Курсовая работа: ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ. Промышленные роботы реферат

Промышленные роботы

ВВЕДЕНИЕ.

Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.

Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.

Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:

•  перемещение деталей и заготовок от станка к станку или от станка к системам сменных палет;
•  сварка швов и точечная сварка;
•  покраска;
•  выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.

Достоинства использования ПР:

•  достаточно быстрая окупаемость;
•  исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;
•  повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;
•  возможность использования технологического оборудования в три смены, 365 дней в году;
•  рациональность использования производственных помещений;
•  исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью.

1.  ОБЩАЯ ЧАСТЬ.

1.  Классификация роботов данного класса.

По ГОСТ 25685-83 «Роботы промышленные. Классификация.» все промышленные роботы независимо от их конкретного назначения (сварочные, окрасочные, сборочные, загрузочно-разгрузочные) по признаку специализации делятся на:

- универсальные

- специализированные

- специальные

Универсальные ПР предназначены для выполнения различных технологических операций и могут работать с различными группами моделей технологического оборудования.

Специализированные ПР имеют более узкое назначение и предназначены для выполнения технологических операций одного вида, могут работать с определенной группой моделей технологического оборудования.

По виду выполняемых технологических операций ПР делятся на:

1.  Основные – осуществляющие основные технологические операции
2.  Вспомогательные – выполняющие вспомогательные технологические операции по обслуживанию технологического оборудования.

Основные роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные – к средствам автоматизации.

Дополнительные признаки классификации:

1. По грузоподъемности.

1. Сверхлегкие – до 1 кг

2. Сверхлегкие – от 1 до 10 кг

3. Средние – от 10 до 200 кг

4. Тяжелые – от 200 до 1000 кг

5. Сверхтяжелые – от 1000 и более кг.

2. По степеням подвижности.

1.С тремя.

2.С четырьмя.

3.Со степенями подвижности более четырех.

3. По возможности передвижения:

1.Стационарные.

2.Подвижные.

4. По способу установки на рабочем месте:

1.Напольные.

2.Навесные.

3.Встроенные.

5. По виду систем координат:

1.Прямоугольные декартовой системы координат.

2.Цилиндрической системы координат.

3.Сферической системы координат.

4.Угловые (ангулярной) системы координат.

5.Других систем координат.

6. По виду привода:

1. С электрическими приводами.

2.С пневматическими приводами.

3.С комбинированными приводами.

7. По виду управления:

1. С программным управлением.

-С цикловым управлением.

-С позиционным управлением.

-С контурным управлением.

2.С адаптивным управлением.

-С позиционным управлением.

-С контурным управлением.

8. По способу программирования:

1. Программирование обучением.

2.Программирование аналитически.

1.2 Анализ конструкций роботов данного класса.

ПР М20П.40.01 относится к стационарным напольным роботам среднего класса грузоподъемности. Робот имеет три степени подвижности (2 линейных и одну угловую), что позволяет работать ему в цилиндрической системе координат. Робот имеет комбинированный привод, включающий в себя:          

1) Электропривод выдвижения, подъема и поворота руки робота.

2) Пневмодвигатели поворота кисти руки и схвата.  

Поворот робота относительно вертикальной оси осуществляется за счет передачи усилия электродвигателя, червячный редуктор на зубчатую цилиндрическую шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом, которое жестко соединено с поворотной колонной робота.

Подъем руки робота осуществляется через передачу «винт-гайка» от электродвигателя, расположенного в верхней части поворотной колонны робота.

Выдвижение руки робота осуществляется при помощи передачи «винт-гайка качения». В старых образцах робота усилие от электродвигателя передается на вращающийся винт через ременную передачу. В поздних конструкциях данного робота вал электродвигателя непосредственно соединен с винтом.

Для поворота рабочего органа относительно продольной оси применяется поворотный электродвигатель.

1.3 Краткие технические характеристики роботов данного класса.

1.4. Выводы.

ПР М20. П40.01 предназначен для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на различном обрабатывающем оборудовании.

Робот может обслуживать один или два станка и вместе с ними представляет комплекс, который служит базой для создания гибких производственных модулей, которые могут работать продолжительное время без участия оператора.

1.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
   1.  Технология применения роботов.

Наиболее эффективно применение промышленных роботов в составе гибких производственных модулей, участков и линий в сочетании с автоматизированными станками средней размерной группы, обрабатывающими штучные заготовки.

Основными функциями, выполняемыми ПР, являются: установка заранее ориентированной заготовки в рабочую зону станка, снятие деталей со станка и укладка ее в тару (накопитель), кантование деталей (при необходимости), очистка базовых поверхностей деталей и приспособлений, выдача технологических команд (управление оборудванием), контроль деталей. Расширение функциональных возможностей промышленных роботов может быть обеспечено за счет применения вспомогательной оснастки и механизмов (координатных тактовых столов, подъемных платформ и т. д.).

Управление роботом осуществляется от отдельно стоящей системы ЧПУ. Обучение робота производится с помощью переносного пульта обучения, соединенного с системой управления кабелем. Возможен ввод программы с кассеты внешней памяти с объемом памяти 649 кадров.

2.2 Анализ производительности робота.

Производительность – качественный и количественный показатель эффективности работы робота. Производительность может определяться несколькими способами: количеством операционных циклов, количеством обработанных заготовок и массе, которую робот переносит за единицу времени.

Чтобы решить задачу оценки производительности робота мы должны выбрать способ оценки производительности и задаться исходными данными. Мы будем оценивать производительность робота по массе, переносимой роботом за единицу времени (час) при условии работы каждой из координат во всем рабочем диапазоне. Работа всех пяти звеньев ПР осуществляется последовательно и непрерывно в прямом и обратном направлении. Таким образом мы получаем максимальную производительность робота М20П.40.01 по переносимой массе за 1 час.

Исходные данные:

Масса объекта манипулирования

m=20 кг

Время, за которое происходит работа робота

Диапазоны перемещения по координатам

Средние скорости перемещения по координатам

Решение:

1.  Находим время работы каждого звена робота.

1.  Находим общее время прямого хода всех звеньев.

1.  Находим время цикла.

1.  Находим число циклов за 1 час.

1.  Находим производительность.

2.3 Вывод.

Таким образом, мы нашли производительность робота М20П.40.01, которая составляет 117 циклов за час или 2340 кг/ч (при условии последовательной работы всех звеньев во всем рабочем диапазоне без остановки рабочего процесса).

3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ (МОДЕРНИЗАЦИИ) МАШИНЫ.

3.1 Патентные исследования.

08.09-37.111. Роботы, обслуживающие станки.

Kollege Roboter bedient die Werkzeugmaschine. VDI-Nachr. 2007, №36, с. 10, 2 ил. Нем.

Утверждается, что в подавляющемся большинстве случаев КПД металлорежущих станков на предприятиях не превышает 70% из-за низкой загруженности станков, составляющей 8780 ч (по 24 часа в течении 365 дней в году). Отмечается единственный верный способ повышения загрузки станков – поручить управление ими роботам. Все больше и больше промышленных предприятий заводят у себя токарные и обрабатывающие центры, обслуживаемые роботами. Многие классические производители станков автоматизируют с помощью роботов весь производственный процесс и полностью производственные линии. Отмечается, что к концу 2005 г. Более 8300 роботов было установлено на германских станкостроительных предприятиях. Вместе с тем использование роботов в станкостроении сдерживается тем, что роботы целесообразно применять при производствах крупно- или хотя бы среднесерийных деталей. При производствах единичных станков, единичных деталей роботы будут слишком много простаивать. Это ограничивает их использование в станкостроении. Станкостроение часто имеет дело с производством малого количества крупных изделий. Роботы здесь целесообразно использовать лишь для производства стандартных деталей, либо как вспомогательные машины в автоматизированных производственных линиях. В этом качестве роботы могут существенно повысить эффективность станкостроения.

Б. Е. Бердичевский.

3.2 Техническое задание на проектирование (модернизацию робота), РТС.

Задание: Подобрать более мощный электродвигатель для перемещения грузов  до 25 кг по координате Q (вращение относительно вертикальной оси).

Исходные данные:

Двигатель DF4-K-7708:

•  Номинальный момент – 6.1 Н*м.
•  Номинальная мощность 1200 Н.
•  Номинальная частота вращения – 2000 об/мин.
•  Масса: 19 кг.

Масса:

•  Захватного устройства – 8 кг.
•  Груза – 25 кг.
•  Робота (без станины с зубчатой передачей) – 400 кг.
•  Масса руки с ЗУ – 120 кг

4. КОНСТРУКТИВНАЯ ЧАСТЬ.

4.1 Описание конструкции модернизируемого (проектируемого узла).

Механизм поворота руки выполнен в виде автономного узла.

На основании 1 робота, крепится червячный редуктор 2, соединённый через зубчатую муфту 3 с электродвигателем 4.

На выходном валу червячного редуктора установлена зубчатая шестерня 5. Она входит в зацепление с цилиндрическим зубчатым колесом 6, которое соединено с валом 7. Таким образом, вращение электродвигателя постоянного тока через червячный редуктор и пару цилиндрических прямозубых шестерен передаётся валу 7, служащему опорой для механизма подъёма и опускания руки.

Механизм поворота руки робота.

4.2  Проектный расчёт передачи.

Определение крутящих моментов при массе груза равной m = 25 кг.

Исходные данные:

 - угловая скорость вращения руки.

 - КПД.

 угол поворота вокруг вертикальной оси (координата Q).

вылет руки робота.

 масса захватного устройства.

 масса захватного устройства.

Передаточное число зубчатой передачи у базового робота Uз.п. = 4

Передаточное число червячной передачи у базового робота Uч.п. = 31

Найдём угловое ускорение:

Тангенциальная составляющая углового ускорения:

Центростремительное ускорение:

Вес груза с захватным устройством:

Момент инерции захватного устройства с грузом:

Суммарный момент инерции:

Крутящий момент на руке робота:

Крутящий момент на двигателе:

Угловая скорость вала двигателя:

Мощность двигателя:

Частота вращения вала двигателя:

Берём двигатель DF4-K-7708. Данные двигателя:

Исходя из данных двигателя пересчитаем параметры.

Рассчитаем частоту вращения руки (на требуемой скорости):

Найдем общее передаточное число:

Передаточное число червячной передачи примем = 40. Тогда передаточное число зубчатой передачи:

Найдём угловую скорость на элементах робота:

На валу двигателя:

На валу колеса червячной передачи:

На валу колеса зубчатой передачи (угловая скорость руки робота):

Найдём значения крутящих моментов на элементах робота.

На валу двигателя:

- мощность двигателя.

– суммарное КПД всех передач.

На валу колеса червячной передачи:

На валу колеса зубчатой передачи (руки робота):

Расчёт червячной передачи.

1.  Материалы червяка и колеса.

Частота вращения червячного колеса:

Предварительная скорость скольжения:

Скорость более 5 м/с, материал зубчатого венца червячного колеса – БрО10Ф1. Параметры материала при отливки в кокиль.

1.  Допускаемые напряжения.

Допускаемое напряжение:

Суммарное число циклов перемены напряжений:

- время работы передачи, примем 10 000 ч.

Коэффициенты:

- коэффициент эквивалентности

- эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы

 – учитывает интенсивность изнашивания материала.

– коэффициент долговечности.

Допускаемые контактные напряжения:

Допускаемые напряжения изгиба:

Предельные допускаемые напряжения:

1.  Межосевое расстояние.

= 610 для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков.

= 1.025 начальный коэффициент концентрации нагрузки.

Принимаем межосевое расстояние = 125 мм.

1.  Основные параметры передачи.

Число зубьев колеса:

= 1 – червяк однозаходный

Модуль червяка:

Принимаем значение модуля m = 5

Коэффициент диаметра червяка:

Коэффициент смещения:

Угол подъёма линии витка червяка.

1.  На начальном и делительном цилиндре

1.  Размеры червяка и колеса.

Диаметры червяка:

Делительный диаметр червяка:

Диаметр вершин витков:

Диаметр впадин:

Длина нарезанной части червяка:

Диаметры червячного колеса:

Делительный диаметр колеса:

Диаметр вершин витков:

Диаметр впадин:

Наибольший диаметр колеса:

Ширина венца:

- 0,355 при однозаходном червяке.

Принимаем

Размеры червячной передачи.

1.  Проверочный расчёт передачи на прочность.

Определим скорость скольжения в зацеплении:

Расчётное напряжение:

K = 1,0117 – коэффициент нагрузки.

условие выполняется

1.  КПД передачи.

КПД червячной передачи:

 приведённый угол трения, принимаем по таблице p = 1.

1.  Силы в зацеплении.

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке:

Окружная сила на червяке:

Радиальная сила:

 20 для стандартного угла.

Силы зацепления в червяке.

1.  Проверка зубьев колеса по напряжению изгиба.

Расчётное напряжение изгиба:

коэффициент зуба колеса. Принимаем

 условие выполняется.

Расчёт зубчатой передачи.

1.  Выбор материала.

Материал шестерни 40ХН – Улучшение, HB = 250,  = 630 МПа.

Материал колеса 45 – Нормализация, HB = 200,  = 320 МПа.

1.  Допускаемые напряжения.

Предел контактной выносливости:

Для шестерни

Для колеса:

Допускаемые контактные напряжения:

Для шестерни:

Для колеса:

ZN – коэффициент долговечности, принимаем = 0.95.

ZR – коэффициент учитывающий шероховатость, принимаем = 1

Zv – коэффициент учитывающий окружную скорость, принимаем = 1.

Допускаемые напряжения изгиба:

Для шестерни:

Для колеса:

предел выносливости.

1.  Межосевое расстояние.

Находим предварительное значение межосевого расстояния:

 коэффициент зависящий от твёрдости поверхности зубьев.

 момент на шестерне.

Окружная скорость:

частота вращения шестерни.

По ГОСТ 164-81 степень точности при данной скорости – 9.

Уточняем межосевое расстояние:

для прямозубых колёс = 450.

коэффициент ширины = 0,25.

коэффициент нагрузки, принимаем = 1.2

Принимаем

1.  размеры колеса и шестерни, модуль.

Предварительный делительный диаметр колеса:

Ширина:

Принимаем

Максимальное значение модуля:

Минимальное значение модуля:

для прямозубых = 3.4 ∙ 103.

 коэффициент нагрузки при расчёте по напряжениям изгиба, принимаем = 1,58.

Принимаем модуль m = 2.5

Суммарное число зубьев:

Число зубьев шестерни:

Принимаем Z1 = 44

Число зубьев колеса:

Фактическое передаточное число передачи:

Диаметры.

Шестерня:

Делительный диаметр:

Диаметр вершин:

Диаметр впадин:

Колеса:

Делительный диаметр:

Диаметр вершин:

Диаметр впадин:

Размеры зубчатой шестерни (слева) и колеса (справа).

1.  Проверка по контактным напряжениям.

Проверка зубьев по контактным напряжениям:

- для прямозубых.

366,82 < 405,9091, условие выполняется.

1.  Силы в зацеплении.

Окружная сила:

Радиальная:

Так как передача прямозубая, то осевая сила в зацеплении отсутствует.

Силы зацепления в зубчатой передачи.

1.  Проверка зубьев колёс по напряжениям изгиба.

В зубьях колеса:

коэффициент, учитывающий форму зуба, принимаем = 3,59

120,5997 < 133,82 условие выполняется.

В зубьях шестерни:

127,6542 < 167,28 условие выполняется.

Расчёт валов.

Материалы для валов:

Сталь 45. Улучшение.

n =1,5 … 2,5 – коэффициент запаса прочности.

= 1,5 … 2 – коэффициент концентраций напряжений.

Данные:

Силы на червячном колесе:

Fr1 = 664.0149 Н

Fa1 = 215.7263 Н

Ft1 = 1834 Н

Силы на шестерне:

Fr2 = 1213 Н

Ft2 = 3334 Н

1.  Расчёт вала червячный редуктор - шестерня.

Предварительные размеры вала.

Вертикальные силы:

∑M(A)=0;

∑М(B)=0;

∑М(C)=0;

Составим систему линейных уравнений

Решая систему уравнений получаем:

Ra = 372.696 Н

Rb = -543.3602 Н

Rc = 2048 Н

Горизонтальные силы:

∑M(A)=0;

∑М(B)=0;

∑М(C)=0;

Составим систему линейных уравнений

Решая систему уравнений получаем:

Ra = 838.29 Н

Rb = -1442 Н

Rc = 5771 Н

Эпюра вала червячный редуктор – шестерня.

Диаметры вала:

Конструктивно принимаем значение d1 = 30 мм

Конструктивно принимаем значение d2 = 30 мм

Конструктивно принимаем значение d1 = 45 мм

Конструктивно принимаем значение d4 = 35 мм – размер под шестерню.

1.  Расчёт вала для зубчатого колеса.

На втором валу с зубчатым колесом держится вес руки.

Данные:

Vz = 0,5 м/с – скорость перемещения по оси Z.

Z = 0,5 м – величина перемещения по оси Z.

mр = 120 кг – масса руки.

m = 400 кг – масса всей верхней части робота.

Ускорение руки при движении по оси Z:

Сила тяжести:

G = 9,81∙400 = 3924 Н

Сила инерции при движении руки по оси:

Fин = 120∙1 = 120 Н

Максимальный вес, действующий на вал:

G = 3924 + 120 = 4044 Н

Предварительные размеры вала.

Вертикальные силы:

∑M(A)=0;

∑М(B)=0;

Горизонтальные силы

∑M(A)=0;

∑М(B)=0;

Эпюра вала-шестерни.

Диаметры вала:

Конструктивно принимаем значение d1 = 80 мм.

Конструктивно принимаем значение d2 = 90 мм – размер под подшипник.

Конструктивно принимаем значение d1 = 80 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Промышленный робот М20П.40.01 является устаревшим образцом промышленных цилиндрических роботов. Несмотря на это он отлично подходит в качестве учебного пособия для студентов технических вузов. Это обеспечивается за счет простоты конструкции, высокой надежности и хорошего доступа к узлам робота, по которым можно изучать такие кинематические передачи, как винтовая пара качения, зубчатые передачи, ременные передачи, пневмоприводы, которые обеспечивают движение поступательным и вращательным степеням подвижности робота.

refleader.ru

Реферат - ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ - Технология

Долгопрудненский Авиационный Техникум

по теме:  “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

 Выполнил: СуровМ.А.

Проверил: Козловский  А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

1.   Введение ………………………………………………..1

2.   Что такое робот………………………………………...9

3.   Робототехника не роботы……………………………..10

4.   Истоки робототехники………………………………...10

5.   Рука робота……………………………………………..14

6.   Классификаця роботов…………………………………15

7.   Что могут делать современныероботы ……………….17

8.  Список использумой литературы………………………18

В течение длительноговремени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь ине влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированноеи высокоэффективное массовое производство, которое базируется навысокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном имногоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленностии других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию«безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такиепроизводства до недавнего времени базировались в основном на специальномоборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться навыпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производстваподавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструментысписывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированноесерийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось науниверсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированнойсборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производствообладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно,требует непосредственного участия человека вовсех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручноготруда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, таккак ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихсятрадиционных формах.

   Революционные преобразования массовогопроизводства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстройсменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретноймодели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых сосроками предельного износа производственного оборудования, означает отставаниев техническом прогрессе. А списывать огромное количество специальногооборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному«безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройкина крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразованиядолжно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесьявляются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного,материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеетобразование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работыи содержательности трудовых процессов.

        Ручной труд, особенно малоквалифицированный,монотонный и

тяжелый,становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным,особенно для молодежи. Поэтому тот техническийарсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущемстанет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами,переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнениии технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производстванеобходимо добавить третий—гибкое автоматизированноепроизводство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции,как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматическихлиниях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящеедесятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств,историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны,острейшая социальная необходимость, с другой — необходимыенаучно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многихновейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматическиесистемы управления на основе средств вычислительной техники и промышленныероботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его накачественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов,безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последнихлет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических ивспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматическихсистем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия инедооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансомстолько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этомможно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашейстране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий иорганизаций по роботостроению во многихмашиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятойпятилетке было выпущено около6 тыс., в одиннадцатой — почти 50,то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс.промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности иповышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, ихвесомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручныхработ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезныйкризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил исредств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. Икризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленныхроботов, а допущенными просчетами в осуществлениитехнической политики в области роботизации.

Автор книги приводитнекоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 %фирм,/> занявшихся роботизацией производства, объявили онеудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко невсякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирмобъявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее времяситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально новогонаучно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны.Промышленные роботы имеют слишком короткую историю,чтобы обладать одними достоинствами и не иметьнедостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом.На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позицийне действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некийэквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить егоот монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепцияробота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронныммозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимокруглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одниммахом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот итрудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количествероботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Онаискусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств ворганизацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовойинформации. И в этом мощном «роботоажиотаже»до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания»промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности,особенно для тех, кто не знал глубоко тонкостипроизводства, но обладал правом решать. Это помогало становлению новогонаправления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколенийконструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы сталивыходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция«робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсеналатехнических средств производства явилась источником множества трудностей инеудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Роботне может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек,желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластныхчеловеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себялишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средствмеханизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационныезагрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которыеизвестны уже десятки лет. Более того, все те отличительныесвойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленнымроботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства.Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелогоручного труда, вообразите себе армаду,грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточныйтранспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или местав детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументамиобосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепнымиконвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влияниемсредств массовой информации идеализированное представление о роботах, которыеякобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют вкратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основыпромышленного производства и т. и., неотражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрымитемпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировалопромышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошлопотому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторыеобразцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточноепредставление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, скоторыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителейсделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее нена решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество,производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручныхдействий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не стольбезобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации радисамой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому чтопроизводство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные ималонадежные конструкции. Во-вторых, и самиразработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал»,начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышенияэффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так,их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очисткипозволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счетстабилизации технологических режимов. Производительность оборудованияповышается здесь за счет «многорукости»,быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится израбочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станковпромышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительностиоборудования, как правило, получаетсяпроигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кгвыполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можнополучить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный,так как один рабочий обслуживает 2—3станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогдаподавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске,гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один —если подходить к роботизации как к задачеимитации действий человека, то так проще, легче,удобнее.

Длительное времябольшинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа,что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, которыйстоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольнойконструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—скреплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесныеконструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции —самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительныхдополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке иобслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «внизголовой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает этуочевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительнойчерты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится,перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некаявсеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобныеиллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всегороботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильнойпромышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессеповышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, которыйнеобходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическимисварочными линиями автомобильной промышленности роботизированныекомплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работыоборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципедостаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которойосуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкиесистемы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексыприспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если,например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственнойоперации к другой практически требуется всего несколько секунд, топерепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадкав связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя ипрежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвигив этой области произойдут лишь с внедрением впроизводство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительнобольшим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языковпрограммирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работана всей линии автоматически прекращается.Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определениипричины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтныхслужб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемыезатраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленныхпредприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливаютоборудование, позволяющее выполнять вручную теоперации, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот.Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастаетдо 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезныхпроблем.

К настоящему времени миф онепогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которомуавтоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих напроизводстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит.Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции икомпоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются отнеобходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процессапроизводства составляли и будут составлять технологические процессы полученияматериалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные вконструкциях и компоновках машин, аппаратов иих систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества иколичества выпускаемой продукции,экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника неможет дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысокимпотенциалом из-за низкой интенсивности,отсутствия концентрации операций, их совмещенияво времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которыедесятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям,бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированнымиразработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиковбыли направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции,быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря,правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин»иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести ксозданию технических средств, имитирующих ручные действия человека приманипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника,работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкаяи дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономическинеэффективная.

Автоматизация производства есть комплекснаяконструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиальноотличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизациипроизводственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машини аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологическихпроцессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообщеневозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой областиявляется необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научныхоснов технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-техническогопрогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных илюдских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченноеколичество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получатьнаибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот кпервоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства,где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивнойтехнологии, новых методов и процессов,—-концентрацииопераций, многопозиционной и многоинструментнойобработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегатьтиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечиваютвысоких конечных результатов или эти результаты односторонние, напримерсокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственныхусловиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов иобоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принципдостижения конечных результатов: средства роботизации должны не простоимитировать или замещать действия человека, а выполнять производственныефункции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными.Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручногоманипулирования автоматическим— не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокойпроизводительности автоматизированного оборудования по сравнению снеавтоматизированным; 15—20 %— за счетповышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому припланировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительнопроанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество иколичество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленныхроботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективностиблагодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала,работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизациипроизводства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компонентыпроизводственного процесса—объекты производства, технологии, основное ивспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания,  кадры,удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены нановом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя быодин компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и всясистема мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем болеенеперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельныхкомпонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорногоуправления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. Ипромышленные роботы, и автоматизированные системы управления должныразрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и вкомплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогдаони будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизациипроизводства — принцип необходимости: средства роботизации, включаясамые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можноприспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники ивычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека приобслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностяхсоздания на их основе средств производства, которые раньше не могли бытьсозданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущихстанков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одноизделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременноуправлять несколькими процессами или объектами. Применение современнойэлектроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрациитехнологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническаяполитика, особенно при создании роботизированныхпроизводственных систем для серийного производства, должна быть направлена впервую очередь на проектирование, внедрение многоинструментныхи многопозиционных машин с дифференциацией иконцентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционногооборудования и где ручные, нероботизированныеоперации невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он«врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектовроботизации такие, где человек в паре с действующимимеханизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принципсвоевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкимиперспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкциироботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных итихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-техническогонаправления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначальносозданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительнойтехнике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросамиавтоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему егоуправления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования,имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники.К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги.По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресовразработчиков конструкций, схем, математическогообеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного,цехового внедрения промышленных роботов,ограничиваясь лишь общими положениями ирекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-тосверхъестественным. Их внедрение может быть эффективнымили убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—всезависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человекапри обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, котороепозволило объединять разрозненноетехнологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированныепроизводственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежитбудущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы нистарались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако неследует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Оченьспорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобыпромышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общийуровень ручных работ на производстве, тем более на уровеньпроизводительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами.Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе ипроизводство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля илителевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растетстремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таковлейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленныхроботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа ипрогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета.Основы робототехники

Эта книга о потенциально широкой областиробототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас.Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокругсоздания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвященатолько тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что высейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпыразвития робототехники связаны с успехами в области совершенствованиявычислительных машин. Часто цитируемыестатистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если быавтомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, тотридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунтастерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина имашина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этотпример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется впередробототехника. Однако, хотя техника иусложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основебыстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципамии является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первыеработы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов куспешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своемвоображении создавало машины, наделенныеспособностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифахбога огня Гефеста сопровождали, помогая ему,две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражескогонашествия. Более двух тысяч лет назад ГероиАлександрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких,как движущиеся фигуры и поющие птицы,—прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушкиоставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил дляЛюдовика XII механического льва, который при въезде короля в Миланвыдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянноусложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжениипоследующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь вначале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы»выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве чтотолько по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от чешского слова “работа”,означающего принудительный

труд,и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бысегодня скорее название «андроиды», чем«роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими),неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс»(робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемсяв марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А.Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

3.Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.

4.Лист разрезается на специальном оборудовании под управлением человека.

5.Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность резки,которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.

6.Устройство типа «взять-положить» берет лист из единственного фиксированногоположения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захватаи последовательность операций резки могут быть изменены путем механическойпереналадки станка.

7.Простой робот с позиционной системой управления забирает лист из произвольногоположения и загружает его в станок, который вырезает один из несколькихвозможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откударобот берет лист).

8.Робот с контурным управлением по сплошной траектории мягко берет один из многихлистов и с управляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает одиниз многих сложных профилей.

9.Вся робототехническая система является частьюзначительно большей системы, управляемой компьютером. Виды профилей могутизменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.

10.Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной итактильной информации, например, для поиска листа.

Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной)автоматизацией, хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительнаягибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменениязапрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его какробот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числовогопрограммного управления (ЧПУ). Такой автоматический станок управляется мини- или микрокомпьютером с использованиемпредварительно записанной последовательности операций механической обработкидеталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзяотнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл.Устройства уровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах,однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения рядапроблем.

Сейчас приняты различные определения роботов. Какправило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируютчеловека—внешность, действия, иногда то и другое. Что жекасается определений промышленного робота, то они различаются по степениобщности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяетроботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройстватипа «взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную;роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать наокружающую среду.

В Европе и США термин «промышленный робот» не включаетпервые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике(БАР) определяет робот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное дляманипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированнойтехнологической оснастки посредством вариабельныхпрограммируемых движений по выполнению конкретных производственных задач».Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР ихарактеризует робот как «перепрограммируемый   многофункциональный  манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментовили других специальных устройств посредством программируемых движений длявыполнения разнообразных задач».

Таким образом, термином «робот», как он трактуется наЗападе, не охватываются такие устройства, как дистанционно управляемыеманипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности,основанные На принципах бионики, или протезы,поскольку эти устройства управляютсячеловеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы. Отнесениеяпонцами к роботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторовсерьезно затрудняет сравнение статистикипроизводства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однакодля того чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложи-

литермин мехатроника, делающийакцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видовэтой техники.

Вполне вероятно, что в один прекрасный день мобильныероботы получат широкое распространение, но в настоящее время уровень развития,которого достигли промышленные роботы, лучше всего характеризуется понятием«механическая рука», прикрепленная к полу,стене, потолку или к машине, снабженная специальным рабочим органом, которымможет быть захват или какой-нибудь инструмент, например сварочный илипокрасочный пистолет. Рука приводится в движение гидравлическим, электрическим,а иногда и пневматическим приводом в заранее запрограммированнойпоследовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который, как правило, основан намикропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствамобратной связи в каждом узле.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной последовательности либопутем воспроизведения этой последовательности с помощью устройствадистанционного управления. Некоторые сложные роботы могут программироватьсянепосредственно голосом, отдачей приказаний передвинуться на заданноерасстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащенысенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее внепосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочегопространства, в котором может действовать рука, роботы устанавливают нанаправляющие или рамы и тем самым сообщают им ограниченную подвижность.Диапазон размеров весьма велик— от миниатюрных сборочных роботов,способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров,до роботов, созданных фирмой «Ламбертон Ро-ботикс» в Шотландии, которые могут перемещатьпоковки массой до 1,5т. впространстве объемом в несколько кубических метров.

Тем не менее огромное большинство промышленных роботовможно уподобить человеку, который слеп, глух, нем, однорук, со связанными изалитыми бетоном ногами. Но несмотря на эти«невероятные увечья» робота уже внеславыдающийся вклад в производство. Однако этостало возможным только благодаря что среда, в которой она работает, вплоть донашего времени специально «строилась» для нееи не является идентичной среде, в которойчеловек выполнял ту же работу.

Кроме классификации роботов по конфигурации рукишироко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностьюперемещений. Устройства такого типа, действующие по принципу «взять-положить»,хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем не менее часто называютсяроботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлениидвижения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики,как правило, представлены конечными выключателями, которые могут восприниматьтолько конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзяперепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть зановопереналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи илипоследовательности операций по новой программе. Однако в настоящее времясозданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткиеупоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА»установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться посвоей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Крометого, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботамлюбые манипуляционные устройства типа«взять-положить».

. Роботы соследящей системой и без нее. Роботы сизменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностьюостанавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют дваподхода к решению этой задачи. При простейшемтехническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как толькополучен сигнал, что руке требуется занятьнужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов(шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление соткрытым контуром без обратной связи относительноинформации о действительном положении того илииного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсемперестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другоерешение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма,эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, котороеконтроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор,пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящейсистемой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошнойтраектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленныхроботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколенийкомпьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек впространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки междуэтими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботыс позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для такихработ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающихустройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многиеизготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютернойпамяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Длянекоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобырука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы сконтурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию набольшое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положенияточек записывают во время программирования или вычисляют при фактическомдвижении путем интерполяции, например между двумя точками для образованияпрямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем спозиционным управлением. Фактически существует«серая зона», в которой системы многоточечного управления могутаппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота неостанавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие,немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях.Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях,сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи нароботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию обокружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнениипроизводственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классув упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включаютустройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущениекасания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало быотнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях.Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравымсмыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию такназываемых интеллектных роботов, которые будутнаделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким; образом, в перспективе станут в какой-то степениобладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационныхпризнаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делаетустройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительновлиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, дажепринятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят кпервому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочиетипы робототехнических устройств оказываютсяпередвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящимироботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Применениесовременных промышленных роботов увеличиваетпроизводительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качествопродукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогаетэкономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью,чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средстваавтоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинстводеталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 %всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50штук.

Роботы еще необладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например неспособны к разумному реагированию нанепредвиденную обстановку и изменение рабочейсреды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкойкоординации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяютсядля выполнения манипуляционных операций,например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке,точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке,размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащатьсяразличными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением,нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой,пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной идуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, атакже при очищении с помощью водяных струй. Следуетотметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот,способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки,теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретаютспециализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочнымироботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих«стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того,кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогутзаменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, нои на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой сопытом. Поэтому вполне понятно, что у многихраспространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростомбезработицы .

     С появлениемсложных робототехнических устройств нельзяболее        утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательныхработах, однако человечеству грозитдеградация, если оно, опасаясь безработицы,будет продолжать

                Книга  В.И.Захарова и М.П. Васильева “Промышленные роботы”

www.ronl.ru

25) Промышленные роботы

Министерство образования

Российской Федерации

Новосибирский государственный

педагогический университет

Реферат по дисциплине «Оборудование современного производства»

на тему:

«Промышленные роботы»

Подготовила студентка: 31 гр., Мелькер Екатерина Викторовна

Принял: Петров Андрей Николаевич

Новосибирск

Введение:

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства. В нашей стране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий и организаций по роботостроению во многих машиностроительных и приборостроительных министерствах. Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. п. Однако пока этого не происходит.

.

Робот, его назначение

Робот — механическая система с манипуляционными устройствами, системой управления, комплексом чувствительных элементов и средствами передвижения в пространстве. Предназначен для замены человека при выполнении основных и вспомогательных операций в производственных процессах. Робот — многоцелевая машина и отличается от обычного автомата гибкостью и универсальностью выполнения различных операций.

Под «промышленным роботом» понимается перепрограммируемый манипулятор, способный автоматически выполнять комплекс действий, предусмотренных программой. При этом решается важная социальная задача - освобождения человека от работ, связанных с опасностями для здоровья или с тяжелым физическим трудом, а также от простых монотонных операций, не требующих высокой квалификации.

Функциональная схема промышленного робота

В общем случае промышленный робот включает в себя следующие основные элементы: манипуляционные устройства, систему управления, чувствительные элементы и средства передвижения.

Чувствительные элементы робота дают необходимые сигналы в систему управления о приближении руки к предметам, о прикосновении и т. д. Эти элементы позволяют роботу ориентироваться нужным образом для достижения определенных целей в среде, где он функционирует.

Манипуляционная система

1. Манипуляционные устройства робота — исполнительные органы, имитирующие действие человеческих рук в натуральном масштабе, с любым увеличением или уменьшением, а также усилием по мощности. Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

2) Система передвижения

Средства передвижения робота могут быть любыми в зависимости от его назначения: шагающие механизмы; устройства на колесах; устройства на гусеницах; комбинация всех трех способов. Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.

3)Система управления.

Система управления (с ЭВМ или без нее) может иметь несколько уровней, аналогично различным ступеням нервной системы и мозга человека.

Управление бывает нескольких типов:

• Программное управление — самый простой тип системы управления, используется для управления манипуляторами на промышленных объектах. В таких роботах отсутствует сенсорная часть, все действия жёстко фиксированы и регулярно повторяются.

• Адаптивное управление — роботы с адаптивной системой управления оснащены сенсорной частью. Сигналы, передаваемые датчиками, анализируются и в зависимости от результатов принимается решение о дальнейших действиях, переходе к следующей стадии действий и т. д.

• Управление человеком (например, дистанционное управление).

• Подчинённое управление cлужит для построения системы управления приводом.

Управление роботом может осуществляться как человеком-оператором, так и системой управления промышленным предприятием (ERP-системой), согласующими действия робота с готовностью заготовок и станков с числовым программным управлением к выполнению технологических операций.

Применение и классификация промышленных роботов

Применение промышленных роботов характеризуется тем, что:

-не требуется длительных сроков внедрения;

-не требуется больших затрат при переводе промышленного робота от одной работы к другой;

-обеспечивается низкая стоимость отладки робота.

По методу управления роботы делятся на три группы: с ручным, автоматическим и комбинированным управлением. По своим возможностям промышленные роботы относятся к следующим трем поколениям:

• Первое поколение представляет собой манипулятор с программным устройством управления.

• Второе поколение — роботы с очувствлением. Исполнительные руки робота снабжаются различными датчиками, выдающими информацию о состоянии рук и предметов, с которыми он должен манипулировать, а также об основных свойствах среды, где происходит процесс. Такими датчиками могут быть контактные датчики, сигнализирующие о прикосновении руки робота к предметам; локационные, определяющие скорость движения и расстояние до предметов; телевизионные и оптические, образующие искусственное зрение, а также датчики, различающие цвет, теплоту, звук и т.д.

• Третье поколение — роботы с искусственным интеллектом.

Конструкции промышленных роботов классифицируют по следующим признакам:

• назначение — универсальные и специальные;

• характер движения руки — совершающие движение по цилиндрической и сферической поверхностям;

• тип приводов движения — гидравлические, пневматические, электрические и смешанные;

• тип передвижения робота — неподвижные (напольные и подвесные), напольные подвижные, подвесные подвижные;

• размещение пульта управления — отдельный пульт и пульт на роботе;

• конструкция пульта управления — программа задается на перфоленте, магнитной ленте или барабане, программа задается панелью со штекерным набором, управление от ЭВМ;

• технические возможности;

• по массе поднимаемых деталей (сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые, сверхтяжелые) и величина раскрытия захватов;

• величина подъема и выдвижения захвата.

По производственно-технологическому признаку промышленные роботы могут быть подразделены на две группы:

По характеру выполняемых технологических операций: основные, вспомогательные, универсальные.

По виду производства: литейные, сварочные, кузнечнопрессовые, для механической обработки, сборочные, окрасочные, транспортно-складские.

К первой группе относятся промышленные роботы, непосредственно участвующие в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин: сварочные, покрасочные. Подъемно-транспортные роботы предназначены для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с автоматическим циклом обработки детали. Робот работает в трех режимах: обучение, повторение, редактирование, может обслуживать один или два станка, образуя с ними систему станок- промышленный робот.

Наиболее эффективно применение промышленных роботов в условиях многономенклатурного производства, требующего частой смены выпускаемых изделий и соответствующих изменений технологического процесса и переналадки оборудования. В этих условиях в наибольшей степени используются универсальные свойства роботов.

Действия промышленного робота

Среди самых распространённых действий, совершаемых промышленными роботами можно назвать следующие:

• перемещение деталей и заготовок от станка к станку;

• сварка швов и точечная сварка;

• покраска;

• выполнение операций резанья с движением инструмента по сложной траектории.

Промышленный робот является устройством, производящим некие манипуляционные функции, схожие с функциями руки человека.

Достоинства использования промышленных роботов

• Достаточно быстрая окупаемость;

• исключение влияния человеческого фактора на конвейерных производствах, а также при проведении монотонных работ, требующих высокой точности;

• повышение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение качества;

• возможность использования технологического оборудования в три смены, 365 дней в году;

• рациональность использования производственных помещений;

• исключение воздействия вредных факторов на персонал на производствах с повышенной опасностью.

Заключение

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы.

Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации системы «рука —глаз». В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.

С появлением сложных робототехнических устройств нельзя более        утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательных работах.

Используемая литература:

1. Силовой расчет, уравновешивание, проектирование механизмов и механика манипуляторов: Учебное пособие для студентов смешанной формы обучения / И.Н.Чернышева, А.К.Мусатов, Н.А.Глухов и др.; Под ред. А.К.Мусатова. – М.: Изд-во МГТУ,2003– 80с., ил.

2. Механика промышленных роботов: Учеб. пособие для вузов: В 3-х кн. / под ред. К.В.Фролова, Е.И.Воробьева. – М.: Высш.шк.,2007.

3. Р.Пол “Моделирование, планирование траекторий и управление движением робота – манипулятора” - М.: Наука, 2000.

studfiles.net

Курсовая работа - ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Долгопрудненский Авиационный Техникум

по теме:  “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

 Выполнил: СуровМ.А.

Проверил: Козловский  А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

1.   Введение ………………………………………………..1

2.   Что такое робот………………………………………...9

3.   Робототехника не роботы……………………………..10

4.   Истоки робототехники………………………………...10

5.   Рука робота……………………………………………..14

6.   Классификаця роботов…………………………………15

7.   Что могут делать современныероботы ……………….17

8.  Список использумой литературы………………………18

В течение длительноговремени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь ине влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированноеи высокоэффективное массовое производство, которое базируется навысокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном имногоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленностии других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию«безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такиепроизводства до недавнего времени базировались в основном на специальномоборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться навыпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производстваподавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструментысписывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированноесерийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось науниверсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированнойсборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производствообладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно,требует непосредственного участия человека вовсех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручноготруда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, таккак ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихсятрадиционных формах.

   Революционные преобразования массовогопроизводства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстройсменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретноймодели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых сосроками предельного износа производственного оборудования, означает отставаниев техническом прогрессе. А списывать огромное количество специальногооборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному«безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройкина крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразованиядолжно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесьявляются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного,материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеетобразование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работыи содержательности трудовых процессов.

        Ручной труд, особенно малоквалифицированный,монотонный и

тяжелый,становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным,особенно для молодежи. Поэтому тот техническийарсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущемстанет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами,переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнениии технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производстванеобходимо добавить третий—гибкое автоматизированноепроизводство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции,как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматическихлиниях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящеедесятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств,историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны,острейшая социальная необходимость, с другой — необходимыенаучно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многихновейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматическиесистемы управления на основе средств вычислительной техники и промышленныероботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его накачественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов,безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последнихлет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических ивспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматическихсистем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия инедооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансомстолько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этомможно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашейстране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий иорганизаций по роботостроению во многихмашиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятойпятилетке было выпущено около6 тыс., в одиннадцатой — почти 50,то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс.промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности иповышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, ихвесомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручныхработ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезныйкризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил исредств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. Икризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленныхроботов, а допущенными просчетами в осуществлениитехнической политики в области роботизации.

Автор книги приводитнекоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 %фирм,/> занявшихся роботизацией производства, объявили онеудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко невсякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирмобъявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее времяситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально новогонаучно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны.Промышленные роботы имеют слишком короткую историю,чтобы обладать одними достоинствами и не иметьнедостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом.На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позицийне действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некийэквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить егоот монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепцияробота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронныммозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимокруглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одниммахом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот итрудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количествероботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Онаискусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств ворганизацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовойинформации. И в этом мощном «роботоажиотаже»до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания»промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности,особенно для тех, кто не знал глубоко тонкостипроизводства, но обладал правом решать. Это помогало становлению новогонаправления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколенийконструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы сталивыходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция«робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсеналатехнических средств производства явилась источником множества трудностей инеудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Роботне может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек,желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластныхчеловеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себялишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средствмеханизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационныезагрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которыеизвестны уже десятки лет. Более того, все те отличительныесвойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленнымроботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства.Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелогоручного труда, вообразите себе армаду,грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточныйтранспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или местав детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументамиобосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепнымиконвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влияниемсредств массовой информации идеализированное представление о роботах, которыеякобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют вкратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основыпромышленного производства и т. и., неотражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрымитемпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировалопромышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошлопотому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторыеобразцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточноепредставление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, скоторыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителейсделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее нена решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество,производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручныхдействий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не стольбезобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации радисамой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому чтопроизводство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные ималонадежные конструкции. Во-вторых, и самиразработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал»,начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышенияэффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так,их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очисткипозволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счетстабилизации технологических режимов. Производительность оборудованияповышается здесь за счет «многорукости»,быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится израбочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станковпромышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительностиоборудования, как правило, получаетсяпроигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кгвыполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можнополучить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный,так как один рабочий обслуживает 2—3станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогдаподавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске,гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один —если подходить к роботизации как к задачеимитации действий человека, то так проще, легче,удобнее.

Длительное времябольшинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа,что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, которыйстоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольнойконструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—скреплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесныеконструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции —самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительныхдополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке иобслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «внизголовой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает этуочевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительнойчерты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится,перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некаявсеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобныеиллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всегороботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильнойпромышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессеповышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, которыйнеобходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическимисварочными линиями автомобильной промышленности роботизированныекомплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работыоборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципедостаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которойосуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкиесистемы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексыприспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если,например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственнойоперации к другой практически требуется всего несколько секунд, топерепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадкав связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя ипрежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвигив этой области произойдут лишь с внедрением впроизводство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительнобольшим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языковпрограммирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работана всей линии автоматически прекращается.Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определениипричины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтныхслужб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемыезатраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленныхпредприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливаютоборудование, позволяющее выполнять вручную теоперации, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот.Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастаетдо 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезныхпроблем.

К настоящему времени миф онепогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которомуавтоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих напроизводстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит.Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции икомпоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются отнеобходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процессапроизводства составляли и будут составлять технологические процессы полученияматериалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные вконструкциях и компоновках машин, аппаратов иих систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества иколичества выпускаемой продукции,экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника неможет дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысокимпотенциалом из-за низкой интенсивности,отсутствия концентрации операций, их совмещенияво времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которыедесятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям,бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированнымиразработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиковбыли направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции,быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря,правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин»иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести ксозданию технических средств, имитирующих ручные действия человека приманипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника,работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкаяи дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономическинеэффективная.

Автоматизация производства есть комплекснаяконструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиальноотличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизациипроизводственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машини аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологическихпроцессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообщеневозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой областиявляется необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научныхоснов технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-техническогопрогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных илюдских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченноеколичество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получатьнаибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот кпервоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства,где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивнойтехнологии, новых методов и процессов,—-концентрацииопераций, многопозиционной и многоинструментнойобработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегатьтиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечиваютвысоких конечных результатов или эти результаты односторонние, напримерсокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственныхусловиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов иобоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принципдостижения конечных результатов: средства роботизации должны не простоимитировать или замещать действия человека, а выполнять производственныефункции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными.Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручногоманипулирования автоматическим— не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокойпроизводительности автоматизированного оборудования по сравнению снеавтоматизированным; 15—20 %— за счетповышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому припланировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительнопроанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество иколичество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленныхроботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективностиблагодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала,работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизациипроизводства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компонентыпроизводственного процесса—объекты производства, технологии, основное ивспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания,  кадры,удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены нановом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя быодин компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и всясистема мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем болеенеперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельныхкомпонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорногоуправления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. Ипромышленные роботы, и автоматизированные системы управления должныразрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и вкомплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогдаони будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизациипроизводства — принцип необходимости: средства роботизации, включаясамые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можноприспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники ивычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека приобслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностяхсоздания на их основе средств производства, которые раньше не могли бытьсозданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущихстанков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одноизделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременноуправлять несколькими процессами или объектами. Применение современнойэлектроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрациитехнологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническаяполитика, особенно при создании роботизированныхпроизводственных систем для серийного производства, должна быть направлена впервую очередь на проектирование, внедрение многоинструментныхи многопозиционных машин с дифференциацией иконцентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционногооборудования и где ручные, нероботизированныеоперации невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он«врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектовроботизации такие, где человек в паре с действующимимеханизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принципсвоевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкимиперспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкциироботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных итихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-техническогонаправления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначальносозданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительнойтехнике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросамиавтоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему егоуправления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования,имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники.К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги.По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресовразработчиков конструкций, схем, математическогообеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного,цехового внедрения промышленных роботов,ограничиваясь лишь общими положениями ирекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-тосверхъестественным. Их внедрение может быть эффективнымили убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—всезависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человекапри обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, котороепозволило объединять разрозненноетехнологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированныепроизводственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежитбудущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы нистарались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако неследует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Оченьспорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобыпромышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общийуровень ручных работ на производстве, тем более на уровеньпроизводительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами.Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе ипроизводство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля илителевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растетстремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таковлейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленныхроботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа ипрогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета.Основы робототехники

Эта книга о потенциально широкой областиробототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас.Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокругсоздания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвященатолько тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что высейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпыразвития робототехники связаны с успехами в области совершенствованиявычислительных машин. Часто цитируемыестатистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если быавтомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, тотридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунтастерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина имашина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этотпример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется впередробототехника. Однако, хотя техника иусложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основебыстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципамии является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первыеработы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов куспешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своемвоображении создавало машины, наделенныеспособностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифахбога огня Гефеста сопровождали, помогая ему,две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражескогонашествия. Более двух тысяч лет назад ГероиАлександрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких,как движущиеся фигуры и поющие птицы,—прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушкиоставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил дляЛюдовика XII механического льва, который при въезде короля в Миланвыдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянноусложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжениипоследующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь вначале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы»выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве чтотолько по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от чешского слова “работа”,означающего принудительный

труд,и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бысегодня скорее название «андроиды», чем«роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими),неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс»(робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемсяв марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А.Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1.Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволитьпричинить вред человеку.

2.Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев,когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3.Робот должен защищать себя, если это не нарушает первогоили второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именнотогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современнойпромышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнегодня остаются теми стандартами, которым припроектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепцииотносительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительнонедавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашенияо его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно.Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципувзять-положить, т. е. простая механическаярука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западеподобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинетупоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, акогда просто с традиционной формой автоматики?

Например,поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотримкак саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решенияэтой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средствможно представить в такой последовательности.

1.Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусокметаллического листа.

2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

3.Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.

4.Лист разрезается на специальном оборудовании под управлением человека.

5.Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность резки,которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.

6.Устройство типа «взять-положить» берет лист из единственного фиксированногоположения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захватаи последовательность операций резки могут быть изменены путем механическойпереналадки станка.

7.Простой робот с позиционной системой управления забирает лист из произвольногоположения и загружает его в станок, который вырезает один из несколькихвозможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откударобот берет лист).

8.Робот с контурным управлением по сплошной траектории мягко берет один из многихлистов и с управляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает одиниз многих сложных профилей.

9.Вся робототехническая система является частьюзначительно большей системы, управляемой компьютером. Виды профилей могутизменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.

10.Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной итактильной информации, например, для поиска листа.

Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной)автоматизацией, хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительнаягибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменениязапрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его какробот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числовогопрограммного управления (ЧПУ). Такой автоматический станок управляется мини- или микрокомпьютером с использованиемпредварительно записанной последовательности операций механической обработкидеталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзяотнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл.Устройства уровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах,однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения рядапроблем.

Сейчас приняты различные определения роботов. Какправило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируютчеловека—внешность, действия, иногда то и другое. Что жекасается определений промышленного робота, то они различаются по степениобщности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяетроботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройстватипа «взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную;роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать наокружающую среду.

В Европе и США термин «промышленный робот» не включаетпервые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике(БАР) определяет робот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное дляманипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированнойтехнологической оснастки посредством вариабельныхпрограммируемых движений по выполнению конкретных производственных задач».Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР ихарактеризует робот как «перепрограммируемый   многофункциональный  манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментовили других специальных устройств посредством программируемых движений длявыполнения разнообразных задач».

Таким образом, термином «робот», как он трактуется наЗападе, не охватываются такие устройства, как дистанционно управляемыеманипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности,основанные На принципах бионики, или протезы,поскольку эти устройства управляютсячеловеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы. Отнесениеяпонцами к роботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторовсерьезно затрудняет сравнение статистикипроизводства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однакодля того чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложи-

литермин мехатроника, делающийакцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видовэтой техники.

Вполне вероятно, что в один прекрасный день мобильныероботы получат широкое распространение, но в настоящее время уровень развития,которого достигли промышленные роботы, лучше всего характеризуется понятием«механическая рука», прикрепленная к полу,стене, потолку или к машине, снабженная специальным рабочим органом, которымможет быть захват или какой-нибудь инструмент, например сварочный илипокрасочный пистолет. Рука приводится в движение гидравлическим, электрическим,а иногда и пневматическим приводом в заранее запрограммированнойпоследовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который, как правило, основан намикропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствамобратной связи в каждом узле.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной последовательности либопутем воспроизведения этой последовательности с помощью устройствадистанционного управления. Некоторые сложные роботы могут программироватьсянепосредственно голосом, отдачей приказаний передвинуться на заданноерасстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащенысенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее внепосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочегопространства, в котором может действовать рука, роботы устанавливают нанаправляющие или рамы и тем самым сообщают им ограниченную подвижность.Диапазон размеров весьма велик— от миниатюрных сборочных роботов,способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров,до роботов, созданных фирмой «Ламбертон Ро-ботикс» в Шотландии, которые могут перемещатьпоковки массой до 1,5т. впространстве объемом в несколько кубических метров.

Тем не менее огромное большинство промышленных роботовможно уподобить человеку, который слеп, глух, нем, однорук, со связанными изалитыми бетоном ногами. Но несмотря на эти«невероятные увечья» робота уже внеславыдающийся вклад в производство. Однако этостало возможным только благодаря что среда, в которой она работает, вплоть донашего времени специально «строилась» для нееи не является идентичной среде, в которойчеловек выполнял ту же работу.

Кроме классификации роботов по конфигурации рукишироко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностьюперемещений. Устройства такого типа, действующие по принципу «взять-положить»,хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем не менее часто называютсяроботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлениидвижения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики,как правило, представлены конечными выключателями, которые могут восприниматьтолько конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзяперепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть зановопереналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи илипоследовательности операций по новой программе. Однако в настоящее времясозданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткиеупоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА»установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться посвоей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Крометого, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботамлюбые манипуляционные устройства типа«взять-положить».

. Роботы соследящей системой и без нее. Роботы сизменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностьюостанавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют дваподхода к решению этой задачи. При простейшемтехническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как толькополучен сигнал, что руке требуется занятьнужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов(шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление соткрытым контуром без обратной связи относительноинформации о действительном положении того илииного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсемперестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другоерешение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма,эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, котороеконтроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор,пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящейсистемой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошнойтраектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленныхроботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколенийкомпьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек впространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки междуэтими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботыс позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для такихработ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающихустройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многиеизготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютернойпамяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Длянекоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобырука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы сконтурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию набольшое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положенияточек записывают во время программирования или вычисляют при фактическомдвижении путем интерполяции, например между двумя точками для образованияпрямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем спозиционным управлением. Фактически существует«серая зона», в которой системы многоточечного управления могутаппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота неостанавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие,немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях.Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях,сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи нароботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию обокружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнениипроизводственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классув упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включаютустройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущениекасания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало быотнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях.Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравымсмыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию такназываемых интеллектных роботов, которые будутнаделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким; образом, в перспективе станут в какой-то степениобладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационныхпризнаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делаетустройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительновлиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, дажепринятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят кпервому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочиетипы робототехнических устройств оказываютсяпередвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящимироботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Применениесовременных промышленных роботов увеличиваетпроизводительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качествопродукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогаетэкономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью,чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средстваавтоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинстводеталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 %всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50штук.

Роботы еще необладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например неспособны к разумному реагированию нанепредвиденную обстановку и изменение рабочейсреды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкойкоординации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяютсядля выполнения манипуляционных операций,например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке,точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке,размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащатьсяразличными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением,нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой,пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной идуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, атакже при очищении с помощью водяных струй. Следуетотметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот,способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки,теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретаютспециализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочнымироботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих«стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того,кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогутзаменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, нои на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой сопытом. Поэтому вполне понятно, что у многихраспространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростомбезработицы .

     С появлениемсложных робототехнических устройств нельзяболее        утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательныхработах, однако человечеству грозитдеградация, если оно, опасаясь безработицы,будет продолжать

                Книга  В.И.Захарова и М.П. Васильева “Промышленные роботы”

www.ronl.ru

Курсовая работа - ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

Долгопрудненский Авиационный Техникум

Реферат по гидравлике

по теме: “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

Выполнил: Суров М.А.

Проверил: Козловский А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

1. Введение ………………………………………………..1

2. Что такое робот ………………………………………...9

3. Робототехника не роботы ……………………………..10

4. Истоки робототехники ………………………………...10

5. Рука робота ……………………………………………..14

6. Классификаця роботов …………………………………15

7. Что могут делать современные роботы ……………….17

8. Список использумой литературы ………………………18

Введение

В течение длительного времени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь и не влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированное и высокоэффективное массовое производство, которое базируется на высокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном и многоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленности и других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию «безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такие производства до недавнего времени базировались в основном на специальном оборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться на выпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производства подавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструменты списывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированное серийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось на универсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированной сборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производство обладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно, требует непосредственного участия человека во всех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручного труда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, так как ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихся традиционных формах.

Революционные преобразования массового производства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстрой сменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретной модели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых со сроками предельного износа производственного оборудования, означает отставание в техническом прогрессе. А списывать огромное количество специального оборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному «безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройки на крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразования должно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесь являются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного, материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеет образование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работы и содержательности трудовых процессов.

Ручной труд, особенно малоквалифицированный, монотонный и

тяжелый, становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным, особенно для молодежи. Поэтому тот технический арсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущем станет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами, переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнении и технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производства необходимо добавить третий—гибкое автоматизированное производство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции, как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматических линиях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящее десятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств, историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны, острейшая социальная необходимость, с другой — необходимые научно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многих новейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматические системы управления на основе средств вычислительной техники и промышленные роботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его на качественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия и недооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансом столько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этом можно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашей стране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий и организаций по роботостроению во многих машиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятой пятилетке было выпущено около 6 тыс., в одиннадцатой — почти 50, то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс. промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезный кризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил и средств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. И кризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленных роботов, а допущенными просчетами в осуществлении технической политики в области роботизации.

Автор книги приводит некоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 % фирм,занявшихся роботизацией производства, объявили о неудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко не всякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирм объявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее время ситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально нового научно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны. Промышленные роботы имеют слишком короткую историю, чтобы обладать одними достоинствами и не иметь недостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом. На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позиций не действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некий эквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить его от монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепция робота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронным мозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимо круглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одним махом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот и трудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количестве роботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Она искусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств в организацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовой информации. И в этом мощном «роботоажиотаже» до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания» промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности, особенно для тех, кто не знал глубоко тонкости производства, но обладал правом решать. Это помогало становлению нового направления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколений конструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы стали выходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция «робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсенала технических средств производства явилась источником множества трудностей и неудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Робот не может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек, желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластных человеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себя лишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средств механизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационные загрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которые известны уже десятки лет. Более того, все те отличительные свойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленным роботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства. Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелого ручного труда, вообразите себе армаду, грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточный транспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или места в детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументами обосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепными конвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влиянием средств массовой информации идеализированное представление о роботах, которые якобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют в кратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основы промышленного производства и т. и., не отражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрыми темпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировало промышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошло потому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторые образцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточное представление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, с которыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителей сделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее не на решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество, производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручных действий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не столь безобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации ради самой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому что производство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции. Во-вторых, и сами разработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал», начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышения эффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так, их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очистки позволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счет стабилизации технологических режимов. Производительность оборудования повышается здесь за счет «многорукости», быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится из рабочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станков промышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительности оборудования, как правило, получается проигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кг выполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можно получить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный, так как один рабочий обслуживает 2—3 станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогда подавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске, гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один — если подходить к роботизации как к задаче имитации действий человека, то так проще, легче, удобнее.

Длительное время большинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа, что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, который стоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольной конструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—с креплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесные конструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции — самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительных дополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «вниз головой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает эту очевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительной черты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится, перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некая всеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобные иллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всего роботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильной промышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессе повышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, который необходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическими сварочными линиями автомобильной промышленности роботизированные комплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работы оборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципе достаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которой осуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкие системы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексы приспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если, например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственной операции к другой практически требуется всего несколько секунд, то перепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадка в связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя и прежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвиги в этой области произойдут лишь с внедрением в производство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительно большим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языков программирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работа на всей линии автоматически прекращается. Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определении причины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтных служб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемые затраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленных предприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливают оборудование, позволяющее выполнять вручную те операции, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот. Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастает до 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезных проблем.

К настоящему времени миф о непогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которому автоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих на производстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит. Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции и компоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются от необходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процесса производства составляли и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные в конструкциях и компоновках машин, аппаратов и их систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника не может дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысоким потенциалом из-за низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям, бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированными разработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря, правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин» иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически неэффективная.

Автоматизация производства есть комплексная конструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизации производственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машин и аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой области является необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научных основ технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных и людских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной технологии, новых методов и процессов,—-концентрации операций, многопозиционной и многоинструментной обработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегать тиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких конечных результатов или эти результаты односторонние, например сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов и обоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принцип достижения конечных результатов: средства роботизации должны не просто имитировать или замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручного манипулирования автоматическим — не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизированным; 15—20 % — за счет повышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому при планировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительно проанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество и количество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленных роботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективности благодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала, работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизации производства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса—объекты производства, технологии, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства — принцип необходимости: средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническая политика, особенно при создании роботизированных производственных систем для серийного производства, должна быть направлена в первую очередь на проектирование, внедрение многоинструментных и многопозиционных машин с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования и где ручные, нероботизированные операции невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он «врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими механизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкими перспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-технического направления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначально созданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной технике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники. К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги. По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресов разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового внедрения промышленных роботов, ограничиваясь лишь общими положениями и рекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—все зависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы ни старались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако не следует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами. Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля или телевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растет стремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа и прогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета. Основы робототехники

Робототехника, не роботы

Эта книга о потенциально широкой области робототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас. Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокруг создания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвящена только тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что вы сейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпы развития робототехники связаны с успехами в области совершенствования вычислительных машин. Часто цитируемые статистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, то тридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунта стерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина и машина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этот пример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется вперед робототехника. Однако, хотя техника и усложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основе быстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципами и является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первые работы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов к успешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своем воображении создавало машины, наделенные способностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифах бога огня Гефеста сопровождали, помогая ему, две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеского нашествия. Более двух тысяч лет назад Герои Александрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких, как движущиеся фигуры и поющие птицы,— прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушки оставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянно усложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжении последующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь в начале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы» выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве что только по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от чешского слова “работа”, означающего принудительный

труд, и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бы сегодня скорее название «андроиды», чем «роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими), неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс» (робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемся в марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А. Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.

2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

3. Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.

4. Лист разрезается на специальном оборудовании под управлением человека.

5. Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность резки, которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.

6. Устройство типа «взять-положить» берет лист из единственного фиксированного положения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захвата и последовательность операций резки могут быть изменены путем механической переналадки станка.

7. Простой робот с позиционной системой управления забирает лист из произвольного положения и загружает его в станок, который вырезает один из нескольких возможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откуда робот берет лист).

8. Робот с контурным управлением по сплошной траектории мягко берет один из многих листов и с управляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает один из многих сложных профилей.

9. Вся робототехническая система является частью значительно большей системы, управляемой компьютером. Виды профилей могут изменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.

10. Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной и тактильной информации, например, для поиска листа.

Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной) автоматизацией, хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительная гибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменения запрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его как робот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числового программного управления (ЧПУ). Такой автоматический станок управляется мини- или микрокомпьютером с использованием предварительно записанной последовательности операций механической обработки деталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзя отнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл. Устройства уровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах, однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения ряда проблем.

Сейчас приняты различные определения роботов. Как правило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируют человека—внешность, действия, иногда то и другое. Что же касается определений промышленного робота, то они различаются по степени общности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяет роботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройства типа «взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную; роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать на окружающую среду.

В Европе и США термин «промышленный робот» не включает первые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике (БАР) определяет робот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное для манипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированной технологической оснастки посредством вариабельных программируемых движений по выполнению конкретных производственных задач». Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР и характеризует робот как «перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или других специальных устройств посредством программируемых движений для выполнения разнообразных задач».

Таким образом, термином «робот», как он трактуется на Западе, не охватываются такие устройства, как дистанционно управляемые манипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности, основанные На принципах бионики, или протезы, поскольку эти устройства управляются человеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы. Отнесение японцами к роботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторов серьезно затрудняет сравнение статистики производства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однако для того чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложи-

ли термин мехатроника, делающий акцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видов этой техники.

Рука робота

Вполне вероятно, что в один прекрасный день мобильные роботы получат широкое распространение, но в настоящее время уровень развития, которого достигли промышленные роботы, лучше всего характеризуется понятием «механическая рука», прикрепленная к полу, стене, потолку или к машине, снабженная специальным рабочим органом, которым может быть захват или какой-нибудь инструмент, например сварочный или покрасочный пистолет. Рука приводится в движение гидравлическим, электрическим, а иногда и пневматическим приводом в заранее запрограммированной последовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который, как правило, основан на микропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствам обратной связи в каждом узле.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной последовательности либо путем воспроизведения этой последовательности с помощью устройства дистанционного управления. Некоторые сложные роботы могут программироваться непосредственно голосом, отдачей приказаний передвинуться на заданное расстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащены сенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее в непосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочего пространства, в котором может действовать рука, роботы устанавливают на направляющие или рамы и тем самым сообщают им ограниченную подвижность. Диапазон размеров весьма велик — от миниатюрных сборочных роботов, способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров, до роботов, созданных фирмой «Ламбертон Ро-ботикс» в Шотландии, которые могут перемещать поковки массой до 1,5т. в пространстве объемом в несколько кубических метров.

Тем не менее огромное большинство промышленных роботов можно уподобить человеку, который слеп, глух, нем, однорук, со связанными и залитыми бетоном ногами. Но несмотря на эти «невероятные увечья» робота уже внесла выдающийся вклад в производство. Однако это стало возможным только благодаря что среда, в которой она работает, вплоть до нашего времени специально «строилась» для нее и не является идентичной среде, в которой человек выполнял ту же работу.

Классификация роботов

Кроме классификации роботов по конфигурации руки широко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностью перемещений. Устройства такого типа, действующие по принципу «взять-положить», хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем не менее часто называются роботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлении движения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики, как правило, представлены конечными выключателями, которые могут воспринимать только конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзя перепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть заново переналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи или последовательности операций по новой программе. Однако в настоящее время созданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткие упоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА» установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться по своей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Кроме того, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботам любые манипуляционные устройства типа «взять-положить».

. Роботы со следящей системой и без нее. Роботы с изменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностью останавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют два подхода к решению этой задачи. При простейшем техническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как только получен сигнал, что руке требуется занять нужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов (шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление с открытым контуром без обратной связи относительно информации о действительном положении того или иного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсем перестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другое решение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма, эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, которое контроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор, пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящей системой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошной траектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленных роботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколений компьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек в пространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки между этими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботы с позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для таких работ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающих устройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многие изготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютерной памяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Для некоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобы рука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы с контурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию на большое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положения точек записывают во время программирования или вычисляют при фактическом движении путем интерполяции, например между двумя точками для образования прямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем с позиционным управлением. Фактически существует «серая зона», в которой системы многоточечного управления могут аппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота не останавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие, немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях. Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях, сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи на роботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классу в упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включают устройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущение касания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало бы отнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях. Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравым смыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию так называемых интеллектных роботов, которые будут наделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким; образом, в перспективе станут в какой-то степени обладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационных признаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делает устройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительно влиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, даже принятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят к первому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочие типы робототехнических устройств оказываются передвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящими роботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Что могут делать современные роботы

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинство деталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100 штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 % всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50 штук.

Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяются для выполнения манипуляционных операций, например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке, размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением, нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, а также при очищении с помощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот, способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих «стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того, кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогут заменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что у многих распространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростом безработицы .

С появлением сложных робототехнических устройств нельзя более утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательных работах, однако человечеству грозит деградация, если оно, опасаясь безработицы, будет продолжать

Список используемой литературы :

Книга В.И. Захарова и М.П. Васильева “Промышленные роботы”

www.ronl.ru

Реферат - промышленные роботы - Разное

Реферат по гидравлике

по теме: “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

Выполнил: Суров М.А.

Проверил: Козловский А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

Введение ………………………………………………..1

Что такое робот ………………………………………...9

Робототехника не роботы ……………………………..10

Истоки робототехники ………………………………...10

Рука робота ……………………………………………..14

Классификаця роботов …………………………………15

Что могут делать современные роботы ……………….17

Список использумой литературы ………………………18

Введение

В течение длительного времени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь и не влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированное и высокоэффективное массовое производство, которое базируется на высокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном и многоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленности и других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию «безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такие производства до недавнего времени базировались в основном на специальном оборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться на выпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производства подавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструменты списывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированное серийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось на универсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированной сборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производство обладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно, требует непосредственного участия человека во всех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручного труда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, так как ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихся традиционных формах.

Революционные преобразования массового производства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстрой сменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретной модели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых со сроками предельного износа производственного оборудования, означает отставание в техническом прогрессе. А списывать огромное количество специального оборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному «безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройки на крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразования должно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесь являются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного, материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеет образование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работы и содержательности трудовых процессов.

Ручной труд, особенно малоквалифицированный, монотонный и

тяжелый, становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным, особенно для молодежи. Поэтому тот технический арсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущем станет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами, переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнении и технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производства необходимо добавить третий—гибкое автоматизированное производство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции, как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматических линиях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящее десятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств, историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны, острейшая социальная необходимость, с другой — необходимые научно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многих новейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматические системы управления на основе средств вычислительной техники и промышленные роботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его на качественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия и недооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансом столько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этом можно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашей стране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий и организаций по роботостроению во многих машиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятой пятилетке было выпущено около 6 тыс., в одиннадцатой — почти 50, то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс. промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезный кризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил и средств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. И кризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленных роботов, а допущенными просчетами в осуществлении технической политики в области роботизации.

Автор книги приводит некоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 % фирм, занявшихся роботизацией производства, объявили о неудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко не всякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирм объявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее время ситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально нового научно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны. Промышленные роботы имеют слишком короткую историю, чтобы обладать одними достоинствами и не иметь недостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом. На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позиций не действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некий эквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить его от монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепция робота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронным мозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимо круглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одним махом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот и трудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количестве роботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Она искусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств в организацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовой информации. И в этом мощном «роботоажиотаже» до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания» промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности, особенно для тех, кто не знал глубоко тонкости производства, но обладал правом решать. Это помогало становлению нового направления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколений конструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы стали выходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция «робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсенала технических средств производства явилась источником множества трудностей и неудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Робот не может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек, желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластных человеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себя лишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средств механизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационные загрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которые известны уже десятки лет. Более того, все те отличительные свойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленным роботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства. Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелого ручного труда, вообразите себе армаду, грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточный транспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или места в детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументами обосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепными конвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влиянием средств массовой информации идеализированное представление о роботах, которые якобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют в кратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основы промышленного производства и т. и., не отражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрыми темпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировало промышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошло потому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторые образцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточное представление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, с которыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителей сделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее не на решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество, производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручных действий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не столь безобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации ради самой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому что производство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции. Во-вторых, и сами разработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал», начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышения эффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так, их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очистки позволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счет стабилизации технологических режимов. Производительность оборудования повышается здесь за счет «многорукости», быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится из рабочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станков промышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительности оборудования, как правило, получается проигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кг выполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можно получить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный, так как один рабочий обслуживает 2—3 станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогда подавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске, гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один — если подходить к роботизации как к задаче имитации действий человека, то так проще, легче, удобнее.

Длительное время большинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа, что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, который стоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольной конструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—с креплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесные конструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции — самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительных дополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «вниз головой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает эту очевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительной черты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится, перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некая всеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобные иллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всего роботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильной промышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессе повышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, который необходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическими сварочными линиями автомобильной промышленности роботизированные комплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работы оборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципе достаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которой осуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкие системы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексы приспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если, например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственной операции к другой практически требуется всего несколько секунд, то перепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадка в связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя и прежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвиги в этой области произойдут лишь с внедрением в производство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительно большим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языков программирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работа на всей линии автоматически прекращается. Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определении причины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтных служб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемые затраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленных предприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливают оборудование, позволяющее выполнять вручную те операции, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот. Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастает до 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезных проблем.

К настоящему времени миф о непогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которому автоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих на производстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит. Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции и компоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются от необходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процесса производства составляли и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные в конструкциях и компоновках машин, аппаратов и их систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника не может дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысоким потенциалом из-за низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям, бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированными разработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря, правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин» иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически неэффективная.

Автоматизация производства есть комплексная конструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизации производственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машин и аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой области является необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научных основ технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных и людских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной технологии, новых методов и процессов,—-концентрации операций, многопозиционной и многоинструментной обработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегать тиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких конечных результатов или эти результаты односторонние, например сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов и обоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принцип достижения конечных результатов: средства роботизации должны не просто имитировать или замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручного манипулирования автоматическим — не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизированным; 15—20 % — за счет повышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому при планировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительно проанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество и количество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленных роботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективности благодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала, работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизации производства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса—объекты производства, технологии, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства — принцип необходимости: средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническая политика, особенно при создании роботизированных производственных систем для серийного производства, должна быть направлена в первую очередь на проектирование , внедрение многоинструментных и многопозиционных машин с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования и где ручные, нероботизированные операции невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он «врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими механизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкими перспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-технического направления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначально созданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной технике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники. К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги. По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресов разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового внедрения промышленных роботов, ограничиваясь лишь общими положениями и рекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—все зависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы ни старались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако не следует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами. Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля или телевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растет стремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа и прогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета. Основы робототехники

^ Робототехника, не роботы

Эта книга о потенциально широкой области робототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас. Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокруг создания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвящена только тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что вы сейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпы развития робототехники связаны с успехами в области совершенствования вычислительных машин. Часто цитируемые статистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, то тридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунта стерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина и машина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этот пример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется вперед робототехника. Однако, хотя техника и усложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основе быстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципами и является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первые работы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов к успешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своем воображении создавало машины, наделенные способностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифах бога огня Гефеста сопровождали, помогая ему, две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеского нашествия. Более двух тысяч лет назад Герои Александрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких, как движущиеся фигуры и поющие птицы,— прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушки оставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянно усложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжении последующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь в начале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы» выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве что только по отсутствию эмоций. Сам термин был образован от чешского слова “работа”, означающего принудительный

труд, и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бы сегодня скорее название «андроиды», чем «роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими), неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс» (робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемся в марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А. Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технически

www.ronl.ru

Реферат Промышленные роботы

Долгопрудненский Авиационный Техникум

Реферат по гидравлике

по теме: “ ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ “

Выполнил: Суров М.А.

Проверил: Козловский А.Ю.

Долгопрудный 2002 г.

Оглавление

1. Введение ………………………………………………..1

2. Что такое робот ………………………………………...9

3. Робототехника не роботы ……………………………..10

4. Истоки робототехники ………………………………...10

5. Рука робота ……………………………………………..14

6. Классификаця роботов …………………………………15

7. Что могут делать современные роботы ……………….17

8. Список использумой литературы ………………………18

Введение

В течение длительного времени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь и не влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированное и высокоэффективное массовое производство, которое базируется на высокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном и многоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленности и других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию «безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такие производства до недавнего времени базировались в основном на специальном оборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться на выпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производства подавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструменты списывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированное серийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось на универсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированной сборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производство обладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно, требует непосредственного участия человека во всех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручного труда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, так как ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихся традиционных формах.

Революционные преобразования массового производства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстрой сменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретной модели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых со сроками предельного износа производственного оборудования, означает отставание в техническом прогрессе. А списывать огромное количество специального оборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному «безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройки на крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразования должно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесь являются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного, материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеет образование не ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работы и содержательности трудовых процессов.

Ручной труд, особенно малоквалифицированный, монотонный и

тяжелый, становится все более непривлекательным, не престижным,

нежелательным, особенно для молодежи. Поэтому тот технический арсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущем станет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами, переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнении и технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производства необходимо добавить третий—гибкое автоматизированное производство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции, как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматических линиях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящее десятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств, историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированного производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны, острейшая социальная необходимость, с другой — необходимые научно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многих новейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматические системы управления на основе средств вычислительной техники и промышленные роботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его на качественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия и недооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансом столько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этом можно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашей стране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий и организаций по роботостроению во многих машиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятой пятилетке было выпущено около 6 тыс., в одиннадцатой — почти 50, то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс. промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. п. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезный кризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил и средств, с одной стороны, и реальной их отдачей—с другой. И кризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленных роботов, а допущенными просчетами в осуществлении технической политики в области роботизации.

Автор книги приводит некоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44 % фирм, занявшихся роботизацией производства, объявили о неудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко не всякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирм объявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее время ситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально нового научно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны. Промышленные роботы имеют слишком короткую историю, чтобы обладать одними достоинствами и не иметь недостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в этом. На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позиций не действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некий эквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить его от монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепция робота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронным мозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимо круглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу П. Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одним махом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот и трудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количестве роботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Она искусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств в организацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовой информации. И в этом мощном «роботоажиотаже» до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания» промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности, особенно для тех, кто не знал глубоко тонкости производства, но обладал правом решать. Это помогало становлению нового направления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколений конструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы стали выходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция «робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсенала технических средств производства явилась источником множества трудностей и неудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Робот не может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек, желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластных человеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себя лишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средств механизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационные загрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которые известны уже десятки лет. Более того, все те отличительные свойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленным роботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства. Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелого ручного труда, вообразите себе армаду, грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточный транспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или места в детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументами обосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепными конвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влиянием средств массовой информации идеализированное представление о роботах, которые якобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют в кратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основы промышленного производства и т. и., не отражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрыми темпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировало промышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошло потому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторые образцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточное представление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, с которыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителей сделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее не на решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество, производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручных действий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не столь безобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации ради самой роботизации. И как следствие—разочарование и дискредитация, потому что производство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции. Во-вторых, и сами разработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал», начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышения эффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так, их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очистки позволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счет стабилизации технологических режимов. Производительность оборудования повышается здесь за счет «многорукости», быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится из рабочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станков промышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительности оборудования, как правило, получается проигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3—5 кг выполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можно получить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный, так как один рабочий обслуживает 2—3 станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогда подавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске, гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т.е. наименее перспективным направлениям? Ответ один — если подходить к роботизации как к задаче имитации действий человека, то так проще, легче, удобнее.

Длительное время большинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа, что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, который стоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольной конструкции составляют 53 % общего количества, еще 39%—с креплением на базовых узлах оборудования и лишь 8 % — подвесные конструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции — самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительных дополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «вниз головой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает эту очевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительной черты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится, перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некая всеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобные иллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всего роботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильной промышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессе повышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, который необходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическими сварочными линиями автомобильной промышленности роботизированные комплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работы оборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципе достаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которой осуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкие системы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексы приспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если, например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственной операции к другой практически требуется всего несколько секунд, то перепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадка в связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя и прежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвиги в этой области произойдут лишь с внедрением в производство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительно большим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языков программирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работа на всей линии автоматически прекращается. Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определении причины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтных служб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемые затраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно поэтому на многих промышленных предприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливают оборудование, позволяющее выполнять вручную те операции, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот. Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастает до 30—40 °/о, нередко становятся поводом для серьезных проблем.

К настоящему времени миф о непогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которому автоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих на производстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит. Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции и компоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются от необходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процесса производства составляли и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные в конструкциях и компоновках машин, аппаратов и их систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника не может дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысоким потенциалом из-за низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещения во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям, бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированными разработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря, правильные общие лозунги типа «ручной труд—на плечи машин» иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически неэффективная.

Автоматизация производства есть комплексная конструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизации производственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машин и аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основной направленности работ в этой области является необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научных основ технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных и людских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной технологии, новых методов и процессов,—-концентрации операций, многопозиционной и многоинструментной обработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегать тиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких конечных результатов или эти результаты односторонние, например сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов и обоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип—принцип достижения конечных результатов: средства роботизации должны не просто имитировать или замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручного манипулирования автоматическим — не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что 60— 70 % экономического эффекта получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования по сравнению с неавтоматизированным; 15—20 % — за счет повышения или стабилизации качества и лишь 10—15%—благодаря экономии фонда заработной платы. Поэтому при планировании и обосновании работ по роботизации необходимо предварительно проанализировать, как могут повлиять намечаемые мероприятия на качество и количество выпускаемой продукции; численность обслуживающего персонала.

Именно такие факторы обеспечили приоритетное развитие технологических промышленных роботов, которые позволяют получить выигрыш по всем источникам эффективности благодаря улучшению качества изделий, повышению производительности машин, сокращению численности производственного персонала, работающего в тяжелых и вредных условиях производства.

Второй принцип технической политики при роботизации производства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса—объекты производства, технологии, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства — принцип необходимости: средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническая политика, особенно при создании роботизированных производственных систем для серийного производства, должна быть направлена в первую очередь на проектирование , внедрение многоинструментных и многопозиционных машин с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования и где ручные, нероботизированные операции невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он «врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими механизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкими перспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-технического направления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначально созданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной технике, технической кибернетике и т. д., которые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники. К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги. По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресов разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового внедрения промышленных роботов, ограничиваясь лишь общими положениями и рекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его—все зависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции, как бы мы ни старались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако не следует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами. Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля или телевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растет стремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа и прогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот ?

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.

1 Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

БИОГРАФИЯ РОБОТОТЕХНИКИ

О чем вся эта суета. Основы робототехники

Робототехника, не роботы

Эта книга о потенциально широкой области робототехники, а не только о тех роботах, которые существуют уже сейчас. Другими словами—эта книга была написана в то время, когда вокруг создания и применения роботов бушевали страсти, и если бы она была посвящена только тем их образцам, которые имелись на период написания, тогда то, что вы сейчас читаете, безнадежно устарело бы.

Темпы развития робототехники связаны с успехами в области совершенствования вычислительных машин. Часто цитируемые статистические данные в отношении их сводятся к следующему. Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как вычислительная техника, то тридцатилетней давности автомашина «Ролле Ройс» стоила бы сейчас 2 фунта стерлингов, на весь срок эксплуатации хватило бы заправки одной пинты бензина и машина развивала бы достаточную тягу для движения на крутом подъеме. Этот пример в какой-то степени показывает, как быстро сейчас движется вперед робототехника. Однако, хотя техника и усложняется с большей скоростью, тем не менее принципы, лежащие в основе быстрого развития, изменяются сравнительно медленно. Овладение этими принципами и является ключом к раскрытию секретов нового мощного «взрыва» робототехники.

Истоки робототехники

Человечество стремилось создать механическое подобие себя задолго до того, как были начаты первые работы в этом направлении, которые в конце концов привели в начале 60-х годов к успешному применению промышленных роботов.

В течение всей истории человечество в своем воображении создавало машины, наделенные способностью чувствовать (по крайней мере частично). В древних греческих мифах бога огня Гефеста сопровождали, помогая ему, две живые статуи из чистого золота. Позднее он построил бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеского нашествия. Более двух тысяч лет назад Герои Александрийский в «Трактате о пневматике» описал множество автоматов, таких, как движущиеся фигуры и поющие птицы,— прямо древнегреческий «Диснейленд». Интересно, что эти замечательные игрушки оставались единственным реальным применением пневматики.

Примерно в 1500 г. Леонардо да Винчи построил для Людовика XII механического льва, который при въезде короля в Милан выдвигался, раздирал когтями грудь и показывал герб Франции. Такие постоянно усложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжении последующих четырех столетий. Но слово «робот» вошло в английский язык лишь в начале двадцатого века после того, как появилась пьеса Карела Чапека «.R U. R.» (Россумские универсальные роботы). В пьесе «роботы» выращивались биологическим путем, и их нельзя было отличить от людей, разве что только по отсутствию эмоций. Сам термин был образован отчешского слова “работа”, означающего принудительный

труд, и от слова «работник», означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бы сегодня скорее название «андроиды», чем «роботы» (которые, как теперь считается, должны быть механическими), неправильное употребление этого слова стало повсеместным.

Слово «роботикс» (робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе «Скиталец», появившемся в марте 1942 г. в сборнике «Поразительная научная фантастика», А. Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники.

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон:

3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Что такое робот»

До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия «промышленный робот» нет международного соглашения о его определениях—границы термина устанавливаются весьма произвольно. Например, в Японии роботом называется устройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими упорами. Однако на Западе подобное устройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет упоры), считается особым видом жесткого автомата, а не роботом.

Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, а когда просто с традиционной формой автоматики?

Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с уровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности.

1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.

2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.

3. Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.

4. Лист разрезается на специальном оборудовании под управлением человека.

5. Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность резки, которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.

6. Устройство типа «взять-положить» берет лист из единственного фиксированного положения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захвата и последовательность операций резки могут быть изменены путем механической переналадки станка.

7. Простой робот с позиционной системой управления забирает лист из произвольного положения и загружает его в станок, который вырезает один из нескольких возможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откуда робот берет лист).

8. Робот с контурным управлением по сплошной траектории мягко берет один из многих листов и с управляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает один из многих сложных профилей.

9. Вся робототехническая система является частью значительно большей системы, управляемой компьютером. Виды профилей могут изменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.

10. Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной и тактильной информации, например, для поиска листа.

Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной) автоматизацией, хотя ясно, что на шестом уровне уже достигается значительная гибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменения запрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его как робот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числового программного управления (ЧПУ). Такой автоматический станок управляется мини- или микрокомпьютером с использованием предварительно записанной последовательности операций механической обработки деталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзя отнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл. Устройства уровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах, однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения ряда проблем.

Сейчас приняты различные определения роботов. Как правило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируют человека—внешность, действия, иногда то и другое. Что же касается определений промышленного робота, то они различаются по степени общности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяет роботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; устройства типа «взять-положить»; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную; роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать на окружающую среду.

В Европе и США термин «промышленный робот» не включает первые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике (БАР) определяет робот как «перепрограммируемое устройство, предназначенное для манипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированной технологической оснастки посредством вариабельных программируемых движений по выполнению конкретных производственных задач». Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР и характеризует робот как «перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или других специальных устройств посредством программируемых движений для выполнения разнообразных задач».

Таким образом, термином «робот», как он трактуется на Западе, не охватываются такие устройства, как дистанционно управляемые манипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности, основанные На принципах бионики, или протезы, поскольку эти устройства управляются человеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы. Отнесение японцами к роботам устройств типа «взять-положить» и ручных манипуляторов серьезно затрудняет сравнение статистики производства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однако для того чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложи-

ли термин мехатроника, делающий акцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видов этой техники.

Рука робота

Вполне вероятно, что в один прекрасный день мобильные роботы получат широкое распространение, но в настоящее время уровень развития, которого достигли промышленные роботы, лучше всего характеризуется понятием «механическая рука», прикрепленная к полу, стене, потолку или к машине, снабженная специальным рабочим органом, которым может быть захват или какой-нибудь инструмент, например сварочный или покрасочный пистолет. Рука приводится в движение гидравлическим, электрическим, а иногда и пневматическим приводом в заранее запрограммированной последовательности движений под управлением контроллера (управляющего устройства), который, как правило, основан на микропроцессоре и способен определять положение руки благодаря устройствам обратной связи в каждом узле.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной последовательности либо путем воспроизведения этой последовательности с помощью устройства дистанционного управления. Некоторые сложные роботы могут программироваться непосредственно голосом, отдачей приказаний передвинуться на заданное расстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащены сенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее в непосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочего пространства, в котором может действовать рука, роботы устанавливают на направляющие или рамы и тем самым сообщают им ограниченную подвижность. Диапазон размеров весьма велик — от миниатюрных сборочных роботов, способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров, до роботов, созданных фирмой «Ламбертон Ро-ботикс» в Шотландии, которые могут перемещать поковки массой до 1,5т. в пространстве объемом в несколько кубических метров.

Тем не менее огромное большинство промышленных роботов можно уподобить человеку, который слеп, глух, нем, однорук, со связанными и залитыми бетоном ногами. Но несмотря на эти «невероятные увечья» робота уже внесла выдающийся вклад в производство. Однако это стало возможным только благодаря что среда, в которой она работает, вплоть до нашего времени специально «строилась» для нее и не является идентичной среде, в которой человек выполнял ту же работу.

Классификация роботов

Кроме классификации роботов по конфигурации руки широко используются и другие классификационные принципы.

Роботы с жесткой и изменяемой последовательностью перемещений. Устройства такого типа, действующие по принципу «взять-положить», хотя, строго говоря, не относятся к роботам, тем не менее часто называются роботами с жесткой последовательностью перемещений. Ход в каждом направлении движения по оси определен установкой механических жестких упоров, а датчики, как правило, представлены конечными выключателями, которые могут воспринимать только конечные точки, а не промежуточные. Такие устройства нельзя перепрограммировать на выполнение новой задачи. Они должны быть заново переналажены и отлажены, как традиционные автоматические механизмы.

Роботы с изменяемой последовательностью перемещений могут выполнять различные задачи или последовательности операций по новой программе. Однако в настоящее время созданы устройства типа «взять-положить», которые включают различные жесткие упоры по соответствующей программе. Например, у робота «МХУ Сеньер» фирмы «АСЕА» установлены на каждой оси семь упоров, каждый из которых может управляться по своей программе, что позволяет выполнять сложные последовательности. Кроме того, конечно, в промышленности всегда существует соблазн относить к роботам любые манипуляционные устройства типа «взять-положить».

. Роботы со следящей системой и без нее. Роботы с изменяемой последовательностью перемещений должны обладать способностью останавливать отдельный узел руки в любой точке траектории. Существуют два подхода к решению этой задачи. При простейшем техническом решении контроллер просто посылает энергию к узлу, как только получен сигнал, что руке требуется занять нужную позицию. При использовании некоторых специальных электрических моторов (шаговых двигателей и т. д.). такой подход приемлем, но в целом управление с открытым контуром без обратной связи относительно информации о действительном положении того или иного узла весьма неточно — рука робота может где-нибудь застрять и совсем перестать двигаться. Поэтому во всех роботах, кроме учебных, используют другое решение задачи, которое предполагает размещение на каждом узле сервомеханизма, эффективно контролирующего фактическое положение узла и положение, которое контроллер «хочет», чтобы узел занял, а затем перемещающего руку до тех пор, пока положения не совпадают. Роботы, использующие управление с замкнутым контуром, называются роботами со следящей системой или просто сервороботами.

Роботы с позиционными и контурными системами (действующие от точки к точке и по сплошной траектории управления). Два типа контроллеров, используемых в промышленных роботах, обладают следующей особенностью. У многих роботов первых поколений компьютерной памяти хватало для запоминания лишь дискретных точек в пространстве, по которым должна двигаться рука. Траектория движения руки между этими точками не задавалась, и ее нередко трудно было предсказать. Такие роботы с позиционным управлением еще широко распространены и вполне пригодны для таких работ, например, как точечная сварка. С уменьшением стоимости запоминающих устройств появилась возможность увеличить число запоминаемых точек. Многие изготовители используют термин многоточечное управление, если в компьютерной памяти можно хранить очень большое число дискретных точек.

Для некоторых видов работ (покраска распылением и дуговая сварка) необходимо, чтобы рука робота, следуя по траектории, управлялась непрерывно. Такие роботы с контурным управлением в действительности разбивают сплошную траекторию на большое число отдельных близко расположенных друг от друга точек. Положения точек записывают во время программирования или вычисляют при фактическом движении путем интерполяции, например между двумя точками для образования прямой линии. Эти роботы можно рассматривать как естественное развитие систем с позиционным управлением. Фактически существует «серая зона», в которой системы многоточечного управления могут аппроксимировать сплошную траекторию системы, если рука робота не останавливается в каждой дискретной точке, а плавно проходит через них.

Роботы первого, второго, третьего поколений. К роботам первого поколения обычно относят «глухие, немые и слепые роботы», которые нашли широкое распространение на предприятиях. Роботы второго поколения, которые совсем недавно появились в лабораториях, сейчас можно встретить и на заводах. Роботы второго поколения очень похожи на роботы первого поколения. Используют различную сенсорную информацию об окружающей среде, чтобы корректировать свое поведение при выполнении производственной операции (что соответствует наиболее сложному, шестому классу в упомянутой ранее японской классификации роботов). Сенсорные системы включают устройства технического зрения и тактильные датчики, обеспечивающие «ощущение касания».

Некоторые роботы второго поколения называют интеллектными роботами. Но этот термин следовало бы отнести к роботам третьего поколения, которых нет еще даже в лабораториях. Сейчас только начались исследования по созданию роботов, наделенных «здравым смыслом». Тем не менее такие исследования действительно приведут к созданию так называемых интеллектных роботов, которые будут наделены «чувствами» и способностью распознавать объекты внешнего мира и, таким; образом, в перспективе станут в какой-то степени обладать способностью действовать самостоятельно.

Несмотря на все многообразие классификационных признаков, существуют «серые зоны». Например, один простой датчик еще не делает устройство роботом второго поколения. Необходимо, чтобы датчик значительно влиял на действия робота. Но что значит «значительно»? Более того, даже принятые определения отличаются друг от друга. Некоторые специалисты относят к первому поколению роботов устройства типа «взять-положить», так что все прочие типы робототехнических устройств оказываются передвинутыми на одно поколение «вверх».

Вполне возможно, что в конечном итоге только роботов второго поколения можно будет считать настоящими роботами, относя первое поколение к программируемым устройствам, обычным манипуляторам и т. п.

Что могут делать современные роботы

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинство деталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100 штук, а в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 % всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50 штук.

Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации системы «рука — глаз». Роботы с захватами или подобные им применяются для выполнения манипуляционных операций, например при удалении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, упаковке, размещении деталей в палеты и складировании.

Руки роботов вместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением, нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, а также при очищении с помощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать универсальный робот, способный выполнить почти любую работу — от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.

Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих «стальными воротничками» следует помнить, что робот может заменить только того, кто «работает, как робот». Однако недалеко то время, когда роботы смогут заменить людей не только на утомительной, повторяющейся или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что у многих распространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростом безработицы .

С появлением сложных робототехнических устройств нельзя более утверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательных работах, однако человечеству грозит деградация, если оно, опасаясь безработицы, будет продолжать

Список используемой литературы :

Книга В.И. Захарова и М.П. Васильева “Промышленные роботы”

Реферат Безлюдное производство На наших глазах происходит глубокое изменение харак­тера труда производственного рабочего. Было время, когда работа велась полностью на универсальных станках (то­карных, фрезерных, сверлильных и т. п.), на которых ра­бочий мог вытачивать или фрезеровать, или сверлить любую деталь (в пределах возможностей данного станка). Тогда все обеспечивалось искусством ручного труда рабочего.

Реферат Промышленная робототехника Промышленная робототехника является одним из новых направле­ний автоматизации производственных процессов, начало развития, которого в на­шей стране относится к последнему десятилетию. Комплексный подход к ре­шению технико-экономических и социальных задач, связанных с внедрением их промышленных роботов (ПР), позволил высвободить около 2000 рабочих.

Реферат Надежность машин: станки, промышленные роботы Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах все параметры, обеспечивающие выполнение требуемых функций в заданных условиях эксплуатации. Уровень надежности в значительной степени определяет развитие техники по основным направлениям: автоматизации производства, интенсификации рабочих процессов и транспорта, экономии материалов и энергии.

Курсовая: Роботизация и применение промышленных роботов 5.1.4. Погрузка тяжёлых предметов на конвейер или паллеты.........................20 5.2. Обработка деталей и заготовок..................................................................20 5.2.1. Сварка...........................................................................................................20 5.2.2.

Реферат Использование роботов в промышленных предприятиях Ðàññìîòðèì êîíêðåòíûå çàäà÷è , êîòîðûå ðîáîòû ðåøàþò â íàñòîÿùåå âðåìÿ íà ïðîìûøëåííûõ ïðåäïðèÿòèÿõ. Èõ ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè îñíîâíûõ êàòåãîðèè : Ïðè ðàçãðóçî÷íî-çàãðóçî÷íûõ è òðàíñïîðòíûõ îïåðàöèÿõ ðîáîò çàìåíÿåò ïàðó ÷åëîâå÷åñêèõ ðóê .  åãî îáÿçàííîñòè íå âõîäÿò îñîáåííî ñëîæíûå ïðîöåäóðû .

nreferat.ru

Смотрите также

• 
  Плавание синхронное реферат
• 
  Реферат физиология сна
• 
  Наружная реклама реферат
• 
  Поршневые компрессоры реферат
• 
  Реферат франц шуберт
• 
  Питирим сорокин реферат
• 
  Экологическая этика реферат
• 
  Созвездие козерог реферат
• 
  Реферат web дизайн
• 
  Web дизайн реферат
• 
  Реферат порода собак