Классификация роботов по способу управления

Робот можно определить как универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую работу. При создании первых роботов и вплоть до наших дней образцом для них служат возможности человека. Именно стремление заменить человека на тяжелых и опасных работах породило идею создания робота, затем первые попытки ее реализации (в средние века) и, наконец, обусловило возникновение и развитие современной робототехники и роботостроения.

Функциональная схема робота.

В общем виде она включает исполнительные системы — манипуляционную (один или несколько манипуляторов) и передвижения (транспортную), информационно-управляющую, сенсорную, дающую информацию о внешней среде и систему связи с оператором, а также с другими взаимодействующими с роботом машинами.

Исполнительные системы состоят из механической системы и системы приводов. Механическая система манипулятора — это кинематическая цепь, состоящая из подвижных звеньев с угловым или поступательным перемещением, которая заканчивается каким-нибудь рабочим инструментом или захватным устройством.

Со временем понятие робот расширилось и под ним часто стали понимать любую автоматическую машину, заменяющую человека и чем-то напоминающую его разумное поведение

Робот- это машина автоматического действия, которая объединяет свойства машин — рабочих и информационных. Роботы также принципиально отличаются от других машин своей универсальностью (многофункциональностью) и гибкостью (быстрым переходом к выполнению новых операций.)

Примечание. Термин «робот» славянского происхождения. Его ввел известный чешский писатель Карел Чапек в 1920 г. в своей фантастической пьесе «Россумовские универсальные роботы», в которой так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей на тяжелых физических работах. Название «робот» образовано от чешского слова Робоtа, что означает тяжелый подневольный труд.

Помимо роботов для тех же целей широкое применение получили манипуляторы с ручным управлением (копирующие манипуляторы, телеоператоры и т. П.) и с различными вариантами полуавтоматического и автоматизированного управления, а также однопрограммные (не перепрограммируемые) автоматические манипуляторы (автооператоры и механические руки). Эти устройства явились в значительной степени предшественниками роботов. Появились они главным образом для манипулирования объектами, непосредственный контакт с которыми для человека вреден или опасен (радиоактивные вещества, раскаленные болванки и т. П.).

Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, принято называть роботизированными.

Роботизированные системы, в которых роботы выполняют основные технологические операции, называются робототехническими.

Роботы получили наибольшее распространение в промышленности и, прежде всего, в машиностроении. Предназначенные для этой цели роботы называют промышленными роботами (ПР).

Наряду с использованием в промышленности роботы применяются и в других областях народного хозяйства и вообще человеческой деятельности:

на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин),
в сельском хозяйстве,
медицине (протезирование, хирургия – обслуживание больных и инвалидов),
в сфере обслуживания,
для исследования и освоения океана и космоса и выполнения работ в других экстремальных условиях (стихийные бедствия, аварии, военные действия), в научных исследованиях.

Применение роботов не только приносит конкретный технико-экономический эффект, связанный с повышением производительности труда, сменности работы оборудования и качества продукции, но и является важным средством решения социальных проблем, позволяя освобождать людей от тяжелого, опасного и монотонного труда.

Состав, параметры и классификация роботов

Итак, робот как машина состоит из двух основных частей — исполнительных систем и информационно-управляющей системы с сенсорной системой. В свою очередь исполнительные системы включают манипуляционную систему (обычно в виде механических манипуляторов) и системы передвижения, имеющиеся только у мобильных (подвижных) роботов.

Классификация роботов. Основные области применения роботов.

Классификация роботов по назначению. т. е. область применения.

Промышленные роботы (ПР), которые предназначены для применения в промышленности и составляют до 80% всего парка роботов в мире.

По типу выполняемых операций все ПР делятся на

роботов технологических, которые выполняют основные технологические операции, и
роботов вспомогательных, предназначенных для выполнения вспомогательных технологических операций по обслуживанию основного технологического оборудования — для выполнения транспортно-складских, погрузочно-разгрузочных и других вспомогательных операций.

Технологические роботы относятся к основному технологическому оборудованию, а вспомогательные можно отнести к средствам автоматизации.

По широте перечня операций, для выполнения которых предназначен робот, различаются роботы

специальные,
специализированные
универсальные.

Специальные роботы предназначены для выполнения одной конкретной технологической операции (например, сварка, нанесение покрытий, определенная сборочная операция или обслуживание определенной марки технологического оборудования).

Специализированные роботы могут выполнять несколько однотипных операций (сборочный робот со сменными рабочими инструментами, робот для обслуживания определенного типа технологического оборудования и т. п.).

Универсальные роботы могут выполнять различные основные и вспомогательные операции в пределах их технических возможностей.

Универсальные промышленные роботы обладают широкими технологическими возможностями, что предопределяет их количественное превосходство над специальными и специализированными. Специальные роботы рассчитаны на работу (подъем, перемещение, опускание и т.д.) с одинаковыми деталями или выполнение определенной технологической операции, а специализированные — на работу с конструктивно и технологически сходными деталями или выполнение однотипных технологических операций (процессов).

Классификация роботов по показателям, определяющим их конструкцию.

К таким показателям относятся:

тип приводов;
грузоподъемность;
количество манипуляторов;
тип и параметры их рабочей зоны;
подвижность и способ размещения;
исполнение по назначению.

Приводы, которые используются в манипуляторах и системах передвижения роботов, могут быть электрическими, гидравлическими и пневматическими. Часто их применяют в комбинации.

Грузоподъемность робота — это грузоподъемность его манипуляторов, а для транспортного робота еще и его шасси.

Количество манипуляторов у роботов в большинстве случаев ограничено одним. Однако в зависимости от назначения существуют конструкции роботов с 2, 3 и совсем редко 4 манипуляторами. Манипулятор может быть оснащен двумя схватами (рабочими органами), что повышает эффективность его работы.

Тип и параметры рабочей зоны манипулятора определяют область окружающего робот пространства, в пределах которой он может осуществлять манипуляции, не передвигаясь, т. е. при неподвижном основании. Рабочая зона манипулятора — это пространство, в котором может находиться его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипулятора. Форма рабочей зоны определяется системой координат, в которой осуществляется движение рабочего органа манипулятора, и числом степеней подвижности манипулятора.

Подвижность робота определяется наличием или отсутствием у него системы передвижения. В первом случае роботы называют мобильными, а во втором — стационарными

По способу размещения стационарные и мобильные роботы бывают

напольными,
подвесными (мобильные роботы этого типа обычно перемещаются по поднятому монорельсу),
встраиваемыми в другое оборудование (например, с размещением на станине обслуживаемого им станка).

Исполнение робота по назначению зависит от внешних условий, в которых он должен функционировать. Различают исполнение

нормальное,
пылезащитное,
теплозащитное,
влагозащитное,
взрывобезопасное и т. д.

Классификация роботов по способу управления.

По этому признаку различают роботы с

Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным и дискретным. В последнем случае управление движением осуществляется заданием последовательности точек с остановкой в каждой из них. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое (например , робот ЦПР-1), при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально — чаще всего ограничено двумя — начальной и конечной.

Метод управления, по которому различают роботы с ручным, копирующим и кнопочным управлением.

Классификация роботов по быстродействию и точности движений.

Эти параметры взаимосвязаны и характеризуют динамические свойства Быстродействие манипулятора определяется скоростью перемещения его рабочего органа и может быть разбито на 3 диапазона в зависимости от линейной скорости:

малое — до 0,5 м/с;
среднее — от 0,5 до 1—3 м/с;
высокое — при больших скоростях.

Наибольшая скорость манипуляторов современных роботов достигает 10 м/с и выше.

Точность манипулятора и системы передвижения робота характеризуется погрешностью позиционирования. Чаще всего точность роботов характеризуют абсолютной погрешностью. Точность роботов общего применения можно разбить на 3 диапазона в зависимости от линейной погрешности:

малая — от 1 мм и более;
средняя — от 0,1 до 1 мм;
высокая — при меньшей погрешности.

Наименьшую точность имеют роботы, предназначенные для выполнения наиболее грубых, например, транспортных движений, а наибольшую, микронную, — роботы, используемые, например, в электронной промышленности.

Грузоподъемность. В зависимости от нее роботы бывают сверхлегкие — на 0,1 . 1,0 кг; легкие — на 1,6. 10 кг; средние — на 16. 100 кг; тяжелые — на 160. 1000 кг и сверхтяжелые (> 1000 кг).

Степень их технического совершенства. По этому признаку различают роботы первого, второго и третьего поколений.

Роботы первого поколения (с программным управлением) применяют для: обслуживания станков, прессов, печей, сварочных установок и машин; выполнения основных технологических процессов (гибки, вальцовки, резки, сборки, сварки); погрузочно-разгрузочных и складских работ. Роботы второго поколения отличаются от роботов первого наличием чувствительных устройств (осязание, телевизионное зрение), имеют более сложное управляющее устройство. Роботы третьего поколения (интегральные роботы) в отличие от роботов второго поколения обрабатывают информацию, получаемую от органов чувств. Эти роботы применяют для работ, требующих распознавания образов (работа по чертежу), а также протекающих в сложных и изменяющихся условиях.

По типу информационной системы их подразделяют на роботы: с поисковой системой; отражением усилий; искусственным зрением; комбинированной информационной системой. Применяют эти роботы для: сборки и монтажа по монтажной схеме; выполнения работ, требующих информации о внешнем виде и свойствах предметов (трещины, загрязненность, цвет и т.д.); работ с неориентированными деталями произвольной формы.

В зависимости от назначения промышленных роботов признаками классификации могут быть тип привода рабочих органов, тип системы управления, число манипуляторов (два — четыре и более), степень гибкости программы (уровень адаптации), тип рабочей зоны, способ задания режима работы, тип информационной системы, тип исполнения, быстродействие и т.д.

По уровню сложности работы и его устройства разделяются на 3 поколения:

1 поколение – это роботы, имеющие только память обучающую и адаптивные системы;

2 поколение – это роботы с частично самоорганизующейся системой управления, обучения и адаптации от ЭВМ;

3 поколение – это роботы с самоорганизующейся системой управления и органами чувств.

В машиностроении в основном применяются роботы 1-го поколения и частично 2-го. Роботы 2-го и 3-го поколения применяются для научных исследований и работе в условиях недоступных и вредных для человека.

По степени специализации подразделяются:

1) специальные – только для выполнения одной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;

2) специализированные ПР – предназначены для выполнения технологических операций одного вида (сварки, окраски, сборки, гибки, штабелирования и т.д.);

3) многоцелевые – для выполнения различных основных и вспомогательных операций и они относятся к числу универсальных.

По типам производства – серийное и массовое.

Область применения по виду производства:

1) в заготовительных цехах: литейных, кузнечнопрессовых и т.д.

2) в основных цехах: механических, сборочных, термических, гальванических и др.;

3) во вспомогательных цехах: инструментальных, ремонтных и др

По технологическим операциям:

1) выполнение основных операций – сборка, сварка, окраска, штабелирование и др.;

2) выполнение вспомогательных операций при всех видах обработки;

3) проведение операций контроля – информационные РТС;

4) выполнение всех видов работ на складах;

5) внутрицеховой и межцеховой транспорт.

Системы основных координатных перемещений:

5) Полярная- плоская,- цилиндрическая,- сферическая

6) Ангулярная- плоская, — цилиндрическая, — сферическая

Число степеней подвижности:

с одно, двумя и n- степенями подвижности.

Мобильность – стационарные или подвижные.

Тип силового привода – гидравлический, пневматический, электрический и комбинированный привод.

Схема расположения приводов – в едином блоке, на вспомогательных органах или комбинированная.

Характер обработки программы – жесткопрограммируемые, адаптивные и гибкопрограммируемые.

Характер программирования скоростей и дискретности перемещений – позиционные, многоточечные или малоточечные, контурные и комбинированные СПУ.

Параметры, определяющие технический уровень роботов.

К параметрам, определяющим технический уровень относятся параметров, которые могут иметь количественное выражение, такие, как из ранее рассмотренных: быстродействие, точность.

К параметрам относятся, в частности,

удельная грузоподъемность, отнесенная к массе робота,
выходная мощность манипулятора (произведение грузоподъемности на скорость перемещения), отнесенная к мощности его приводов;
размер рабочей зоны, отнесенный к габаритам робота.

Другими ранее не упоминавшимися параметрами, характеризующими технический уровень роботов, являются

число одновременно работающих степеней подвижности,
надежность,
способы и время программирования.

Составными частями ПР являются:

1) исполнительное устройство (устройство передвижения + манипулятор);

2) рабочий орган;

3) устройство управления.

Устройство передвижения может быть колесным, на гусеничном ходу, на механических ногах (в случае начального варианта) или моторельсовым, на тельферных балках (подвесной вариант).

Манипулятор – это многозвенный шарнирный механизм, с заданным числом степеней подвижности (3. 9), заканчивающийся рабочим органом.

Рабочий орган выполняется в двух вариантах:

1) в виде захватного устройства (механического, магнитного, вакуумного и т.п.);

2) в виде рабочего инструмента (сварочные клещи с электродом, окрасочный пистолет, сборочный инструмент типа гайковерта и др.).

В первом случае это обслуживающий робот, а во втором – операционный,который предназначен для выполнения технологических операций.

Устройство управленияпредназначено для формирования и выдачи исполнительному устройству команд в соответствии с управляющей программой. Устройство управления включает:

— блоки управления приводами манипулятора и устройства передвижения.

С позиции ОТ роботы характеризуются четырьмя важными показателями:

1) рабочее пространство ПР – это часть пространства, в которой может оказаться робот в процессе эксплуатации (манипулируя и передвигаясь);

2) рабочая зона ПР – это пространство, в котором может оказаться рабочий орган при его функционировании;

3) зона обслуживания ПР – это пространство, в котором робот выполняет свои функции в соответствии с установленной программой.

4) скорость перемещения (м/с) (в среднем 1 м/с, но может достигать 2,5-3 м/с) – это много.

Промышленные роботы получили применение в машиностроении в следующих производствах:

− при обслуживании различных металлообрабатывающих станков; (

Источник