.,Иноухэ Х. и др. – М.: Мир, 1988- 318 с.

5. Введение в мехатронику. А.К. Тугенгольд, И.В. Богуславский, Е.А. Лукьянов и др. Учебное пособие. – Ростов н/Д ,Изд. центр ДГТУ, 2010. С 4-16.

6. Основы мехатроники. Подураев Ю.В. Учебное пособие.- М.:ГТУ «СТАНКИН», 2000, С 13.

7. Козырев. Промышленные роботы. Справочник. Москва. Машиностроение 1988

8. Лукинов А.П. Проектирование мехатронных и роботизированных устройств. Учебное пособие. – СПб., Изд-во «Лань», 2012 С 7-11.

9.В. Г. Хомченко, В. Ю. Соломин. Мехатронные и робототехнические системы. Учебное пособие. Омск. Издательство ОмГТУ,2008, 160 с.

10.Д. Шмид, А. Бауман, Х. Кауфман и лр. Управляющие системы и автоматика

М.: «Техносфера» ,2007, 582 с.