А.М.НЕЙМАРК
РОБОТЫ
НА СЛУЖБЕ
ЧЕЛОВЕКА
ИЗДАТЕЛЬСТВО НАУКА
Skaning, Djvuing Lykas
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Серия «Наука и технический прогресс»
А. М. НЕЙМАРК
РОБОТЫ
НА СЛУЖБЕ
ЧЕЛОВЕКА
И
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»
Москва 1982
Н45Неймарк А. М. Роботы на службе человека. М.:
Наука, 1982, 104 с., илл. — (Серия «Наука и технический
прогресс»)
Книга является попыткой некоторого обобщения отече-
ственного и зарубежного опыта в области роботизации про-
мышленного производства с учетом имеющихся публика-
ций по робототехнике. Излагаются классификация и струк-
тура современных промышленных роботов, рассматрива-
ются возможные области их применения.
Кандидат технических наук А. М. Неймарк — специа-
лист в области автоматизации производства, автор многих
трудов и изобретений пои вопросам автоматизации и робо-
тотехники.
24.4
Ответственный редактор
доктор технических наук
Г. Б. ЛУРЬЕ
Н
2404000000- 369
054 (02)-82
13-82 НП
© Издательство «Наука», 1982 г.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных задач развития народного хозяй-
ства страны является всемерное ускорение темпов комп-
лексной механизации и автоматизации производственных
процессов во всех отраслях народного хозяйства, особенно
механизация вспомогательных и подсобных работ, су-
щественное сокращение доли ручного труда. В выполне-
'нии этих задач, поставленных XXV и XXVI съездами
КПСС, важное значение имеет создание и широкое вне-
дрение промышленных роботов — автоматических мани-
пуляторов с программным управлением, позволяющих ме-
ханизировать и автоматизировать процессы производства,
тяжелые физические и монотонные работы.
В «Основных направлениях экономического и соци-
ального развития СССР на 1981—1985 годы и на период
до 1990 года», утвержденных XXVI съездом КПСС, запи-
сано: «Существенно увеличить производство систем ма-
шин и оборудования, автоматических манипуляторов
с программным управлением, позволяющих исключить
применение ручного малоквалифицированного и монотон-
ного труда, особенно в тяжелых и вредных для человека
условиях». И далее: «На основе использования достиже-
ний науки и техники развивать производство и обеспе-
чить широкое применение автоматических манипуляторов
(промышленных роботов), встроенных систем автомати-
ческого управления с использованием микропроцессоров
и микро-ЭВМ, создать автоматизированные цехи и за-
воды» ♦.
В Отчетном докладе Центрального Комитета КПСС
XXVI съезду Коммунистической партии отмечено: «По-
истине революционные возможности открывают создание
и внедрение" миниатюрных электронных управляющих
Основные направления экономического и социального разви-
тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года. Мл
Политиздат, 1981, с. 33 и 21.
1*
3
машин, промышленных роботов. Они должны получить
самое широкое применение» *.
Комплексная программа работ по созданию и освое-
нию автоматических манипуляторов на 1981—1990 гг.
предусматривает их применение в машиностроении, уголь-
ной и горнодобывающей промышленности, черной и цвет-
ной металлургии, в сельском хозяйстве, строительстве,
в отраслях легкой и пищевой промышленности и на
транспорте. По плану экономического и социального раз-
вития страны предусмотрено увеличение автоматических
манипуляторов с программным управлением.
/ Автоматизация вспомогательных операций с исполь-
зованием промышленных роботов позволяет высвободить
рабочих, повысить производительность труда, улучшить
качество продукции и условия труда, существенно облег-
чить труд работающих. Промышленные роботы обычно
превосходят возможности человека в подъеме грузов,
в скорости реакции при выполнении монотонных опера-
ций, в надежности, ритмичности и т. п. Кроме того, они
могут работать в экстремальных условиях, непригодных
для человека.
К отличительным особенностям промышленных роботов
относится возможность многократного их перепрограмми-
рования для выполнения разных по характеру работ,
гибкость и способность приспосабливаться к различным
условиям. К их преимуществам относится также широкая
универсальность, возможность автоматизации длительных
циклов работы (до 30 мин), простота переналадки,
мобильность, позволяющая их эффективно использо-
вать в условиях серийного производства. Робот спосо-
бен действовать по независимым программам в соответст-
вии с получаемыми извне командами и может сам выда-
вать команды на выполнение другим оборудованием тех
или иных действий. Программы записываются на перфо-
лентах, перфокартах, магнитных лентах и магнитных ба-
рабанах, могут применяться штеккерные табло и т. п.
Промышленные роботы могут работать непрерывно по-
вторяющимися циклами, отдельными законченными цик-
лами и частями полного цикла.
• Брежнев Л. И, Отчетный доклад Центрального Комитета КПСС
XXVI съезду Коммунистической партии Советского Союза и
очередные задачи партии в области внутренней и внешней
политики. М.: Политиздат, 1981, с. 59.
4
Промышленные роботы в отличие от обычных мани-
пуляторов, выполняющих преимущественно одну или не-
сколько однотипных операций, могут выполнять большое
количество операций. При этом переход от одной опера-
ции к другой осуществляется сменой программы в си-
стеме управления роботом, а при изменении изделия,
с которым оперирует робот, требуется лишь подналадка
движений его рабочих органов.
Высокий срок службы, надежность, высокий коэффтг
циент использования промышленных роботов обусловли-
вают эффективность их применения в различных отрас-
лях промышленности — и не только отдельных роботов,
но автоматических поточных линий и других автомати-
зированных систем на их базе.
Промышленные роботы оказались практически неза-
менимыми для выполнения работ, носящих монотонный
характер, при которых рабочий быстро устает и его про-
изводительность снижается, для обслуживания оборудо-
вания и производственных процессов в непригодных для
человека условиях. Особенно важна их роль там, где тре-
буется тяжелый физический труд, где работают с токси-
ческими, взрывчатыми и т. п. веществами, в тяжелых
температурных условиях либо в условиях повышенной
влажности, вибрации, шума, загрязненного воздуха и т. п.
Роботы позволяют автоматизировать операции, выпол-
няемые обычно вручную (установку детали на станок, ее
закрепление, снятие, поворот, ориентирование и передачу
на другое рабочее место и т. п.). Они успешно выполняют
работы по подъему и перемещению изделий различных
размеров и массы, часто работают совместно (или син-
хронно) с обслуживаемым оборудованием.
Создание автоматических линий с использованием
промышленных роботов в ряде случаев оказывается вы-
годным даже при роботах первого поколения (требующих
предварительного ориентирования деталей) в условиях
частой смены номенклатуры изготовляемых изделий и не-
обходимости модернизации оборудования. При модерни-
зации автоматических линий роботы легко встраиваются
в новую линию. При их внедрении непроизводительные
потери снижаются в 5—8 раз.
В настоящее время существуют тысячи видов работ,
где промышленные роботы могут значительно улучшить
условия труда и повысить его производительность. На-
пример, они могут использоваться для обслуживания раз-
5
личного технологического и транспортного оборудования,
для загрузочных и разгрузочных операций при штам-
повке, на токарных, фрезерных и других металлорежу-
щих станках, конвейерах, для выполнения технологиче-
ских операций (покраски, сварки, шлифовки, зачистки
и т. п.), для манипулирования с деталями в печах при
термообработке, для правки заготовок и деталей, их конт-
роля и др.
Роботы могут передвигаться по рельсам по полу и над
оборудованием, крепиться к стене, устанавливаться на
колонне и т. п. Современные блочно-модульные конструк-
ции роботов позволяют при необходимости (изменении
производственных условий) усложнять и упрощать их пу-
тем минимальных переделок и подналадок. Это способст-
вует не только удешевлению и ускорению автоматизации
отдельных технологических процессов и их комплексов,
но и созданию небольших автоматизированных предприя-
тий, не уступающих по своим технико-экономическим по-
казателям крупным заводам.
Ожидается, что к 2000 г. роботы смогут выполнять
большинство производственных операций, на которых сей-
час занят человек. Постепенно они получат распростра-
нение в непромышленных областях и в быту, где на них
можно будет возложить самые разнообразные обязанно-
сти, начиная с физически тяжелых и требующих гаран-
тированной надежности работ и кончая легкими, но тре-
бующими многократного повторения одинаковых движе-
ний.
Глава I
КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Современные промышленные роботы можно условно
классифицировать по назначению, специализации, основ-
ным параметрам (грузоподъемность, мобильность, тип
привода, тип системы управления и др.), кинематическим
признакам и т. п.
По назначению роботы можно условно разделить на
два основных класса: производственные и транспортные.
Производственные роботы осуществляют основные one-
рации процессов технологии различных видов произ-
водств — литейного, кузнечно-прессового, штамповочного,
сварочного, изготовления деталей из порошковых матери-
алов, механообрабатывающего, сборочного, окрасочного
и т. д. и обычно оснащены соответствующим инструмен-
том или устройством, например для нанесения покрытия
литейной формы, покраски, сварки, завертывания гаек
и т. п. Транспортные роботы выполняют работы по меж-
операционной передаче заготовок, деталей и изделий
с автоматической загрузкой и разгрузкой различного обо-
рудования, передают готовые детали и складируют их,
например, в конце сборочных линий укладывают готовые
изделия в контейнеры или па поддоны, обслуживают тех-
нологическое и транспортное оборудование, часто работая
с ними совместно и синхронно. В ряде случаев транспорт-
ные роботы могут выполнять как основные технологиче-
ские операции, так и вспомогательные работы по транс-
портированию, аналогично и производственные роботы
часто приспособлены к определенным транспортным опе-
рациям.
Каждый из этих типов роботов может быть универ-
сальным или специализированным. Универсальные ро-
боты предназначены для выполнения основных, вспомога-
7
тельпых, транспортных и других работ в различных ви-
дах промышленных производств, а специализированные
имеют целевую область применения: отдельные операции
процессов технологии соответствующих видов произ-
водств, например точечной сварки, окраски методом рас-
пыления, обслуживания различного технологического и
другого оборудования по формообразованию и т. п. Уни-
версальные промышленные роботы для выполнения вспо-
могательных работ (например, обслуживания различного
технологического и транспортного оборудования) могут
также при их оснащении соответствующим инструментом
выполнять операции некоторых процессов технологии.
Специализированные роботы предназначены как для це-
левого выполнения определенных технологических опе-
раций, так и для вспомогательных работ по обслужива-
нию оборудования, автоматизированных технологических
комплексов, поточных линий, участков, отдельных видов
производств: литейного (при производстве отливок в ра-
зовые песчаные формы, в постоянные формы — в кокиль,
под давлением и т. п.), холодно- и горячештамповочного,
кузнечно-прессового, металлообрабатывающего, гальвани-
ческого и др.
К основным параметрам промышленных роботов отно-
сятся мобильность, грузоподъемность, число степеней сво-
боды, точность позиционирования, рабочая зона, тип и
число основных рабочих органов, вид, величина и ско-
рость их перемещения, тип привода и системы управле-
ния и др.
Под мобильностью подразумевается способность ро-
ботов в целом (помимо движений рабочих органов) осу-
ществлять перемещение в пространстве. По мобильности
роботы могут быть стационарными (напольными, подвес-
ными) или передвижными напольными (nq рельсам, па
катках и т. п.) и подвесными, перемещающимися по бал-
кам или рельсам над рядами установленного оборудова-
ния. Такие роботы могут одновременно обслуживать
группу различного технологического оборудования, на-
пример металлорежущих станков, штамповочных прес-
сов и т. п. или конвейеров. В настоящее время преобла-
дает стационарная конструкция промышленных роботов,
что в определенной степени объясняется тем, что у пере-
движных роботов, успешно используемых для обслужи-
вания групп различного оборудования, при перемещении,
например по рельсовому пути, возникают некоторые за-
8
труднения с обеспечением тР^^уомой степени точности
позиционирования, с питанием энергией, созданием свя-
зей со средствами управления.
Промышленные роботы могут устанавливаться ста-
ционарно по отношению к обслуживаемому оборудова-
нию, обеспечивая подачу к нему заготовок, деталей, из-
делий, или перемещаться от одного станка к другому.
В последнем случае следует учитывать конфигурацию и
ориентацию деталей на всех этапах, положение приспо-
соблений и захватов роботов и некоторые другие фак-
торы. Применяемые стационарные роботы обслуживают
площадь в пределах окружности, описанной их радиусом
действия: 1000—2600 мм, а чаще всего менее 1000 мм.
Для расширения зоны действия практикуется установка
роботов на рельсы или на другие устройства, при помощи
которых они становятся передвижными и получают воз-
можность совершать дополнительные движения.
Грузоподъемность робота характеризуется общей наи-
большей массой, с которой он способен оперировать —
наибольшей силой, развиваемой его рабочими органами
в любом их положении, а также (дополнительно) каж-
дым из них в отдельности при наибольшей скорости дви-
жения. Кроме номинальной грузоподъемности, важным
параметром является грузоподъемность при пониженных
скоростях перемещения, существенно возрастающая при
этом. Число степеней свободы, характеризующее подвиж-
ность робота, определяет общее число степеней свободы
робота, суммарное число всех движений, совершаемых
всеми рабочими органами. В отдельных отечественных
и зарубежных роботах не рекомендуется почему-то в этот
параметр включать движения, совершаемые таким важ-
ным рабочим органом робота, как захват, что вряд ли оп-
равдано.
К одним из наиболее важных параметров роботов, ча-
сто влияющих на возможность их использования в кон-
кретных производственных условиях, относится точность
позиционирования. Она определяет степень точности дви-
жения рабочих органов робота при многократном переме-
щении изделий заданной массы в предусмотренное поло-
жение и в какой-то степени характеризует его надеж-
ность. На точность позиционирования влияют грузоподъ-
емность, конструкция и кинематика рабочих органов, тип
приводов и системы управления и другие факторы. Наи-
более высокие требования в отношении точности пози-
9
ционпрования предъявляются к роботам, предназначен-
ным для обслуживания сборочных операций, в особен-
ности таких, как запрессовка, сборка с высокоточным со-
пряжением деталей и т. п.
Рабочая зона характеризует пространство, занимаемое
рабочими органами робота при осуществлении ими всех
видов предусмотренных наибольших по величине движе-
ний (линейных щ вращательных). Используемые в на-
стоящее время промышленные роботы имеют грузоподъ-
емность от нескольких десятков грамм до трех и более
тонн, число степеней свободы — от 2 до 6 и более, точ-
ность позиционирования 0,05—5 мм, объем обслуживае-
мого пространства 0,01 — 10 м3. Например, в США выпу-
скаются промышленные роботы грузоподъемностью
2722 кг, в Англии создан робот для установки валков мас-
сой до 12 т на шлифовальный станок. Однако, как пока-
зало специальное обследование, более 80% промышлен-
ных роботов применяются для манипулирования дета-
лями и изделиями массой менее 1 кг, чаще всего цилин-
дрической формы диаметром до 50 мм.
Системы управления промышленными роботами осу-
ществляют формирование логической последовательности
выполнения операции их рабочими органами по заданным
параметрам, запоминание пространственных координат
каждой операции и (в отдельных системах) корректиро-
вание (при отступлении от заданных) параметров — ско-
рости, ускорения и др. К основным типам систем управ-
ления промышленными роботами можно условно отнести
жесткопрограммируемые системы и управляемые от ЭВМ
(микроЭВМ, микропроцессоров). Жесткопрограммируемые
системы бывают позиционные (цикловые, аналоговые,
числовые), контурные (импульсные, числовые) и комби-
нированные — позиционно-контурные. В жасткопрограм-
мируемых системах используются различные элементы
управления — электрические, электронные, пневматиче-
ские, комбинированные и программоносители — штекер-
ные панели, перфоленты, магнитные барабаны и др.
СТРУКТУРА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Независимо от класса, типа, назначения промышлен-
ных роботов каждый из них состоит из двух основных
частей (систем): механической части и системы управле-
10
Горизонтально
вия, в которую входят блоки памяти, логики и пульт
управления.
Механическая часть (рис. 1), несущая рабочие и дру-
гие органы робота и осуществляющая все необходимые их
перемещения, состоит из станины, часто покоящейся на
основании, и рычажно-захватного устройства (или
устройств), расположенного обычно сверху станины. По-
следняя иногда, особенно в роботах упрощенных кон-
струкций, выполнена в виде колонны. Рычажно-захватное
устройство — основной рабочий орган робота —• представ-
ляет собой разомкнутый многозвеньевой механизм, со-
стоящий из рычажного устройства с приводом (приво-
дами) , способного совершать возвратно-поступательные
перемещения — линейное горизонтальное и вертикальное
и вращательные движения, и захватного устройства
(устройств), которое может совершать различные посту-
пательные и вращательные движения (осуществляемые
различными типами приводов). Конструкция механиче-
ской части робота зависит главным образом от его назна-
чения, вида и числа степеней свободы, типа приводных
устройств, системы управления и т. п. Рычажно-захват-
11
ные устройства можно условно разделить по конструкции,
типам приводов, расположению и т. д.
Большинство современных промышленных роботов
имеют одно рычажно-захватное устройство, но есть ро-
боты, снабженные двумя, тремя и более рычагами. По
конструкции рычажные устройства могут быть стацио-
нарными, выдвижными, телескопическими, шарнирными,
портальными и других видов.
У современных промышленных роботов, обладающих
различной грузоподъемностью, точностью позиционирова-
ния и другими параметрами, начальные и конечные поло-
жения движущихся рабочих органов задаются в разных
системах координат — цилиндрической, полярной, прямо-
угольной и сферической. В зависимости от потребности
рычажно-захватное устройство может совершать движе-
ния по трем координатам этих систгм и соответственно
программироваться. У роботов с цилиндрической систе-
мой координат рычажно-захватное устройство может со-
вершать поступательные движения в двух плоскостях и
поворачиваться вокруг вертикальной оси, у роботов с по-
лярной системой — выполнять два вращательных движе-
ния и одно поступательное в радиальном направлении,
у роботов с системой прямоугольных координат — посту-
пательные движения в горизонтальном и вертикальном
направлениях (по осям х, у и z), а также дополнитель-
ные вращательные движения.
Роботы с рычажным устройством, движущимся по сфе-
рическим системам координат, имеют больший рабочий
объем обслуживаемого пространства по сравнению с пря-
моугольной системой (при перемещении по прямоуголь-
ной системе координат для увеличения зоны обслужива-
ния используют передвижные основания). У роботов
с рычажно-захватными устройствами, перемещающимися
в системе сферических координат, движения осуществля-
ются радиально с изменением расстояния от оси враще-
ния, вращательное вокруг вертикальной оси и вращатель-
ное вокруг горизонтальной оси, пересекающейся с верти-
кальной осью (вместо вертикального движения), с изме-
нением угла наклона относительно горизонтальной пло-
скости.
Следует отметить, что одинаковое число степеней сво-
боды можно достигнуть разным количеством вращатель-
ных и поступательных движений рычажно-захватного
устройства робота (рис. 2). Например, при трех степенях
12
Рис. 2. Возможные движения (указаны стрелками) рычажно-захватного
устройства робота при одинаковом числе степеней свободы
1 — основание, 2 — стойка (колонна), 3 — каретка, 4 — рычажное устройство
свободы возможны четыре сочетания различных движе-
ний в разных комбинациях поступательных и вращатель-
ных движений рычажно-захватного устройства: три по-
ступательных движения (рис. 2, а), при которых конец
рычага может перемещаться по взаимно-параллельным
плоскостям, образующим параллелепипед; сочетание двух
поступательных и одного вращательного движения
(рис. 2, б), при котором, кроме движений по плоскости,
возможно движение по цилиндрической поверхности; со-
четание одного поступательного и двух вращательных
Движений (рис. 2, в), при котором возможны движения
по окружностям, расположенным на разных диаметраль-
ных сечениях шара с центром, находящимся на оси шар-
нирного сочленения каретки и стойки; сочетание трех
вращательных движений (рис. 2, г), при котором движе-
ния могут происходить по многим шаровым поверхно-
стям, образованным из различных центров. Перемещение
13
рычажно-захватного устройства с одной позиции на дру-
гую может производиться комбинированным линейным
движением в направлениях координатных осей х, у и
или линейным перемещением в направлениях осей х,
и вращательным движением. Выбор той или иной комби-
нации движений, приводящий к одинаковым результатам,
зависит от конструкции робота и компоновки обслужи-
ваемого рабочего места.
Возможность наклона рычажно-захватного устройства
способствует повышению оперативности робота и позво-
ляет манипулировать с грузом, находящимся на уровне
пола. Это движение позволяет также сократить величину
необходимых перемещений рычага вдоль горизонтальной
оси. Совмещение во времени отдельных элементов движе-
ния робота позволяет повысить темп его работы. Захват-
ное устройство с двумя шарнирными сочленениями, осп
которых расположены под углом 90°, фактически позво-
ляет дополнительное перемещение в трех координатных
направлениях.
Промышленный робот с цельным или телескопическим
рычажным устройством может выполнять необходимые
движения и сравнительно универсален. К недостаткам его
можно отнести ограничение свободы движений захвата
вблизи вертикальной колонны (а при уменьшении вы-
лета рычага его задний конец выступает с обратной сто-
роны колонны, на что требуются свободное место и обес-
печение безопасности находящихся по соседству рабо
чих). У роботов такого типа с дополнительным перемеще-
нием захвата в поперечном направлении по отношению
к оси рычага дополнительные сочленения увеличивают
число степеней свободы захвата, благодаря чему повы-
шаются универсальность и маневренность, но при этом
уменьшаются прочность и жесткость конструкции, сни-
жаются точность позиционирования и степень надеж-
ности.
Наибольшая часть промышленных роботов снабжается
рычажными устройствами, обладающими тремя—пятью
степенями свободы, захватное устройство обычно обладав!
еще двумя степенями свободы и станина имеет воЗмож
ность перемещаться на одну-две степени свободы. Часть
находящихся сейчас в эксплуатации роботов имеет пять
и более степеней свободы: рычажно-захватное устройство
поворачивается в горизонтальной плоскости, перемещается
и наклоняется в вертикальной плоскости, выдвигается п
14
убирается обратно, перемещаясь вдоль своей оси, повора-
чивается вокруг собственной горизонтальной оси, а за-
хватное устройство, кроме того, может наклоняться в вер-
тикальной плоскости и вращаться вокруг горизонталь-
ной оси.
Роботы с многошарнирным рычажно-захватным
устройством, выполненным в виде параллелограмма с не-
зависимыми шарнирами, имеют у основания меньшее
используемое пространство и перемещение рычажно-за-
хватного устройства. Роботы с рычажным устройством
портального типа, перемещения которого программируй
ются как и остальные движения, также имеющие мень-
шее «мертвое пространство» вблизи основания, обычно
выполняются как часть обслуживаемого оборудования.
Тип системы координат, по которым перемещаются
рабочие органы робота, наряду с числом степеней сво-
боды оказывает существенное влияние на зону обслужи-
ваемого пространства. Согласно современным данным, если
единицу принять движение в системе прямоугольных
координат (при одной степени свободы), то зона обслу-
живания возрастает: при перемещении в системе цилинд-
рических координат в 9,6 раза, полярных — 29,7, сфери-
ческих — в 87,2 раза, а при двух степенях свободы —
в полярных координатах в 180,6 раза, в сферических —
в 114,6 раза. При использовании роботов с двумя рычаж-
ными устройствами, имеющими каждый по захвату, или
с одним рычагом, снабженным двухместным (многомест-
ным) захватом, один захват, скажем, снимает отформо-
ванную заготовку, а другой одновременно устанавливает
очередную для последующего формообразования. При
этом существенно повышается производительность обору-
дования за счет снижения вспомогательного времени на
загрузочно-разгрузочные операции.
Взаимосвязанные движения рабочих органов робота
могут бытц представлены в форме векторной диаграммы,
которую с учетом конкретных параметров (число степе-
ней свободы, число звеньев и др.) можно выразить мате-
матически. Для полного использования всех сочлененных
звеньев и степеней свободы робота, в зависимости от си-
стем координат, рекомендуются следующие соотношения
между количеством звеньев т и числом степеней сво-
боды п: для прямоугольных координат т = п— 3, для ци-
линдрических т = п— 2, для полярных т = п— 1, для
сферических т = п.
15
Практически в ряде случаев важна не столько произ-
водительность робота, сколько его универсальность. Про-
мышленные роботы с вращающимися соединениями по
сравнению со скользящими поступательными обладают
(при прочих равных условиях) большим объемом обслу-
живаемого пространства. При постоянном ориентирова-
нии изделий роботом рациональны сочленения со сколь-
зящим поступательным перемещением, а при программ-
ном ориентировании — соединения с вращающимися па-
рами.
ЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Захватные устройства, являющиеся одним из основ-
ных элементов промышленных роботов, обычно закрепля-
ются на конце рычажного устройства. Они должны обес-
печивать возможность быстрой переналадки робота для
выполнения им различных операций, надежный захват и
удержание деталей, различных по геометрии, размерам^
массе (в пределах предусмотренных параметров робота).
Конструкция, размеры и форма захватов зависят» от мас-
сы, формы, размеров, материала транспортируемого^труза
и других параметров. Величина усилия, потребного для
обеспечения надежности захвата груза, существенно раз-
личается и зависит от соотношения направлений дейст-
вия зажима и движения. Усилие зажима, направленное
перпендикулярно движению, должно быть значительно
больше усилия зажима, направленного вдоль движения:
это позволяет существенно упростить конструкции захвд^
тов и при одинаковых усилиях повысить скорость пере-
дачи грузов.
Захватные устройства, помимо совместного перемеще-
ния с рычажным устройством, могут совершать .самостоя-
тельные дополнительные движения, поступательные и
вращательные, с помощью различных приводов: механи-
ческих, электрических, магнитных, пневматических, гид-
равлических и комбинированных (электромеханических,
пневмомеханических , пневмогидравлических), располо-
женных непосредственно на захвате или вне его.
Захватные устройства можно условно классифициро-
вать по их специализации (универсальные, специаль-
ные), по типам приводов, осуществляющих зажим объ-
екта, типам конструкции зажимных элементов, формам,
размерам и материалам (магнитные, немагнитные) за-
16	¥
хватываемых изделий и по другим признакам. У значи-
тельной части роботов, особенно простых, движение за-
хватного устройства чаще всего осуществляется по декар-
товым или полярным координатам в одной плоскости, но
может иметь линейные и вращательные перемещения
в нескольких плоскостях.
Основным элементом захватного устройства являются
зажимные губки (постоянные или сменные) различных
типов. Они имеют форму и размеры, соответствующие
конфигурации и размерам поверхностей захватываемых
деталей. Быстрая замена зажимных губок обеспечивается
простотой их крепления к корпусу захватного устройства.
Использование сменных специализированных зажимных
губок в универсальных захватных устройствах освобож-
дает от применения индивидуальных захватов (что ведет
к значительной экономии). Зажимные губки целесооб-
разно изготовлять методом формообразования по профилю
захватываемого изделия. Материалом для форм служат
в^с©Ж)прочные силиконовые каучуки, быстро затвердеваю-
щие при комнатной температуре, восковые пластины (на-
пример, для формирования всасывающих поверхностей),
|Шпс (для получения промежуточных форм).
К основным типам приводов захватных устройств, осу-
ществляющих непосредственный зажим и освобождение
транспортируемых объектов, относятся механический,
пневматический, гидравлический, магнитный, электро-
магнитный, а также отдельные их комбинации. Почти все
ети приводы позволяют регулировать величины усилий,
«взвиваемых в процессе захвата изделий. При пневмати-
еском приводе это осуществляется непосредственным ре-
гулированием в сети питания давления сжатого воздуха
или использованием клапанов, при гидравлическом, ме-
ханическом и магнитном приводах устанавливаются про-
межуточные пружинящие элементы. В ряде случаев за-
хваты (коленно-рычажного или грейферного типа) мо-
гут действовать без подвода к ним энергии со стороны
с использованием массы самого транспортируемого изде-
лия, но при этом для обеспечения безопасности работы
зажимное устройство должно обладать свойствами само-
торможения, что может быть осуществлено механиче-
скими зажимами клиновидного и винтового типов. Захват
(зажим) транспортируемых изделий может также
успешно производиться и приводом, осуществляющим пе-
ремещения рычажно-захватного и других устройств ро-
17
бота и кинематически связанным непосредственно с за-
хватным устройством.
КонстрУкЧия зажимных губок (рис. 3) во многом за-
висит от конфигурации зажимаемой поверхности изделия
и от требований, предъявляемых при транспортировании.
Например, для изделий с цилиндрической наружной по-
верхностью используются регулируемые самоцептриру-
ющие или постоянные захваты из двух губок грейфер-
ного типа с призматическим или (реже) цилиндрическим
внутренним профилем, для внутренних поверхностей —
многозажимные регулируемые захваты.
У захватов, предназначенных для изделий цилиндри-
ческой формы, зажим (контакт) может быть в двух, трех
и в четырех точках. Захваты четырехконтактного типа,
состоящие из двух противоположно расположенных призм,
удерживают груз не лучше, чем трехконтактные и тре-
буют точной установки V-образных губок.
Захватные устройства для изделий типа тел вращения
с качающимися призматическими зажимными губками
с приводом, синхронизирующим их поворот, обеспечивают
соосное расположение захвата с зажимаемой заготовкой
или деталью, смещаемое при изменении их диаметра. Эта'
смещение пропорционально изменению диаметра и може|!
достичь половины увеличения диаметра. Уменьшение
отклонения достигается удлинением зажимных губок или
использованием призматических губок с шарнирно-парал-
лелограммныМ устройством, обладающим меньшей жест-.
костью, хотя и сравнительно усложненным по конструк-
ции. Точность позиционирования повышается при ис-
пользовании одно- и двухместных захватных самоцентри-
рующих устройств, поворачиваемых призматическими губ-
ками, для захвата гладких и ступенчатых деталей типа
валов.	•
В современных промышленных роботах широко
используются захватные устройства с двумя жесткими
зажимными элементами, из которых один или оба шар-
нирные. На рис. 4 показано такое устройство для захвата
по наружной поверхности и центрирования изделий ци-
линдрической формы. На штоке 1 пневмоцилиндра 2
смонтированы шарниры 5, несущие различные зажимные
губки: постоянные, быстросменные, армированные (на-
пример, резиной). К этому типу относятся устройства для
захвата ступенчатых изделий цилиндрической формы
с зажимом по ступеням и захваты для зажима по наруж-
Рис. 3. Зажимные губки для различных поверхностей
а — цилиндрической, б —• шаровой, а внутренней, г — плоской
Рис. 4. Захватное устройство для изделий цилиндрической формы с постоян-
ными и быстросменными зажимными губками
ной поверхности цилиндра и выступа, расположенного
в центре. У другого захватного устройства с пневмопри-
водом имеется система шарнирных рычагов с двумя за-
жимными захватами, позволяющими удерживать двухсту-
пенчатое цилиндрическое изделие по двум разным по-
верхностям.
К недостаткам захватных устройств с пневматическим
приводом по сравнению с механическим и гидравличе-
ским относится невозможность точного регулирования
силы зажима транспортируемого изделия. Ограничение
зажимной силы можно достигнуть применением гибких,
эластичных или силораспределяющих захватов. Для этого,
например, к зажимной части захватного устройства с пнев-
моприводом прикрепляются сменные губки из пенопласта
для зажима изделия или близко расположенные друг от
друга пружинящие захваты с зажимами из эластичного
материала.
Часто на одном рычаге монтируются два одноместных
захватных устройства либо одно двухместное, два много-
местных захвата могут быть смонтированы на одном или
двух рычагах и иметь независимые движения (рис. 5).
В вакуумных захватных устройствах для захвата изде-
лия используются различные виды присосок из резины
или пластмасс (рис. 6). К преимуществам таких захва-
тов по сравнению с обычными зажимами относится про-
стота конструкции, небольшая масса, равномерно рас-
пределенная по поверхности нагрузка изделия, а в ряде
случаев самоцентрирование. Вакуумные захваты можно
применять для изделий из любых материалов несложной
формы без повреждения захватываемой поверхности, но
срок службы у них весьма низкий, особенно при захвате
горячих изделий. Для создания вакуума используются на-
сосы различных типов, в большинстве случае эжектор-
ные, работающие под действием сжатого воздуха. Крепле-
ние присосок к захватному устройству производится раз-
личными способами, например винтом к соединительной
части трубы, или труба с насечками прикрепляет при-
соску к вращающемуся сферическому основанию. При
этом вакуум создается посредством полого рычага, устра-
няющего применение внешних труб и соединений. Для за-
хвата вращающихся изделий, например обработанной де-
тали из вращающегося патрона токарного станка, часто
применяются вакуумные захваты с вращающейся при-
соской,
20
Рас. 6. Вакуумные захватные устройства для изделий различной формы
Вакуумные захватные устройства с резиновым захва-
том для плавного, без рывков, опускания и подъема не-
прочных, хрупких изделий (например, при укладке яиц
в коробки) должны иметь небольшие отклонения по вы-
соте и осевому смещению. В таких устройствах сила грави-
тации обеспечивает необходимый контакт между краями
присоски и изделием, удерживаемым вакуумом, а резина
является амортизатором во время движения.
У гравитационно-вакуумных захватных устройств, ра-
ботающих автономно, без питания электроэнергией, ва-
куум образуется с помощью вакуум-насоса. Захватное
устройство наводится на изделие, и чем больше его
масса, тем больший образуется вакуум. Группа таких за^
хватных устройств может обслуживаться одним контроль-
ным постом.
В магнитных захватных устройствах, использующихся
для захвата изделий любой конфигурации из различных
материалов, обладающих магнитными свойствами, приме-
няются электромагниты и постоянные магниты. По кон-
струкции и областям применения они примерно анало-
гичны вакуумным захватным устройствам, но более про-
сты по конструкции (провод и сердечники) и обладают
более высоким сроком службы, скоростью захвата изде-
лия и силой притяжения на единицу площади поверхно-
сти. Однако возможность их использования для изделий
только из магнитных материалов сужает область их при-
менения. К другим их недостаткам относятся остаточный
магнетизм и захват посторонних частиц, способных по-
вредить поверхность захватываемого изделия. При исполь-
зовании захватных устройств с постоянными магнитами
необходимо преодолевать их силу, чтобы освободить изде-
лие. Конструкция магнитных захватов зависит от конфи-
гурации, массы и площади захвата (рис. 7).	•
В СССР создан подвесный манипулятор с захватом на
базе постоянных магнитов и устройством автоматического
управления магнитным потоком, предназначенный для
подъема и транспортировки плоских стальных листов, за-
готовок и деталей. Захват и освобождение осуществля-
ются автоматически: захват —при контакте с поверхно-
стью груза, освобождение — при соприкосновении с опор-
ной поверхностью. Манипулятор подвешивается к грузо-
подъемнику (например, электрокрану) и не связан с его
электропитанием, что предохраняет от срыва груза при
отключении электроэнергии. Автономное управление маг-
22
нитным потоком осуществляется за счет собственной мас-
сы манипулятора.
Манипулятор представляет собой корпус, в котором
установлены два магнитных блока — неподвижный и по-
движный. На подвижном блоке смонтирована зубчатая
передача из рейки и сектора. Пружина сжимается массой
захвата при его движении вверх, зубчатая рейка сопряга-
ется с шестерней, магнитное включение и выключение
определяются по указателю. Предусмотрен храповик и ось
для крепления собачки, а также цилиндрическая ше-
стерня, свободно насаженная на валик. Тяги соединяют
рычаг зубчатого сектора с кривошипом при помощи осей,
а упор ограничивает движение вверх.
Манипулятор, не требующий источников питания, мо-
жет быть подвешен к любому грузоподъемному устрой-
ству. Используя принцип автоматического управления
магнитным потоком изменением числа магнитных эле-
ментов в блоках, он позволяет регулировать грузоподъем-
ность.
Принцип работы манипулятора следующий. После
подвешивания на крюк подъемного устройства (крана)
под воздействием собственной массы манипулятора пру-
жина сжата. При контакте с грузом взведенная пружина
начинает разжиматься, груз опускается. При этом ше-
стерня поворачивается па 180° против часовой стрелки,
собачка упирается в зуб храповика и, разворачивая его
вместе с валиком на 180°, приводит в движение кривошип
23
и тягу с зубчатым сектором. Последний перемещает зуб-
чатую рейку и передвигает подвижной магнитный блок
в положение «включено», осуществляя включение магнит-
ного потока, притягивающего груз к плоскости захвата.
При последующем подъеме захвата пружина вновь сжи-
мается, а стакан с рейкой, поднимаясь в верхнее положе-
ние, поворачивает шестерню на 180° по часовой стрелке.
Собачка шестерни проскальзывает по зубьям храповика,
оставляя подвижную систему в покое (в включенном со-
стоянии), и груз транспортируется к месту разгрузки.
При опускании манипулятора с грузом цикл повторяется,
но тяга с зубчатым сектором движется в противополож-
ном направлении. При этом подвижной магнитный блок
перемещается в обратную сторону, магнитный поток за-
мыкается внутри магнитных блоков, освобождая груз.
Манипулятор имеет следующую техническую характе-
ристику.
Тип
Грузоподъемность
(при 10 магнитных эле-
ментах в каждом блоке),
кг
Габаритные размеры, мм
Масса, кг
Подвесной
передвижной
до 500
430X210X550
114
При адаптивных системах управления промышлен-
ными роботами на их захватных устройствах устанавли-
ваются преобразователи различного типа (тактильные, оп-
тические и т. п.) для информации о перемещении ры-
чажно-захватного и других подвижных устройств, а также
для определения усилий, возникающих между зажим-
ными поверхностями захвата и контактируемой певерх-
ностью детали. Сигналы от этих датчиков поступают
в микропроцессор, микро- или мини-ЭВМ, где при необхо-
димости осуществляется корректировка параметров.
Использование преобразовательных устройств значи-
тельно увеличивает возможные области применения ро-
ботов, повышает точность позиционирования, маневрен-
ность, надежность.
К другим специальным (целевым) захватным устрой-
ствам относятся устройства, которые могут быть исполь-
зованы для установки различного инструментария, на-
пример газовых горелок, краскораспылителей и т. п. При
24
использовании роботов для периодической работы с не-
сколькими различными инструментами целесообразно при-
менять в захватных устройствах сменные блоки.
ПРИВОДЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Движения рабочих органов промышленных роботов
осуществляются в основном электрическим приводом,
пневматическим, гидравлическим и комбинированными —
электромеханическим, пневмогидравлическим, электрогид-
равлическим и др. Каждый из них имеет свои преимуще-
ства и недостатки.
Электрический привод обеспечивает хорошие динами-
ческие характеристики, повышенную точность позициони-
рования (менее ±1 мм) и широкую маневренность. Для
приводов используются электродвигатели постоянного тока
дискового типа, имеющие систему сильного магнитного
поля.
У отечественного напольного стационарного робота
типа РМ-15, обслуживающего прессы для холодной листо-
вой штамповки, горизонтальное перемещение захватного
устройства осуществляется от электродвигателя через
кривошипно-кулисный механизм (обеспечивающий бы-
стрый ход захвата при подаче заготовки и плавный из ра-
бочей зоны пресса), а его регулировка по высоте — от
электромеханического привода. Робот имеет следующую
техническую характеристику.
Параметры заготовки габаритные размеры, мм	900X1800
масса, кг Движения рычага горизонтальное возвратно-по- ступательное, мм	15
	1000
вертикальное возвратно-по- ступательное, мм	60
вращательное вокруг верти- кальной оси, град.	до 120
Параметры захвата тип	Сменные (механиче-
число	ские, электромаг- нитные, вакуумные) 1
цикл, с	6-10
Габаритные размеры, мм	1200Х1850X2400
Масса, кг	1000
23
У пневматических приводов промышленных роботов
используются пневмоцилиндры для создания поступатель-
ного движения, пневмодвигатели — для вращательного,
привод с крутящим моментом — для колебательного дви-
жения (диаметры и ход поршневых цилиндров обычно
регламентируются), пневмоклапаны — для управления и
регулирования скорости перемещения и остановки порш-
ня, а также электромагнитные клапаны, работающие на
переменном (напряжение 100 и 200 В при частоте 50—
60 Гц) и постоянном токе (напряжение 24 В, иногда 6 В)
и управляющие одновременно одним—пятью каналами.
При использовании пневматических приводов для осу-
ществления различных движений рычажно-захватных
устройств роботов управление ими выполняется весьма
простыми способами, а скорость перемещения штока бес-
ступенчато регулируется в прямом и обратном направле-
ниях с помощью дросселей. Усилие, развиваемое на штоке
пневмоцилиндра, зависящее от давления сжатого воздуха,
бесступенчато регулируется с помощью редукцион-
ных клапанов. Для роботов с пневмоприводом целесооб-
разно применять также и систему управления на пневма-
тике. К преимуществам таких приводов и систем управ-
ления относятся безотказность в работе, сокращение
необходимой производственной площади (у электросистем
аппаратура располагается в отдельном шкафу, у пневмоси-
стем — обычно непосредственно на механических узлах),
низкая стоимость, простота обслуживания и ремонта.
Хотя пневматический сигнал передается несколько
дольше, чем электрический, но время переключения пнев-
матически управляемого вентиля на 10—20 мкс меньше,
чем электромагнитного вентиля.
Пневматический привод во многом сходен с гидравли-
HQQfiHM, но не имеет обратного трубопровода, что снижает
эксплуатационные затраты. Хотя гидро- и электропри-
воды имеют определенные преимущества (плавность
работы и др.), однако пневмопривод в ряде случаев надеж-
нее и проще в эксплуатации. Поэтому он широко приме-
няется для осуществления всех движений рабочих орга-
нов робота. Для повышения точности позиционирования
и скорости движения рабочих органов робота с пневмати-
ческим приводом без применения механических останав-
ливающих устройств можно использовать сервоклапаны,
управляемые заслонкой, при которых время фиксации не-
значительно и отсутствуют незатухающие колебания бла-
26
годаря компенсационной схе-
ме, имеющей скользящую
пружину, сопротивление и
камеру. Пневматические при-
воды, работающие от общей
воздушной магистрали, тре-
буют обязательной подготов-
ки сжатого воздуха: очист-
ки, удаления из него влаги,
а также обеспечения посто-
янного давления.
Пневмопривод использо-
ван в созданном в СССР про-
мышленном роботе (типа
ОА-1274) с четырьмя степе-
нями свободы, имеющем два
рычажно-захватных устрой-
ства грузоподъемностью
каждый по 0,3 кг (точность
позиционирования ± 0,2 мм), предназначенном для обслу-
живания кривошипных штамповочных прессов. На осно-
вании смонтированы питающее устройство, система управ-
ления и устройство блокировки. В конструкции робота
использованы пневматические цилиндры с приводными
устройствами и индивидуальное шиберное питающее
1 устройство для каждой штампуемой заготовки. Система
управления представляет собой командоаппарат, про-
грамма на котором набирается установкой кулачков,
управляющих работой пневматических приводов робота и
^питающего устройства.
t Пневматический привод широко используется в про-
i мышленных роботах, созданных японскими фирмами. На-
5 пример, у стационарного напольного робота фирмы
I «Санко», снабженного пневматическим приводом, рычаж-
но-захватное устройство смонтировано на вращающейся
колонке, установленной на коробчатой станине. Рычаг
имеет регулируемую длину за счет горизонтального воз-
, вратно-поступательного перемещения штока поршня
пневмоцилиндра. Система управления размещена внутри
станины, на которой расположен пульт управления. Ры-
чажно-захватное устройство может совершать вертикаль-
ное возвратно-поступательное движение и вращательное
вокруг вертикальной оси колонны на угол до 90°, а за-
хват, кроме того, может поворачиваться на угол до 90°
27
в двух плоскостях: горизонтальной и наклонной (верти-
кальной). Расположение системы управления внутри ста-
нины сокращает потребность в производственной пло-
щади для установки робота и упрощает обслуживание его
оператором благодаря концентрации в одном месте всех
частей робота.
Пневматический привод предусмотрен в английском
промышленном роботе грузоподъемностью до 18 кг.
На станине 1 (рис. 8) смонтирована поворотная колонна 2,
несущая шарнирное рычажно-захватное устройство.
На оси шарнира 3 расположен стационарный нерегулируе-
мый по длине рычаг 4 с захватом 5 из двух губок. Сверху
станины закреплен пневматический цилиндр 6 со што-
ком 7, соединенным с рычагом, снабженным упором S,
ограничивающим его вертикальное возвратно-поступа-
тельное перемещение. Рычажно-захватное устройство,
кроме линейного вертикального перемещения, может вра-
щаться в горизонтальной плоскости.
Гидравлические приводы чаще всего применяются для
роботов грузоподъемностью более 10 кг с повышенной
точностью позиционирования, но также находят примене-
ние для роботов повышенной грузоподъемности и-с боль-
шой зоной обслуживания (например, в Швеции создан
робот с гидроприводом грузоподъемностью 1,5 т, высота
подъема груза 6000 мм, рычажно-захватное устройство
имеет вылет 5000 мм при скорости 1 м/с и контурное про-
граммное управление на электронном контроллере с ди-
сковой памятью).
В зависимости от грузоподъемности роботов с гидрав-
лическими приводами используются гидростанции различ-
ного давления и производительности *.
Грузоподъем-	Давление,	Производитель-
ность, кг	кгс/см’	ность, дм3/с	•
5	50-63	0,25-0,40
10	63-80	0,42-0,58.
50	70-100	0,67-0,83
100	100-125	0,83—1,25
2000	125-160	1,25-1,67
Электрогидравлические сервоприводы, управляемые от
электрических сервомоторов малой мощности, могут, в ча-
♦ См.: Прокофьев В. Н. Гидравлика и пневматика в промышлен-
ных роботах. — Вестник машиностроения, 1976, № 5.
28
стности, использоваться для промышленных роботов, мощ-
ность которых не может быть достигнута с помощью
обычных приводов. Гидроусилители момента и линейные
гидроусилители представляют собой приводы для осуще-
ствления вращательного и поступательного движения ры-
чажно-захватных устройств роботов. В структурную
схему гидравлического усилителя входит электрический
управляющий двигатель, следящий распределитель, испол-
нительный двигатель, предусмотрены единичная жесткая
обратная связь по положению, входное и выходное вра-
щательное и поступательное движения.
К особенностям линейных гидроусилителей относится
возможность передачи больших мощностей при линейном
движении, осуществляемом с меньшими затратами с по-
мощью гидроцилиндра, чем комбинацией гидродвигателя
вращательного движения и передачейвинт—гайка; в усло-
виях циклической работы и постоянных перегрузок повы-
шенная долговечность гидравлического цилиндра по срав-
нению с гидродвигателями вращательного движения,
а также повышенная равномерность скорости движения
и движущей силы; пониженный перепад давления для
преодоления трения покоя (около 0,5 кгс/см2) по сравне-
нию с гидродвигателями (1,5—3,0 кгс/см2). Кроме того,
благодаря непосредственному жесткому соединению сер-
воцилиндра обеспечивается беззазорная система, что с тру-
дом достигается при комбинации гидродвигателя с меха-
ническими передачами (винт—гайка, соединительная
муфта).
За рубежом выпускаются линейные гидроусилители
с максимальной скоростью перемещения для точного по-
зиционирования 12 м/мин и для позиционирования с по-
ниженной точностью — 90 м/мин, имеющие следующую
техническую характеристику.
Диаметр гидроцилиндров, мм 60, 80, 100, 125
Максимальный ход, мм	до 1000
Максимальная скорость, м/мин	12 и 90
Максимальное ускорение, м/с2	10
Точность позиционирования, мм	0,01 и 0,1
Собственная частота, Гц	до 300
Давление питания, бар	до 150
В Японии созданы модульные приводы роботов, кото-
рые легко и с минимальным количеством кинематических
29
передач сопрягаются с элементами рычага робота. Так,
приводной гидро' (пневмо) двигатель фирмы «Куродо»
обеспечивает поворот на 280±2а или на 100±3°. Такие
двигатели составляют широкий ряд типоразмеров с мо-
ментом от 12 до 9000 кгс-м. Другой модульный привод
выполнен в виде электродвигателя переменного тока с ре-
дуктором, преобразующим вращательное движение в по-
ступательное. Ряд таких устройств позволяет получить
толкающее (тянущее) усилие от 0,8 до 10 кгс, ход 30—
100 мм, скорость 18—50 мм/с при собственной массе 0,5—
2,3 кг.
Роботы с гидроприводами могут снабжаться автомати-
ческими бункерными питателями, обеспечивающими
ориентирование деталей и действующими синхронно с об-
служиваемым оборудованием. Например, у промышлен-
ного робота типа Минитран (Англия) рычажно-захватное
устройство может вращаться вокруг вертикальной оси
в горизонтальной плоскости на угол до 180°, захватывая
из бункерного питателя до 2000 деталей в час. В логиче-
ской схеме управления робота использованы интегральные
схемы и микровыключатели, обеспечивающие обратную
связь и остановку. Ориентирующее устройство предусмот-
рено также у стационарного напольного промышленного
робота японской фирмы «Такасани» грузоподъемностью
до 10 кг, предназначенного для обслуживания токарных
стапков. На основании расположена станина, несущая
гидросистему, систему управления и шарнирное рычаж-
ное устройство. Из двух рычагов один может совершать
горизонтальное возвратно-поступательное движение и вра-
щательное. Захват, смонтированный на конце рычага,
имеет дополнительно вращательное движение. Располо-
женный сверху станины подающий конвейер является
своего рода магазином, из которого заготовки захваты-
ваются роботом и подаются на станок для обработки.
У другого робота с гидравлическим приводом на осно-
вании в двух подшипниковых опорах установлена верти-
кальная полая колонна, на которой шарнирно смонтиро-
вано телескопическое рычажное устройство с захватом.
Через отверстия в колонне к впускным и выпускным кла-
панам гидросистемы подведены трубопроводы, связанные
с рабочими органами робота. Все движения рычажно-за-
хватного устройства (лилейные и вращательные вокруг
вертикальной оси колонны) осуществляются гидроцилинд-
рами. Отличительной особенностью робота является то,
30
что нижняя опора, представляющая собой подшипник ка-
чения, одновременно служит распределительным устрой-
ством гидравлической системы, опа содержит кольцевые
каналы, связанные с подачей и отводом масла.
Автоматический манипулятор, используемый в свароч-
ном производстве для поворота на 180° свариваемых кон-
струкций и установки их для последующей сварки, со-
стоит из гидравлического привода, колонны с передвиж-
ной траверсой па опорных роликах, имеющей противовес
и гидравлические цилиндры для возвратно-поступатель-
ного вертикального перемещения ползуна, поворотное
устройство с захватом, стол, гидро- и электрооборудова-
ние. Поворотное устройство, состоящее из зажимных и
поворотных элементов, смонтировано в передней части
ползуна на подшипниках и приводится во вращение рееч-
ной передачей от гидроцилиндра двухстороннего дей-
ствия. Предусмотрены автоблокировки для контроля по-
следовательности цикла и невозможности включения
поворотного устройства в случае, когда траверса со свари-
ваемым изделием не поднялась на определенную (безо-
пасную) высоту. Управление осуществляется путевыми
переключателями и реле давления.
Принцип работы манипулятора следующий. В исход-
ном положении траверса находится внизу колонны, пол-
зун с поворотным, устройством — в крайнем заднем поло-
жении, захват разжат. После установки свариваемого
изделия на стол его выключатели дают команду на вклю-
чение привода ползуна. Последний по опорным роликам
траверсы посредством гидроцилиндра передвигается в пе-
реднее .крайнее положение и с помощью путевого выклю-
чателя дает команду на зажим свариваемой детали. За-
тем поддерживающие упоры подводятся (гидроцилиндром
предварительного захвата) под изделие, захваты пово-
ротного устройства зажимают изделие с усилием, задан-
ным реле давления. Реле дает команду на подъем тра-
версы (которая передвигается вверх и вниз гидроцилинд-
ром), а путевой выключатель дает команду на поворот
изделия. После поворота траверса опускается и устанав-
ливает перевернутое изделие снова на стол, захват раз-
жимается, ползун возвращается в исходное положение.
Затем поворотное устройство поворачивается на 180
в исходное положение и цикл повторяется. Манипулятор
имеет следующую техническую характеристику.
31
Тип	Стационарный напольный
Грузоподъемность, кг	70
Габаритные размеры свариваемых из- делий, мм	1800X1320X125
Число степеней свободы	4
Производительность, шт/ч	50
Время поворота, с	50 ±5
Тип привода	Гидравлический
Наибольшее усилие зажима изделия, кгс	50
Движение траверсы с захватом, мм горизонтальное	600
вертикальное	1000
Давление в гидро цилиндрах, кгс/см2 при захвате, повороте, перемеще- нии ползуна	10
при подъеме (опускании) траверсы	50
Габаритные размеры манипулятора, мм	2600X1500X2800
Масса, кг	1400
Механические приводы рычажно-захватных устройств
применяются преимущественно для выполнения сравни-
тельно простых операций, например у роботов, предна-
значенных для штабелирования. В механических, а также
отдельных видах комбинированных приводов успешно
используются рычажные, зубчатые, цепные, ременные,
тросовые и другие передачи с внешним энергопитанием
на основе электрических, пневматических, гидравличе-
ских, электропневматических, электрогидравлических и
пневмогидравлических устройств и т. п. Комбинированные
приводы, используемые для роботов, обладают свойст-
вами, присущими тем приводам, на базе которых они соз-
даны.	•
У американского робота для захвата и переноса изде-
лий с шестью степенями свободы с шарнирным рычаж-
ным захватным устройством конфигурация приближена
к антропометрической структуре и предусмотрен комби-
нированный электромеханический привод из электродви-
гателя и планетарных и эпициклоидальных передач в
шарнирных узлах. Центральная опорная колонна для ры-
чажно-захватного устройства заменена передвижной ма-
логабаритной станиной с двумя степенями свободы (про-
дольное перемещение и поворот в горизонтальной пло-
скости) .
32
Комбинированный гидромеханический привод япон-
ского робота состоит из двух втулок: внутренней, надетой
на вертикальную стойку, и внешней, насаженной на внут-
реннюю. К внешней втулке крепится горизонтальная
тяга с захватным устройством. Кроме того, привод содер-
жит два гидравлических цилиндра (поворота и верти-
кального перемещения), планетарный редуктор и систему
блоков с противовесом. Система блоков и гидроцилиндр
вертикального перемещения расположены в вертикальной
стойке. При перемещении поршня гидроцилиндра внут-
ренняя втулка перемещается относительно вертикальной
стойки и вместе с ней перемещается в вертикальном на-
правлении внешняя втулка и тяга с захватным устрой-
ством. На внутренней втулке смонтировано зубчатое
колесо, в зацеплении с которым находятся сателлиты, рас-
положенные на внешней втулке. При вращении сателли-
тов от гидроцилиндра поворота внешняя втулка повора-
чивается относительно внутренней и тяга с захватным
устройством поворачивается относительно стойки. Тяга
с захватным устройством может перемещаться приводом
в вертикальном направлении и одновременно поворачи-
ваться.
Комбинированный гидроэлектропривод, используемый
для роботов грузоподъемностью свыше 15 кг, имеет ряд
достоинств, например повышенные точность позициони-
рования и скорость движения рабочих органов, возмож-
ность увеличения количества программируемых точек при
позиционных системах управления. При комбинирован-
ных пневмогидравлических приводах предварительное по-
зиционирование подвижных устройств часто осуществля-
ется пневмоприводом, а окончательное — гидравлическим
приводом.
Комбинированный пневмоэлектрический привод пре-
дусмотрен в передвижном автоматическом манипуляторе
грузоподъемностью До 250 кг, предназначенном для по-
дачи на сварку крупных листовых заготовок (толщиной
3 мм, размером 1846X1446 мм)*. Захватное устройство
с пневмоприводом состоит из пяти пневматических при-
сосок грузоподъемностью по 30 кг и рычажных механи-
ческих захватов. Транспортное устройство работает от
двухскоростного электродвигателя с электрическим тор-
.• См.: Трефилов А. С. н др. Автооператор для подачи плоских де-
талей. — Механизация и автоматизация производства, 1978, № 1,
2* А, И, Неймарк
33
можением. При несущественных изменениях оно может
также использоваться для обслуживания механообрабаты-
вающего, штамповочного, гальванического и другого обо-
рудования. Напольный передвижной робот состоит из
транспортного устройства, опорных путей, траверсы, кабе-
леукладчика, пневматического и электрического оборудо-
вания и имеет следующую техническую характеристику.
Точность позиционирования, мм	±1
Вертикальное перемещение захвата, мм	510
Горизонтальное перемещение транс-
портного устройства, мм	6000
Скорость транспортного устройства,
м/мнн	5,85/11,7
Созданный в ФРГ комбинированный пневмоэлектри-
ческий привод сервоуправления состоит из двух основных
элементов: пневматического двигателя поступательного
или вращательного типа и многодискового тормоза. Элек-
тронная следящая система обеспечивает повышенную точ-
ность позиционирования, имеет большую надежность и
меньшую стоимость по сравнению с гидравлической и
другими системами управления. Высокая точность пози-
ционирования достигается благодаря тому, что автомати-
ческое включение тормоза производится на определенном
расстоянии до заданной точки останова, причем движение
происходит при сниженной скорости. Система допускает
остановку захвата с изделием в нескольких точках в пре-
делах одного цикла. Кроме того, повышается степень бе-
зопасности из-за двойного питания энергией, поскольку
если, например, выйдет из строя электроника, то груз
удержит тормоз.
На рис. 9 схематически показан робот с комбиниро-
ванным, гидропневматическим и механическим, приводом.
На основании 1 смонтированы гидравлический цилиндр 2
с гидрофильтром 3, разгрузочным клапаном 4 и регулиро-
вочным клапаном 5, осуществляющим поворот рычажно-
захватного устройства 6‘, масляный аккумулятор 7
с фильтром гидросистемы, воздушный клапан 8 с мано-
метром. Рычажно-захватное устройство совершает воз-
вратно-поступательное горизонтальное движение от пнев-
моцилиндра 9 с клапанами 10 и 11, а вращательное во-
круг горизонтальной оси — посредством зубчатой кониче-
ской передачи 12. Централизованная смазка приводов
осуществляется масляным лубрикатором 13.
34
Рис. 10. Робот с приводом, расположенным на рычажно-захват нои
устройстве
2*
Согласно зарубежным данным, значительная часть
(около 40%) роботов грузоподъемностью до 5 кгс имеет
пневматический привод, более крупные роботы грузо-
подъемностью до 50 кг при скорости движений рычажно-
захватного устройства 1000 мм/с оснащаются (50%) гид-
равлическим приводом, 8% роботов имеют электрический
привод постоянного тока и шаговые двигатели. У 47%.
роботов рычажно-захватные устройства имеют пневмати-
ческий привод в виде пневмоцилиндров и пневмомоторов,
40% снабжены гидравлическим приводом в виде гидроци-
линдров, поршневых гидромоторов и т. п., у 8% исполь-
зуются электрический и электромеханический приводы и
5% имеют механический привод в виде винта с универ-
сальным шарниром.
По другим зарубежным данным, около половины
(45—48%) используемых в настоящее время промышлен-
ных роботов имеют пневматические приводы с электри-
ческими или пневматическими системами управления,
42—45% — гидравлические приводы с электрическими
системами управления, остальные — с электромеханиче-
скими.
В современных промышленных роботах приводы рас-
положены на станине или в ней либо непосредственно на
рабочих органах (рычажном, захватном и других устрой-
ствах), либо комбинированным способом —на подвижных
звеньях и в станине. Каждый из этих способов располо-
жения приводов имеет свои достоинства и недостатки. На-
пример, при расположении на станине привод кинемати-
чески связан с рычажно-захватным и другими подвиж-
ными устройствами, вследствие чего снижаются их масса
и габаритные размеры, но уменьшается точность позицио-
нирования, усложняется программирование. Расположе-
ние приводов по второму способу обычно сопровождается
увеличением габаритных размеров и массы рычажно-за-
хватного устройства, что сказывается на грузоподъемно-
сти и других параметрах робота. Комбинированное распо-
ложение приводов позволяет использовать особенности
каждого способа и учитывать конкретные условия экс-
плуатации, а также требования, предъявляемые к основ-
ным параметрам робота *,
См.: Кобринский A. Е. и др. Принципы построения системы
автоматических манипуляторов с программным управлением.-*
Станки и инструмент, 1976, № 4.
36
Первый способ расположения привода используется
у роботов, обслуживающих машины (разных типов) для
литья под давлением.
Робот извлекает отливку из прессформы, подает ее
в установку для охлаждения (с заданной выдержкой), за-
тем к обрубному прессу в ориентированном положении
и устанавливает в штамп для удаления заливов. Грузо-
подъемность робота — 20 кг, он имеет гидравлический при-
вод, работающий при давлении 40 кг/см2 от насоса про-
изводительностью 50 л/мин (расположенного вместе
с распределительными устройствами и гидрокоммуника-
циями в станине). В станине также смонтирована верти-
кальная поворотная колонна, несущая рычажно-захват-
ное устройство.
Второй способ расположения приводов использован
в промышленном роботе упрощенной конструкции, выпу-
скаемом в ФРГ. Робот снабжен пневматическим приво-
дом, смонтированном на захватном устройстве, и пневма-
тической системой управления. Он состоит из вертикаль-
ной колонны, несущей горизонтальную траверсу, на ко-
торой шарнирно закреплены два пневматических ци-
линдра: вертикальный (основной), на штоке которого
имеется захват, и наклонный (вспомогательный), пред-
назначенный для отклонения основного цилиндра на угол
до 45°. Полностью автоматизированный цикл работы ро-
бота, бесступенчато регулируемый в пределах до 30 с, осу-
ществляется пневматической системой управления.
У отечественного робота типа РФ-100 (рис. 10) с пя-
тью степенями свободы, грузоподъемностью 1 кг и точ-
ностью позиционирования ±0,5 мм, предназначенного для
обслуживания конвейерных линий, прессов холодной
штамповки, несложной сборки, точечной сварки и других
работ, комбинированный электромеханический привод
расположен на основании (колонне) и t подвижных
звеньях. Для рычажного устройства используется элек-
тромеханический привод из трех электродвигателей, вин-
товой передачи и двух двухступенчатых редукторов, а для
захватного устройства — электромеханический привод из
двух электродвигателей, волновой передачи и пятисту-
пенчатого редуктора.
Робот состоит из основания 7, колонны 2 и привод-
ного устройства 3 для перемещения рычажно-захватного
устройства 4, несущего захват 5. Все три движения ры-
чажного устройства осуществляются от трех электродви-
37
гателей типа СД-75: горизонтальное возвратно-поступа-
тельное (на 50 мм при скорости 750 мм/с) — посредством
винтовой передачи, вращательное вокруг вертикальной
оси (на 200° при скорости 50а/с) и горизонтальной оси
(на 60° при скорости 90°/с) — через двухступенчатый ре-
дуктор. Первая ступень каждого редуктора представляет
собой зубчатую передачу с передаточным числом 2,8,
а вторая ступень — волновую передачу с передаточным
числом 156.
Оба вращательных движения, совершаемых захватом
относительно вертикальной и горизонтальной осей рычаж-
ного устройства (±90° и ±180°), осуществляются от двух
электродвигателей типа ЭПМ-30 через приводы из двух
редукторов, привода 6 поворота захвата вокруг оси, пер-
пендикулярной рычагу (качание), и привода поворота за-
хвата вокруг продольной оси рычага (ротация). Редуктор
привода ротаций захвата, представляющий волновую пе-
редачу с передаточным числом 80, обеспечивает поворот
захвата на 80° в одну и другую стороны.
В пятиступенчатом редукторе качания с передаточным
числом 320 движение передается парой цилиндрических
колес, волновой парой, парой конических колес и еще
двумя парами цилиндрических колес» Этот привод распо-
ложен на рычаге; у оси качания захвата расположены
конические колеса и две пары цилиндрических шестерен,
а двигатель, шестеренчатая и волновая передачи — на
другом конце рычага. Движение от волновой передачи
к зубчатой конической паре передается валиком, уста-
новленным внутри рычага. Предусмотренная замкнутая
цифровая позиционная система управления, снабженная
запоминающим устройством с объемом памяти 128 слов
из 19 разрядов, позволяет одновременно сохранять не-
сколько программ, записываемых методом обучения, и
использовать любую из них *&
* См.: Потеева А. С. и др. Манипулятор грузоподъемностью 1 кг.
Механизация и автоматизация производства, 1976, № 10,
Глава II
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ РОБОТАМИ
Основное назначение системы управления промыш-
ленным роботом — формирование логической последова-
тельности его действия и обеспечение автоматической ра-
боты рычажного, захватного и других устройств в соот-
ветствии с заданной программой, осуществление связи
между действиями самого робота и обслуживаемого им
оборудования (для обеспечения синхронизации их ра-
боты) , а также контроль за рабочей зоной робота с целью
устранения несчастных случаев. Логическая последова-
тельность определяет порядок осуществления отдельных
движений рабочих органов манипулятора и выработки
сигналов управления как его подвижными устройствами,
так и работающим вместе с ним оборудованием. Она ре-
ализуется с помощью электрических реле, электронных
схем, элементов пневмоавтоматики и другими средствами.
Как было отмечено выше, применяемые в настоящее
время системы управления промышленными роботами
можно условно разделить на жесткопрограммируемые
(позиционно-цикловые, позиционно-аналоговые, пози-
ционно-числовые), контурные (импульсные и числовые),
комбинированные (позиционно-контурные) и управляе-
мые от ЭВМ (микроЭВМ, микропроцессоров).
Большинство современных систем^ управления про-
мышленными роботами собирается из унифицированных
и стандартных элементов, выбираемых в зависимости от
назначения и характера выполняемых роботом функций.
Системы, обеспечивающие точность позиционирования
0,1 мм, могут быть также реализованы с помощью регу-
лируемых механических стопорных устройств, способных
работать совместно с пневматическими сервомеханизмами.
Другая система запоминания координат использует их
вались в цифровой форме на магнитном цилиндре или
диске, или в аналоговой форме на потенциометрах с руч-
ной регулировкой. Роботам могут задаваться как простые,
так и довольно сложные программы с суммарной продол-
жительностью до 30 мин, используемые в ряде производ-
ственных процессов (например, литейных). Ввод про-
граммы производится с помощью электрических и пнев-
39
матических штекерных табло, перфокарт, перфолент, маг-*
нитных лент и т. п.
Программирование часто производится при выполпе-
нии в первый раз нового цикла движений рычажно-за-
хватного и других подвижных устройств в режиме
ручного управления. Это может быть осуществлено двумя
способами: при помощи рычажного устройства, управля-
ющего приводами робота, или проведением вручную ры-
чажно-захватного устройства самого робота в течение
цикла (используется преимущественно для роботов, осу-
ществляющих непрерывный процесс, не требующий вы-
сокой степени точности, например при окраске методом
распыления). При этом запоминающее устройство фикси-
рует все движения, крайние и промежуточные положения
рабочих органов робота, после чего по зафиксированной
программе робот действует уже автоматически.
Если программирование производится при выполнении
первого рабочего цикла вручную и возникает сомнение
в правильности или оптимальности программы, то при
использовании, например, магнитной ленты как програм-
моносителя она перематывается и все наблюдаемые от-
клонения могут быть исправлены наладчиком подачей
дополнительных импульсов в электрогидравлический сле-
дящий привод робота или путем повторной записи про-
граммы. Применение памяти на магнитных носителях
целесообразно при использовании программ повышенной
продолжительности (до 30 мин) и для систем управления
несколькими роботами.
Программы, вводимые в запоминающее устройство ро-
бота, записанные на перфорированных или магнитных
лентах, могут содержать значительное количество инфор-
мации, но при необходимости внесения изменения тре-
буют перезаписи. К другим недостаткам лент относится
потеря времени между циклами обработки на их пе^ема-
тывание.
Для различных видов перемещений рабочих органов
используются разные программы. При координатно-точеч-
ном программировании предусматриваются строго опреде-
ленные позиции, в которых рычажно-захватное устрой-
ство останавливается на некоторое время, а между ними
оно перемещается по любым (кратчайшим) путям. При
программировании по заданной плоскости все конечные
точки позиционирования располагаются в одной заданной
плоскости, например перпендикулярной оси z, и переме-»
40
щение происходит при изменении координат х и у. При
объемном программировании все конечные точки переме-
щения рычажно-захватного и других подвижных уст-
ройств робота располагаются в пределах определенного
объема, а при путевом программировании перемещение
происходит по достижении определенного объекта, слу-
жащего ориентиром. В этом случае робот должен быть
снабжен, кроме обычной системы программного управле-
ния, дополнительными тактильными и (или) другими
зрительными преобразователями, а также соответствую-
щим логическим устройством, обрабатывающим получае-
мую информацию.
Программирование обычно производится расчетным
путем с составлением при этом карт или лент, либо, как
указывалось, — в процессе наладки при ручном управле-
нии движениями робота, которые фиксируются в виде
программы его последующей автоматической работы.
Системы управления состоят обычно из реле, шаговых
переключателей, пневмо- и гидроэлементов, а усовершен-
ствованные системы включают в себя более сложные
элементы, например микропроцессоры.
В пневматических и гидравлических (или их сочета-
нии) системах управления роботами носителем сигнала
является соответственно сжатый воздух или масло. Пнев-
матические и гидравлические системы управления в отли-
чие от электронных не всегда могут применяться для
сложных программ с большим количеством логических
функций.
Системы управления с жесткой программой предна-
значены для выполнения повторяющихся операций в не-
изменной среде, имеют механическую память и задают
движения рабочим органам робота в виде последователь-
ности значений требуемых положений. Системы управле-
ния на базе ЭВМ осуществляют последовательность вы-
полнения операций по программе, записанной на про-
граммоносителях. Изменение программы осуществляется
заменой записи на программоносителе. Гибкость и много-
функциональность системы управления достигаются само-
обучением, предусмотренным в программном обеспечении
ЭВМ. Системы управления на базе телевизионных камер
и ЭВМ, обладающие элементами зрительного восприятия,
позволяют изменять структуру алгоритма управления
движением рабочих органов робота, составлять новые
программы в режиме диалога с операторо*м, оперативна
корректировать и отлаживать готовые программы.
В настоящее время наибольшее распространение полу-
чили такие системы автоматического управления робо-
тами, как цикловое программирующее устройство со ште-
керной панелью или барабанами с числом программируе-
мых позиций до 20 и чаще всего с электрической или
пневматической системой управления и аналоговая си-
стема с числом программируемых позиций 50—60 *.
Цикловая программная система обладает широкими
возможностями управления простыми и сложными робо-
тами. Промышленные роботы с цикловыми системами уп-
равления, выполняющие от 16 до 104 команд, наиболее
просты и дешевы, но имеют ограниченные возможности
из-за небольшого числа программируемых перемещений,
сложны в наладке. Они применяются при сравнительно
простых повторяющихся циклах движений. При цикловом
программном управлении последовательность перемеще-
ний рабочих органов робота записывается на штекерной
панели или барабане и осуществляется включением соот-
ветствующих приводов (по времени или по сигналам
о выполнении предшествующей операции). У аналоговых
систем управления, имеющих такую же область примене-
ния, как и цикловые, программа задается и хранится
в виде потенциалов, устанавливаемых с помощью потен-
циометров, количество которых соответствует количеству
программируемых шагов, умноженных на число управ-
ляемых координат. При этой системе управления точность
позиционирования зависит также от точности потенцио-
метров и составляет при перемещении па 1000 мм около
2 мм** (точность повышается при сочетании цифровой
системы управления с аналоговым способом движения
и применении замкнутых систем с обратной связью по
положению).
Цикловые и аналоговые системы управления доста-
точно надежны в эксплуатации, обладают возможностью
сохранять информацию при выключении питания и низ-
кой стоимостью, но они и^еют сравнительно небольшое
число команд и не позволяют хранить отработанную про-
грамму вне системы управления для ее повторного ис-
пользования. Цикловые и аналоговые системы приме-
♦ См.: Романов К. Ф. и др. Системы управления промышленными
роботами. — Механизация и автоматизация производства, 1975,
Ns 4.
*♦ Там же.
42
няются преимущественно для управления роботами с од-»
ним рычажно-захватным устройством» имеющим до че-
тырех степеней свободы.
При позиционной системе управления роботом фикса-
ция заданных положений его подвижных устройств осу-
ществляется по сигналам преобразователей обратной
связи или с помощью регулируемых упоров. В системах
позиционного управления при емкости памяти 12—24
шага находят применение релейные схемы с печатным
монтажом, при 15—50 шагах (иногда до 300) использу-
ются штекерные матричные панели, программы до 200—
300 шагов часто реализуются на магнитных барабанах,
а до 1000 шагов — на перфолентах.
При простых электромеханических управляющих си-
стемах, применяемых чаще всего для роботов с пневма-
тическим приводом, у которых перемещение осущест-
вляется винтовыми или зубчатыми механизмами, пози-
ционирование производится с помощью упоров. Предус-
матривается установка амортизаторов и конечных выклю-
чателей, обеспечивающих фиксацию рычажно-захватного
устройства не только в двух крайних точках, но и в ряде
промежуточных положений по каждому направлению его
движения. Электромеханические системы управления,
имеющие до 50 программных операций, осуществляют
только направленное управление.
Позиции определяются механическими регулируемыми
упорами, аналоговыми датчиками положения или уста-
новкой потенциометров необходимых величин. Ограни-
ченная емкость механической позиционной памяти, имею-
щейся на каждой оси координат, не позволяет применять
такие системы при работе со многими позициями в каж-
дой степени свободы. Последовательность программы
определяется изменением положения переключения мат-
рицы, установочных кулачков на шаговых устройствах,
синхронизаторов и т. д. У систем управления этого рода
программирование производится в два этапа: сначала вы-
бирается последовательность, а затем устанавливаются
действительные позиции. Эти системы управления ис-
пользуются для промышленных роботов с электрическим,
пневматическим и гидравлическим приводами.
Перемещение рычажно-захватного и других подвиж-
ных устройств роботов при контурной системе управления
на базе числового программного управления (ЧПУ) мо-
жет осуществляться по непрерывной сложной траектории*
43
При импульсной системе заданное движение рабочих ор-
ганов обеспечивается числом импульсов, считываемых
с запоминающего устройства (различного вида). Приме-
нение запоминающего устройства, например магнитного
барабана в 105 бит, обеспечивает управление более
1000 точками вместо 30—40 точек при использовании
потенциометров при ступенчатом управлении.
В системе ЧПУ программа хранится в виде чисел
в запоминающем устройстве (в магнитных барабанах,
ферритовых матрицах, на интегральных микросхемах).
Эта система обеспечивает хранение отработанных про-
грамм, программирование без предварительной наладки,
смену отработанных программ в процессе производства
((при наличии библиотеки программ), возможность дви-
жения рабочих органов по сложной траектории (контур-
ное управление) *. В координатных системах ЧПУ пере-
мещения подвижных устройств робота могут задаваться
не только для конечных, но и для некоторых промежу-
точных положений, при этом время выдержки в каждом
положении устанавливается в зависимости от условий
выполняемой работы.
Большинство выпускаемых в настоящее время роботов
имеет позиционные системы ЧПУ, более дорогие контур-
ные системы используются главным образом у производ-
ственных роботов, выполняющих технологические опера-
ции, например окраску. При позиционном ЧПУ иногда
используются жесткие регулируемые упоры, способствую-
щие повышению точности позиционирования.
По сравнению с цикловой и аналоговой числовая си-
стема управления имеет более высокую стоимость. Она
может быть универсальной (автономной) со встроенной
ЭВМ, связанной с центральной ЭВМ и ЧПУ оборудова-
ния. Универсальные автономные системы числового уп-
равления применяются для промышленных роботов, об-
служивающих технологическое оборудование, могут так-
же использоваться для роботов, обслуживающих станки-
автоматы (литейные, кузнечно-прессовые, сварочные, ме-
таллорежущие, термические), погрузочно-разгрузочные и
другие транспортные и складские работы.
Числовая программная система управления промыш-
ленными роботами позволяет при работе в режиме раз-
деления времени управлять несколькими единицами обо-
♦ Там же.
44
рудовапия и несколькими роботами. Такие системы упро^
щают процесс программирования, позволяют осуществит^
вывод отлаженных программ на перфоленту или другой
носитель информации, их можно использовать и при ор-
ганизации участков станков с централизованным управ-
лением.
Системы управления автоматизированными участками
из станков с ЧПУ, обслуживаемых промышленными ро-
ботами от центральной ЭВМ, не требуют автономной па-
мяти управляющих программ робота — их можно хранить
в памяти центральной ЭВМ (при этом снимаются ограни-
чения на длину, сложность и количество программ),
можно автоматически выбрать нужную программу, об-
служивать одним роботом несколько единиц оборудования
по циклам, задаваемым ЭВМ, осуществлять автоматиче-
ское программирование действий робота от центральной
ЭВМ.
В настоящее время для систем централизованного уп-
равления участками станков с ЧПУ с роботами целесооб-
разно использовать универсальные автономные системы
числового управления, предусмотрев возможность их свя-
зи с центральной ЭВМ для обмена программами и пере-
дачи управляющих команд роботам.
Система числового программного управления про-
мышленными роботами со многими степенями свободы,
например для робота с пятью степенями свободы, линей-
ной скоростью перемещения до 1 м/с, угловой — до
100%, состоит из вычислительной системы, контроллера,
периферийного оборудования для ввода—вывода инфор-
мации, обслуживания и контроля. Вычислительная си-
стема содержит оперативное запоминающее устройство
(емкость 32 Кбайта, цикл памяти 1 мкс), процессор
(длина перерабатываемого слова 16 бит), блоки для вы-
работки элементарных команд управления перемеще-
ниями рабочих органов (один блок на две степени сво-
боды), канал ввода—вывода цифровой информации (в до-
полнение к каналу процессора), периферийное оборудо-
вание (дисплей, перфоратор и считыватель для перфо-
лент, пульт управления). Каждый блок для выработки
элементарных команд управления перемещениями вклю-
чает в себя самостоятельное вычислительное устройство
с длиной перерабатываемого слова 24 бита, оперативные
запоминающие устройства емкостью 32X24 и 224X24
бита, аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразова-
46
тели, интерфейс с каналом процессора. Контроллер ра-
бота состоит из цифроаналоговых преобразователей с уси-
лителями, цепи блокировок, коммутаций силовых цепей
и пульта ручного управления.
Центральным процессором вычислительной системы
определяются координаты точек вывода, алгоритм пере-
мещений рабочих органов и т. п., управляющая инфор-
мация и полученные данные передаются контроллеру и
соответствующим блокам выработки элементарных
команд, осуществляющим текущее управление и регу-
лирование перемещениями. Программирование на проб-
лемно ориентированном языке осуществляется с перенос-
ного пульта ввода—вывода информации.
Создана система ЧПУ, обеспечивающая работу группы
промышленных роботов с устранением их взаимных по-
мех, столкновений и пр.
Практика показывает, что в массовом и крупносерий-
ном производстве промышленные роботы должны осна-
щаться цикловыми системами программного управления
с незначительной универсальностью, в мелкосерийном и
индивидуальном — числовыми системами с максимальной
универсальностью и переналаживаемостью.
Итальянской фирмой «Фиат» разработана система од-
новременного и независимого управления мини-ЭВМ груп-
пой в 5—6 (до 10) промышленных роботов. Она содер-
жит оперативно-магнитное запоминающее устройство
емкостью 32 К 16-раз ряд пых слов (на 10 тыс. циклов),
позволяющее организовать хранение траекторных данных
о движении рабочих органов для общего рабочего вре-
мени 1000 с и более (до 1000 различных циклов по каж-
дому роботу). Каждый робот может выполнять работу
с неподвижными деталями и с движущимися с постоян-
ной и переменной скоростью. Скорость репродуцирования
траектории может изменяться с основной панели Управ-
ления (от —100 до +990% от первоначально записан-
ного при обучении с точностью 10%). Система может
принимать сигналы о скорости производственных линий
для синхронизации ее со скоростью репродуцирования
траектории. При этом идентификация рабочего цикла
каждого робота осуществляется по анализу сигналов
с соответствующих производственных линий и оборудо-
вания, которое обрабатывает детали. Количество коррели-
рованных входных — выходных сигналов с хранящимися
в памяти траекториями составляет до 64, а некоррелиро-
46
ванных — более 1000. Минн-ЭВМ работает как контрол-»
лер роботов, используя хранящиеся в оперативной памяти
данные для воссоздания заранее изученных траектории.
Скорость репродуцирования первоначального цикла, за-
писанного в память, может плавно меняться в широком
диапазоне и зависит от скорости подачи обрабатываемых
деталей.
Комбинированные системы управления часто исполь-
зуются при необходимости быстрого подвода рабочих ор-
ганов робота в заданную позицию (с помощью позицион-
ного программного управления) с последующим следова-
нием по определенной траектории (например, для сбо-
рочных работ, дуговой сварки и т. п.).
При зажатии захватным устройством робота деталей
усилие захвата должно быть таким, чтобы зажимаемая
деталь не была повреждена и не выскользнула из захвата
под действием силы тяжести. Непропорциональный ха-
рактер зависимости между минимально потребным уси-
лием для удержания изделия и его массой вызывает не-
обходимость создания системы контроля усилия захвата
с нелинейным законом управления. Для этого исполь-
зуются преобразователи, устанавливаемые на захватном
устройстве, сигнализирующие о начале проскальзывания,
массе изделия, усилии захвата, касании и виде мате-
риала (например, цветовые). Подъем изделия захватом
начинается с небольшой скоростью с одновременным воз-
растанием усилия захвата по линейному закону. Посте-
пенно сила трения уравновешивает массу изделия, и тогда
управление переключается на заранее запрограммирован-
ный нелинейный закон, полученный экспериментальным
путем для каждого вида материала.
Управление ускорением и силами, возникающими при
захвате, подъеме и движении рабочих органов робота,
особенно важное значение имеет при обработке хрупких
изделий. В системах управления предусматриваются про-
граммы различных скоростей и ускорений, которые (как
и замедление после перемещения подвижных органов
на определенные расстояния) могут меняться в пределах
заранее заданных оптимальных значений. К такой системе
управления относится, например, система, разработанная
шведской фирмой «Ретаб» для промышленного робота
с семью степенями свободы на программу в 1500 точек
(при трехосевой системе координат). Она представляет
собой электронное устройство циклового и числового про-»
47
граммного управления гидро- или электроприводами. Про-
граммы хранятся на магнитных лентах, полупроводнико-
вых твердотельных элементах, а модульная конструкция
управления позволяет при необходимости увеличить ко-
личество управляемых функций.
В измерительном устройстве системы используются
ротационные или линейные шифраторы дифференци-
ального типа, дающие большое количество импульсов для
определенного движения, что позволяет несколько сокра-
тить доводочные работы (например, после монтажа, оста-
новки на профилактику, ремонта робота и т. п.), по-
скольку для работы по заданной программе робот можно
отладить при одном цикле движений к относительной
точке отсчета, запоминаемом специальными счетчиками.
Поэтому в дифференцированных системах должна пре-
дусматриваться относительная точка отсчета, устанавли-
ваемая при помощи контрольно-измерительных приборов,
которые можно расположить, например, на оборудовании,
обслуживаемом роботом.
Устройство для управления манипулятором, дей-
ствующее от усилий, развиваемых пальцем оператора,
имеет перчатку, внутри указательного пальца которой
смонтирован эластичный преобразователь. С помощью
двух совместно действующих схем управления преобразо-
ватель передает все движения по соответствующим на-
правлениям, его сигналы проходят по схемам последова-
тельно через приемные усилители, исполнительные и
приводные устройства. Предусмотрены также обратная
связь и соответствующие суммирующие приборы. Такие
устройства рекомендуются использовать для манипулято-
ров с захватами клещевого и шарнирного типа с элек-
трическим и электропневматическим управлением.
Промышленный робот (ФРГ), используемый для нераэ-
рушающего метода контроля дисков автомобильных* колес
рентгеновскими лучами, имеет систему управления на
базе потенциометрических преобразователей положения.
Грузоподъемность робота до 40 кг, точность позициони-
рования ±1 мм, его рычажно-захватное устройство спо-
собно совершать горизонтальное и вертикальное воз-
вратно-поступательное движения и вращательное движе-
ние вокруг горизонтальной оси на 360°. Робот устанав-
ливает контролируемый диск в поток рентгеновских лу-
чей и по заданной программе перемещает его в различные
положения. Оператор может перевести управление на лю-
48
бую имеющуюся подпрограмму. Время переналадки ро-
бота при смене типа контролируемы^ дисков составляет
10—15 мин.
Стационарный напольный робот аналогичного типа
с такой же системой управления грузоподъемностью до
12 кг, точностью позиционирования ±1 мм, с рычажно-
захватным устройством с вакуумными присосками, со-
вершающими горизонтальное и вертикальное возвратно-
поступательное движения по 1600 мм и циклом 20 с ис-
пользуется в автоматической линии для производства
электронно-лучевых трубок цветных телевизоров. Робот
захватывает экран массой 12 кг и опускает его в уста-
новку для напыления. После покрытия экрана робот из-
влекает его и устанавливает на автоматическую линию
для дальнейшей обработки.
Робот примерно такой же конструкции грузоподъем-
ностью 20 кг и циклом 8 с снимает с подвесного кон-
вейера, имеющего максимальную скорость 12 м/мин, ки-
нескоп габаритными размерами 400X400X400 мм и опус-
кает его в ванну.
Глава III
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Современные системы управления промышленными ро-
ботами обеспечивают информацию об основных пара-
метрах их подвижных звеньев в процессе работы, для
чего используются различные преобразовательные устрой-
ства. Например, информация о движении и положении
рычажно-захватного устройства робота осуществляется
с помощью потенциометров либо кодовых фотоэлектриче-
ских, индуктивных и других преобразователей.
Потенциометрические преобразователи, имеющие ана-
логовый выходной сигнал, обладают точностью и разре-
шающей способностью примерно до 0,05%, кодовые пре-
образователи имеют дискретный выходной сигнал и по
сравнению с потенциометрами — повышенную разрешаю-
щую способность и ббльшие размеры. Индуктивные пре-
образователи имеют аналоговый выходной сигнал, обла-
49
дают большей но сравнению с потенциометрами точ-
ностью, разрешающей способностью и чувствительностью
к помехам, используют токи повышенной частоты. Для
информации об усилиях, возникающих в рычажно-за-
хватном устройстве при зажиме и перемещениях изде-
лий, могут также использоваться полупроводниковые
кристаллические магнитоупругие тензометры и другие
устройства. Для фиксации конечных положений подвиж-
ных устройств роботов широко используются различные
типы концевых выключателей и упоров, хотя находят
применение и преобразовательные устройства. Для непре-
рывного измерения скорости поступательного движения
подвижных устройств можно использовать также тахо-
генераторы, а для преобразования этого движения во вра-
щательное — специальные устройства *.
Преобразовательное устройство для информации о си-
лах и моментах, действующих на захватное устройство
робота, возникающих при его контакте с зажимаемым
объектом, состоит из нескольких тензопреобраэователей.
Принцип одновременного измерения такого ряда пара-
метров тензорными преобразователями (а также пьезо-
электрическими, пьезорезистивными) основан на их пре-
образовании в электрические заряды или изменении со-
противления упругой деформации измеряемого тела, воз-
никающей под действием измеряемых сил.
На рис. 11 показано следящее устройство с преобразо-
вателями обратной связи системы управления роботом.
Ойо состоит из фокусирующей линзы 7, осветительной
лампы накаливания 2, фотоэлемента 3, вычислительного
устройства 4 и масштабной линейки 5. Кодирующее уст-
ройство, пересчитывающее длину пройденного пути в ко-
личество дискретных шагов, устанавливается на самом
роботе. Величина дискретного перемещения составляет
0,01 мм, наибольшая возможная частота импульсов—।
10 млн. в секунду.
К основным типам современных алгоритмов управле-
ния промышленными роботами относится детерминиро-
ванное управление, управление с видеоинформацией, уп-
равление с информацией об окружающей обстановке в не-
посредственной близости от робота, управление с осяза-
тельной и инерционно-силовой информацией.
* См.: Гуслиц В, М. Опредление некоторых основных характери-
стик автоматических манипуляторов. — Механизация и автома-
тизация производства, 1978, № 4.
30
Рйс. 11. Схема следящего устройства с преобразователем обратной связи
Рис. 12. Схема преобразователя для информации об окружающей среде
При детерминированием управлении оператор опреде-
ляет только перемещение рычажно-захватного устройства,
в алгоритм закладывается логика последовательности вы-
полнения отдельных операции. Реализация алгоритмов
детерминированного управления осуществляется перево-
дом входных команд оператора в команды для отдельных
подвижных частей робота и управлением ими с помощью
внешних преобразователей и может производиться выбо-
ром конечной точки, определенного пути, направления и
скорости перемещений. По алгоритму управления по ко-
нечной тдчке, применяемому в отсутствие ограничений
на положение и ориентацию рычажно-захватного устрой-
ства в промежуточных точках перемещения, оператор
определяет положение и ориентацию этого1 устройства
только в конечной точке движения. В алгоритме вы-
бора определенного пути движения задаются путь и
ориентация рычажно-захватного устройства по его траек-
тории. В алгоритме управления по направлению и ско-
рости перемещения робота оператор определяет только
направление и скорость движения его в системе коорди-
нат. Находят применение также комбинированные алго-
ритмы из указанных способов детерминированного уп-
равления.
В алгоритме управления с информацией об окружаю-
щей обстановке информация поступает от преобразова-
теля (расположенного на рычажно-захватном устройстве
робота), состоящего из источника света I, линзы 2, эле-
мента 2, отражающего поверхность, и приемника 4
(рис. 12). Принцип работы преобразователя следующий.
Элемент, отражающий поверхность, расположенный в фо-
кусе оптической системы, помещается вблизи корпуса
преобразователя. Если в поле зрения этого элемента по-
падает препятствие, то световой конус деформируется и
выходной сигнал приемника 4, служащего для управле-
ния движением подвижных частей робота, уменьшается.
Блок-схема алгоритма управления роботом с преобразова-
телем окружающей обстановки, реализующим прекраще-
ние движения рычажно-захватного устройства в случае
препятствия (на расстоянии 60 мм от конца захвата) и
подъем после его устранения вертикально вверх на 250 мм,
включает в себя команды: «продолжать движение», «при-
сутствует препятствие», «стоп», «продолжать движение
до 250 мм», «пуск», «программа», «конец программы».
В функции оператора при этом входит определение ко-
нечной цели рычажно-захватного устройства и задание
параметра, указывающего номер управляющего алго-
ритма. Установка нескольких таких преобразователей
дает возможность применения более гибких и усовершен-
ствованных алгоритмов по сравнению с алгоритмами
с одним преобразователем.
При управлении осязательной информацией, осущест-
вляемом преобразователем осязания, смонтированным на
рычажно-захватном устройстве робота, преобразователь
получает и передает информацию о величине и распре-
делении давления на поверхности контакта зажимаемого
изделия и захвата. Алгоритм управления инерционно-си-
ловой информацией, применяемый при сборке различных
изделии, осуществляется с помощью инерционных и сило-
вых преобразователей. Они объединяют полученную ин-
формацию о силах, прикладываемых к объекту, вдоль
трех координатных осей перемещений рычажно-захват-
ного устройства робота. Для информации о внешней среде
могут использоваться телевизионные камеры, располо*
52
женные под рабочей зоной робота или смонтированные
на его захватном устройстве, фотопреобразователи, раз-
мещенные неподвижно над движущимся конвейером, ска-
нирующие дальномеры локационного типа в радио-, опти-
ческом (лазер) или ультразвуковом диапазоне волн и др.
К основным свойствам систем адаптации промыш-
ленных роботов, включающих устройства для восприятия
окружающей среды и принятия решений, относится адап-
тация к конфигурации, массе и положению деталей.
Основной алгоритм адаптивно-управляемого робота вклю-
чает в себя две стадии — обучение и рабочую. Для уп-
равления группой адаптивных роботов ЭВМ должна иметь
высокий уровень языка и нелинейную организацию па-
мяти, а также параллельную децентрализованную си-
стему управления.
Как отмечалось выше, к одному из основных видов
алгоритмов управления положением рычажно-захватного
устройства робота можно отнести алгоритмы определения
конечной точки и траектории и алгоритмы управления
по направлению (скорости) движения рабочих органов.
Алгоритм определения конечной точки рычажно-захват-
ного устройства, используемый исключительно при отсут-
ствии ограничения на траекторию движения, позволяет
выбрать значения переменных параметров, определяющих
положение элементов этого устройства. При наличии
таких ограничений применяются алгоритмы определения
траектории, а также алгоритмы, использующие методы
распознавания образов. Алгоритмы управления по на-
правлению (скорости) обеспечивают управление элемен-
тами рычажно-захватного устройства относительно на-
правления и скорости его движения в заданные интер-
валы времени.
При дистанционном управлении роботами использу-
ется информация визуальная и невизуальная: о расстоя-
нии в заданных направлениях до изделия —от преобра-
зователей * сближения, смонтированных на захватном
устройстве, о площади контакта между захватами ж из-
делием и распределении давления по ней — от тактильных
преобразователей, об усилиях и моментах зажима — от
преобразователей усилий и моментов, расположенных
в захватах. При управлении роботом с помощью ЭВМ
возможно автоматическое формирование и выполнение
команд с учетом информации от преобразователей и ав-
томатический поиск данных о внешних условиях. В ал-
53
горнтмах управления от преобразователей визуальная
информация используется для задания на входе алго-
ритма первоначальных данных о геометрических пара-'
метрах изделия и для проверки результатов манипуля-
ций, а информация от преобразователей сближения ис*
пользуется для автоматического обхода препятствия. Так-»
тильные преобразователи обычно используются для по-»
иска, определения положения и ориентации изделия от-*
носительно контактной поверхности захватов. В отдель-
ных случаях ^тактильные преобразователи используются
совместно с преобразователями усилий и моментов, часто
применяемыми при сборке несложных узлов.
Программа, обрабатывающая информацию от преоб-
разователей сближения, может выполнять одновременно
(и независимо) сбор и отображение в реальном масштабе
времени информации от преобразователей, останов и
фиксацию положения рычажно-захватного и других
устройств робота, автоматически простые движения —
поворот захвата пли возврат к некоторой точке при по-
лучении определенного сигнала от преобразователя
и т. п. На базе этих функций можно создать более слож-
ные алгоритмы автономного управления роботом, напри-
мер алгоритм обхождения препятствий, предусматриваю-
щий останов робота, если на линии движения рычажно-
захватного устройства (на расстоянии 60 мм) появится
объект, затем его вертикальный подъем на 250 мм и
дальнейшее движение к заданной точке.
Для распознавания объемных форм деталей рычажнр- *
захватные устройства роботов снабжаются системами из
различных тактильных, ультразвуковых, оптических и
других преобразователей. С этой целью используются
также телевизионные камеры, линейные матрицы фото
преобразователей, скользящий щелевой луч света, лазеры
дискретного излучения и т. п.
Тактильный преобразователь для опознания трехмер-»
ных деталей представляет собой плиту с отверстиями для
стержней с преобразователями, которая путем дискрет-
ных перемещений опускается на деталь. При каждом
перемещении плиты преобразователи стержней подают
сигнал о касании объекта стержнем для переработки
в ЭВМ. Созданы также тактильные чувствительные зле-»
менты, использующие скачкообразное изменение контакт*
ного сопротивления в месте пересечения пучков графи*
товых волокон, импульсные ультразвуковые дальномеры.
64
оптическая система опознания двумерных объектов с по-
мощью телевизионной камеры, у которой сигнал выра-
батывается при пересечении контурной линии объекта
с ее оптической осью.
В тактильных преобразователях, разработанных в Япо-
нии, луч лазера направляется на поверхность объекта
с помощью системы из наклонного и вращающегося
зеркал, а отраженный луч попадает в фотоэлектронное
приемное устройство. По положению зеркал при реги-
страции наибольших значений отраженного луча можно
определить расстояние от захвата робота до поверхности
объекта. Микро-ЭВМ перерабатывает получаемую от ви-
деопреобразователей информацию и управляет роботом.
Тактильные преобразователи, основанные на измене-
нии электрического сопротивления при нажиме, изготов-
ляются из различных волокнистых материалов — графи-
товых волокон, пенопластов с графитовым наполнением,
кремниевых, резиновых материалов, армированных ме-
таллом или графитом. Например, создан тактильный пре-
образователь из 80 контактных чувствительных элемен-
тов, установленных в захватном устройстве робота и
образующих матрицу. При движении захвата по коорди-
натной оси (например, х) элементы соприкасаются с по-
верхностью распознаваемого объекта, от формы которой
зависит последовательность их срабатывания. В ЭВМ
вводится информация о числе и расположении элементов,
соприкасающихся с поверхностью изделия. Конфигурация
изделия характеризуется совокупностью точек в про-
странстве, полученных при сечении выборочными пло-
скостями, форма сечений определяется релейными так-
тильными чувствительными элементами.
Программное обеспечение распознавания роботом из-
делии цилиндрической, конусной и других форм, сечение
которых представляет окружность или выпуклый много-
угольник, состоит из системы программ, осуществляю-
щих ввод информации о форме изделия в процессор, вы-
деление элементов, которые вошли в соприкосновение
с изделием при перемещении захвата, преобразование
информации в форму трехмерных координат, поворот
системы координат и выделение из данных о конфигу-
рации изделия точек, определяющих его очертание, вы-
вод результатов на печатающее устройство.
/ Использование ультразвуковых преобразователей по-
зволяет определить пути прохождения сигналов неболь-
'	55
ших уровней через усилители и детекторы. В сенсорных
чувствительных устройствах в качестве ультразвуковых
преобразователей используются пьезоэлектрические резо-
нансные кристаллы, позволяющие определять относитель-
ные скорости робота и рабочей среды по принципу Доп-
плера при работе в импульсном, фазовом или частотно-
модулированном режиме. Параллаксные преобразователи
используются для преобразования двухмерного изобра-
жения в одномерное, позволяют получить изображение
узкого участка объекта быстрее, чем его изображение
целиком. Практически целесообразно выделение горизон-
тально расположенных участков изображения и непре-
рывное сканирование изображения. Для этого может быть
использована линейно сканирующая телевизионная ка-
мера, выходной сигнал которой зависит от яркости.
Система из трех преобразователей дает возможность
измерить перемещение, например, рычажно-захватного
устройства робота в пространстве, скорость, ускорение,
угловое и колебательное движения. Преобразователи от-
личаются малым потреблением электроэнергии. При бес-
контактном способе передачи информации преобразова-
тели этого типа имеют малые габариты и массу, низкую
инерционность, высокое быстродействие и простое пре-
образование выходного сигнала. Их использование свя-
зано с применением магнитной системы. Градиент маг-
нитного поля (зависящий от конструкции магнитной
системы) составляет 1 Г/мм, первичная магнитная чув-
ствительность элемента (кремниевого при микроэлектрон-
ной технологии изготовления) — 700 мВ/т при Токе 5 мА,
чувствительность по перемещению — 700 В/мм, коэффи-
циент усиления — 100.
Некоторые оптические бесконтактные чувствительные
преобразователи, смонтированные на рычажно-захватном
устройстве робота, для формирования сигнала управления
в качестве источника света используют близкий к ИК-
диапазону светоизлучающий диод, работающий на длине
волны 0,94 мкм, и силиконовые детекторы.
Созданный в США промышленный робот, способный
различать форму и пространственную ориентацию изде-
лия, имеет телеоптическую обратную связь и малую
ЭВМ, получающую телеинформацию и вырабатывающую
команды управления (в отличие от других роботов, у ко-
торых для* этого применяются устройства лазерной оптики
и чувствительные позиционные датчики, базирующиеся
56
на преобразовании энергии ИК-лучей)'. Робот с таким
устройством обладает широкими логико-аналитическими
свойствами, в частности способностью опознавать цвета
объекта; по мере накопления новой информации он мо-
жет периодически перепрограммировать себя в автомати-
ческом. режиме. Телевизионный чувствительный элемент
другого промышленного робота для распознавания и по-
зиционирования деталей, управляемого микро-ЭВМ, осно-
ван на классификации возможных стабильных положений
выбираемых деталей относительно поверхности конвейер-
ной ленты. Контурное изображение изделия при этом ана-
лизируется обычной 625-строчной телекамерой, располо-
женной вертикально по отношению к плоскости ленты.
Для каждого стабильного положения детали составляется
стандартное описание в виде совокупности точек пере-
сечения ее контурного изображения с растровой сеткой
телекамеры, для чего может использоваться лишь часть
строк растра. Распознавание и позиционирование деталей
осуществляются сравнением текущего описания с опи-
саниями, хранящимися в памяти ЭВМ, и сопоставлением
его с одним из стандартных описаний.
У японского робота устройство для обнаружения и
определения величины изделия состоит из двух пар фото-
приемников с параллельными оптическими осями; рас-
стояние между приемниками регулируется в широком
диапазоне кулачком с приводным шаговым двигателем.
Фотоприемники с кулачком и шаговым двигателем уста-
новлены в объективе, оптические оси фотопрйемников
расположены в горизонтальной плоскости. Принцип ра-
боты устройства следующий. При включении робота
устройство работает в режиме поиска. Электродвигатель
вращает объектив, пока оптические оси фотоприемников
не пересекут изделие (используется оптическая контраст-
ность изделия). При обнаружении изделия объектив оста-
навливается, шаговый двигатель поворачивает кулачок,
который разводит фотоприемники до тех пор, пока опти-
ческие оси внешних фотоприемников не выйдут за пре-
делы изделия (а оптические оси внутренних фотоприем-
ников продолжают пересекать его). Поскольку оптические
оси фотоприемников параллельны, а расстояние между
изделием и объектом небольшое, расстояние между фото-
приемниками соответствует величине изделия.
У другого японского робота на захватном устройстве
расположены светодиоды, работающие по принципу отра-
57
женного света, помогающие роботу опознавать изделия
сложной формы. Светодиоды осуществляют измерение
расстояния до детали, по которому робот, снабженный
дополнительно двумя телекамерами и обладающий функ-
циями слежения, определяет ее наличие или отсутствие.
Устройства для ориентирования грузов, подлежащих
захвату роботом, выполняются применительно к одному
конкретному изделию, при смене которого необходимо
заменить ориентирующее устройство или произвести его
переналадку. Это существенно сдерживает использование
промышленных роботов при мелкосерийном производстве.
В ФРГ разработано устройство, оснащенное видеонре-
образователем, который по заданной программе опреде-
ляет положение поступившего изделия. Информация о по-
ложении изделия передается в систему управления робо-
том, который ориентирует захват и переносит изделие
в рабочую позицию. Транспортируемый груз наблюдается
в проходящем свете, при котором определяются черно-
белые переходы не более чем в 5 строк при развертке
изображения в 625 строк. Это существенно сокращает
(до 70 мс) время опознавания и необходимую емкость
памяти системы управления, позволяет использовать мик-
ропроцессор.
У пневматических преобразователей для бесконтакт-
ной регистрации объектов (рис. 13) на незначительных
расстояниях (менее 1 мм), основанных на принципе
сопло—заслонка (рис. 13, а), сжатый воздух из канала 2,
подсоединенного к источнику питания, через сопло 2 и
канал 5, от которого ответвляется выходной канал 4,
поступает в атмосферу. Если объект 5 приближается
в осевом или поперечном направлении на расстояние
в несколько десятых миллиметра, в выходном канале
устанавливается давление, перерабатываемое как анало-
говый сигнал струйными элементами.	•
Преобразователи аналогичного назначения для рас-
стояний около 15 мм имеют кольцевую струю сжатого
воздуха — в отсутствие объекта его поток через кольце-
вой канал 1 (рис. 13, б) и кольцевое сопло 2 беспрепят-
ственно попадает в атмосферу. Из-за эффекта подсоса и
возникающих завихрений в выходном канале 3 давление
понижается. При приближении объекта на определенное
расстояние часть струи воздуха отклоняется в направле-
нии выходного канала, вызывая в нем подъем давления.
Выходной сигнал зависит от расстояния (нелинейный
58
Рис. 13. Схема действия пневматических преобразователе*
характер), из-за турбулентности потока имеет высокий
уровень шума. Для таких же целей используются пре-
образователи, базирующиеся на принципе сопло — при-
емный канал (рис. 13, в), у которых при отсутствии объ-
екта струя воздуха из сопла 1 беспрепятственно попадает
в приемный канал создавая давление.
59
Рис. 14. Струйный преобрааователь скорости вращения
У преобразователя, работающего на принципе взаимо-
действия двух противоположно направленных соосных
струй (рис. 13, г), струи из двух сопел направлены на-
встречу друг другу. При перемещении объекта струя
воздуха из левого сопла прерывается, вследствие чего
струя из. правого сопла свободно истекает в атмосферу
и давление падает. Преобразователь оснащен ультразву-
ковым генератором (50 кГц), при включении которого
в 'отсутствие объекта ламинарный характер истечения
струи из сопла нарушается и давление в приемном ка-
нале снижается до атмосферного; при прерывании уль-
тразвукового луча объектом давление повышается. Учи-
тывая хорошее отражение ультразвуковых воля от мно-
гих типов объектов, передатчик и приемник располагают
в непосредственной близости один от другого.
Струйный преобразователь скорости вращения
{(рис. 14) имеет шесть диапазонов измерений \(<уг 0—200
до 0—3000 об/мин). От регулятора давления потов воз-
духа через линию питания поступает в управляющее
сопло 1, которое от приемного сопла 2 отделено перфо-
рированным диском 3 с отверстием, расположенным про-
тив его неперфорированного участка. Поэтому струя воз-
духа, исходящая из управляющего сопла, периодически
прерывается, образовавшийся импульс давления распро-
страняется со скоростью звука в линии задержки 4 и
поступает во второе управляющее сопло 5. Чем выше
скорость вращения диска, тем бблыпая часть импульса
улавливается приемным каналом 6 и усиливается уси-
лителем 7.
Глава IV
БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Одним из наиболее важных направлений робототехники
является использование унифицированного блочно-мо-
дульного принципа построения основных частей роботов.
Применение этого принципа позволяет из ограниченного
типового ряда функциональных элементов создавать ро-
боты различного назначения без избыточного числа сте-
пеней свободы и устройств, упростить их конструкцию
и обслуживание, сократить сроки и затраты на их изго-
товление, освоение, внедрение и эксплуатацию, т. е. по-
высить технико-экономическую эффективность примене-
ния роботов в различных отраслях промышленности.
Созданию оптимальных конструкций блочно-модуль-
ных роботов во многом может способствовать их авто-
матизированное проектирование — с использованием
ЭВМ.
БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
Основные модули, особенно механической чусти '(ос-
нование, рычажные, захватные, поворотно-подъемные и
другие устройства), в зависимости от назначения и основ-
ных параметров робота часто имеют несколько конструк-
ций. Разработанный в СССР типовой ряд унифицирован-
ных элементов механической части роботов позволяет
создавать роботы различного назначения с разными си-
стемами приводов (пневматический, гидравлический, элек-
трогидравлйческий) и управления (цикловое и числовое
программное и др.) *.
Модульный принцип положен в основу комплекта из
10 типоразмеров напольных стационарных и передвиж-
ных роботов с гидравлическим приводом и позиционнО-
цикловой системой управления (модель СМ40) для обслу-
живания 30 моделей металлорежущих станков токарной
* См.: Козырев В. Т. и др. Цикловые манипуляторы агрегатного
типа для металлорежущих станков, — Механизация и автомати-
зация производства, 1977, № 3,
61
группы с горизонтальной осью шпинделя. Этот типовой
ряд создан на базе 16 унифицированных модулей меха-
нической части: четырех типоразмеров рычажных
устройств для перемещения, зажима, поворота или кан-
тования заготовки; трех типоразмеров захватов для дета-
лей типа валов и фланцев; трех типоразмеров устройств
для размещения рычажных устройств; двух типоразме-
ров устройств к приводам для линейного перемещения и
вращательного движения рычажных устройств; одного
типоразмера стола для размещения специальной тары
для заготовок; трех типоразмеров программных бараба-
нов для программирования движения стола, а также ли-
нейного и вращательного движений рычажного устрой-
ства. У всех роботов, созданных на базе этих модулей,
предусмотрен гидравлический привод из гидроцилиндров
(расход масла 20—25 л/мин, давление до 63 кгс/см2)
с электроуправлением от индивидуальных золотников.
Цикловая позиционная система управления — с ограни-
ченным числом точек позиционирования и программоно-
сителем в виде командоаппарата. Алгоритм задается со-
ответствующим набором шариков в командоаппарате,
а смена программы осуществляется заменой его про-
граммного барабана.
На базе этих модулей и унифицированных устройств —
двух- и трехшарнирных рычагов, приспособлений для по-
ворота и подъема рычажно-захватного устройства, ка-
ретки монорельса и захватного устройства — ЭНИМСом
разработан типовой ряд* универсальных и специализи-
рованных промышленных роботов различного назначения
с широким диапазоном параметров (табл.).
За рубежом также широко используются блочно-мо-
дульные конструкции промышленных роботов. Так,
в Японии фирмой «Мицубиси» созданы блочно-модульные
конструкции основных элементов механической части
роботов: передвижных и напольных стационарных осно-
ваний с поворотной колонной, рычажного устройства,
двухступенчатой телескопической конструкции, которая
при необходимости может быть использована как одно-
ступенчатая и как колонна для вертикального возвратно-
поступательного перемещения. Созданы унифицирован-
ные блочно-модульные устройства для возвратно-посту-
пательного движения рычага в вертикальной плоскости
♦ Там же.
62
Таблица. Технические характеристики и области обслуживания типового ряда промышленных роботов различного назначения
Область обслужи- вания	Тип	Грузоподъемность , кг	Число степеней свободы	Рычажно-захватное устройство					Зона обслуживания (наибольший ра- диус), мм	Система управле- ния
				тип (и коли- чество) •	привод	движения				
						вертикаль- ное, мм	горизонталь- ное, мм	вращатель- ное*, град		
Машины для литья под давлением	Стационарный	20	6	Выдвижной (1)	Гидравличе- ский	340	1250	180/90	2470	Цикловая
Вертикальные прес- сы усилием 160 тс	То же	10	5	То же (2)	Пневматиче- ский	150	800	180/180	2000	То же
Кузнечно-прессовые машины (загрузка заготовок с горизон- тальной осью)	То же	160	5	То же (2)	Гидравличе- ский	900	до 1000	18ty-	До 2000	То же
Оборудование на ав- томатизированных линиях и участках	Тельферный, ста- ционарный или передвижной	160	6	Трехшарнир- ное (1)	Электрогид- равлический	1900	800—1000	—/180	1900	Позицион- ная с ЧПУ
Металлорежущие станки с горизон- тальной осью шпин- деля	Передвижной подвесной (тель- ферный)	40	Б	То же (1)	То же	1900	850	180/—	1900	То же
То же с системой ЧПУ	То же	80	5	Выдвижной (1)	Гидравличе- ский	750	Вдоль фронта станков	180/—	1900	Цикловая
Линии гальванопо- крытий	Передвижной (тельферный)	500	3			1200 или 1500	от 1000 до 25000		1300, 1700, 2400 (ши- рина ванн)	То же
* В числителе — вокруг вертикальной оси, в знаменателе — вокруг горизонтальной.
без его наклона и с наклоном, для закрепления, поворота
и наклона захвата.
Использование унифицированных конструкций пере-
движных оснований позволяет создавать роботы с дви-
жением рычажно-захватного устройства в системе орто-
гональных и цилиндрических координат (возвратно-по-
ступательное движение в горизонтальной плоскости по
осям х, у, т. е. вперед—назад и налево—направо, и в вер-
тикальной плоскости по оси у, т. е. вверх—вниз. Ста-
ционарное основание используется для стационарных
роботов, а также в комбинации, например, с блочным
устройством для передвижения рычажного устройства
налево—направо. Использование модульно-блочной двух-
ступенчатой телескопической конструкции рычажного
устройства для возвратно-поступательного горизонталь-
ного движения позволяет увеличить зону обслуживания
и объем рабочего пространства, применять его при одно-
ступенчатой конструкции для роботов повышенной грузо-
подъемности. При вертикальной установке такое рычаж-
ное устройство можно использовать для движения вверх-
вниз (например, при подвесных роботах). Кроме того,
при модульно-блочной двухступенчатой телескопической
конструкции рычага можно захватывать грузы, располо-
женные на небольшой высоте от пола.
Блочно-модульная конструкция для наклона рычаж-
ного устройства применяется у роботов с большим диа-
пазоном вертикального (вверх—вниз) движения. Система
поворота рычажного устройства применяется при исполь-
зовании модульно-блочной конструкции механизма оста-
нова в. системе двухпозиционного пневмоуправления для
получения дополнительно двух промежуточных точек
положений. Для движения захвата вверх—вниз (ось z),
налево—направо (ось у) и вращения (поворота) пополь-
зуются такие же модульные блоки, как для рычажного
устройства с соответствующим креплением оси. Напри-
мер, подвесной передвижной робот можно создать исполь-
зованием блочного устройства для вертикального движе-
ния рычажного устройства. Предусмотрена взаимозаме-
няемость между гидравлическим сервомеханизмом и двух-
позиционным пневматическим механизмом, механический
стопор для установки положений, гидравлический амор-
тизатор в механизме останова и малогабаритный клапан
повышенной пропускной способности в системе с двух-
позиционным пневмомеханизмом, обеспечивающие быст-
64
родействие; в системе управления использованы контакт-
ные элементы блочно-модульных конструкций роботов.
Использование этих модульных блоков позволяет со-
здать универсальные и специализированные, простые и
сложные промышленные роботы с разными техническими
данными и конструктивным исполнением — напольные и
подвесные с одним и двумя рычажно-захватными устрой-
ствами и т. д. (рис. 15). На базе этих модульно-блочных
конструкций выпускается ряд промышленных роботов
с гидравлическим и пневматическим приводами грузо-
подъемностью от 15 до 180 кг, с движением рабочих
органов в цилиндрических, ортогональных и полярных
системах координат. Они предназначены для выполнения
технологических операций (точечной сварки, окраски
и т. п.) и обслуживания различного оборудования — ма-
А* м- Неймарк
65
шин для литья под давлением, штамповочных прессов,
металлорежущих станков, оборудования для изготовления
деталей из пластмасс, термических печей и др. Ниже
приведена техническая характеристика блочно-модульных
роботов фирмы «Мицубиси» (с движением рабочих орга-
нов в цилиндрических системах координат).
Грузоподъемность, кг при номинальной скорости	30, 45, 45 •
при замедленной	40, 120, 12 *
Точность позиционирования, мм	±0,5; ±0,5; ±2,0
Движение рычага	±30
наклонное, град	
горизонтальное возвратно-посту-	1350
пательное, мм	
вертикальное возвратно-посту-	500
пательное, мм	
вращательное, град	250
Скорость (наибольшая) движения рычага	
горизонтального возвратно-по-	1000
ступательного, мм/с	
вертикального возвратно-посту-	500
пательного, мм/с	
вращательного, град	100
наклонного, град/с	60
Движение основания, мм	500
напольного	
подвесного	Любое
Скорость движения основания,	
мм/с	500
Вращательное движение захвата, град	180
горизонтальное	
вертикальное	180
Скорость движения захвата, град/с	60
горизонтального	
вертикального	60
♦. Соответственно для приводов с двухпозиционным пневмо- и гидроуправле-
нием и гидравлическим сервоуправлением.
В Болгарии выпускаются подвесные передвижные
блочно-модульные конструкции роботов (типа ширин»)
грузоподъемностью до 40 кг, имеющие гидравлический
привод и два рычажно-захватных устройства, предназна-
ченных для обслуживания металлорежущих станков,
встроенных в автоматические линии, для обработки де-
талей типа тел вращения. Роботы выпускаются четырех
66
типоразмеров с не ново ротным и и поворотными захватами,
позволяющими изменять положение деталей в простран-
стве на 180°, с наклоном или без наклона рычажно-за-
хватных устройств.
Из пяти основных унифицированных блоков собира-
ются передвижные роботы фирмы «Индастриз роботе
Роли» грузоподъемностью от 0,2 до 3 кг с пневматиче-
ским приводом. Они состоят из тележки с горизонталь-
ным перемещением до 200 мм и поворотного основания
(вращающегося вокруг вертикальной оси на угол до
180°), на котором смонтирована стойка (колонна), осу-
ществляющая вертикальное возвратно-поступательное
движение на 100 мм рычажно-захватного устройства. По-
следнее способно также совершать горизонтальное воз-
вратное перемещение на 300 мм. Для ограничения вер-
тикального и горизонтального перемещений используются
регулируемые упоры, а для торможения в конце хода —
гидравлические демпферы. На рычаге смонтировано
устройство, в котором закрепляется захват (или вакуум-
ные присоски, электромагниты, либо инструменты для
выполнения технологических операций и т. п.), осуще-
ствляющее его поворот на угол 180°.
В мини-роботах фирмы «Метло-Фер» используются
блочно-модульные устройства механической части: ры-
чажно-захватное*, совершающее горизонтальное перемеще-
ние до 200 мм, колонна, осуществляющая, вертикальное
перемещение рычага до 50 мм, механический захват (ко-
торый может быть заменен электромагнитным или ваку-
умными присосками) и блоки электромагнитных золот-
ников. Вертикальное и горизонтальное перемещения огра-
ничиваются регулируемыми упорами, а электронная
система управления дает возможность изменять последо-
вательность движения рычажно-захватного устройства.
Из блочно-модульных элементов построены механиче-
ская часть ш системы управления напольных и подвесных
роботов фирмы «Фовер» (ФРГ). Роботы предназначены
для загрузочно-разгрузочных работ, складирования,
а также осуществления таких технологических операций
(при оснащении соответствующим инструментом), как
зачистка шлифовальным кругом поверхностей, дуговая и
точечная сварки и т. п., их грузоподъемность до 80 кг,
они имеют до пяти степеней свободы, оснащены системой
управления от ЭВМ посредством проблемно-ориентиро-
ванного языка программирования.
3*
67
ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ РОБОТАМИ
Блочно-модульный принцип широко используется
также в системах управления промышленными роботами,
особенно на базе пневматики, гидравлики и электроники.
Пневматические системы программного управления ро-
ботами обеспечивают высокую надежность работы системы
в производственных условиях, характеризующихся значи-
тельными перепадами температуры, повышенной вибра-
цией, запыленностью и т. п. К блочно-модульным систе-
мам управления относятся созданные в СССР пневмати-
ческие системы типа «Цикл», «УСЭППА», «Старт», «Уни-
кус» и другие, а также унифицированная система гидрав-
лических аналоговых и дискретных элементов.
Блочно-модульная пневматическая система управле-
ния роботами «Цикл» состоит из типовых унифицирован-
ных функциональных блоков. Она включает в себя логи-
ческие струйные модули, работающие в пассивном ре-
жиме, и активные мембранные усилители, повышающие
уровень пневматических сигналов по давлению и мощ-
ности и одновременно выполняющие логические опера-
ции. Струйные модули и усилители, имеющие одинако-
вые габаритные размеры (26X26 мм в плане) и стан-
дартные цоколи, собираются из унифицированных дета-
лей и состоят из функциональных логических пластин
трех наименований, основания с фильтрами на входных
отверстиях (для дополнительной защиты от частиц, не
отфильтрованных при подготовке воздуха), разделитель-
ной прокладки; дроссельной пластины, крепежных вин-
тов. На одной стороне функциональной пластины разме-
щаются два комбинированных логических элемента, на
другой — сетка коммуникационных каналов. В Ягодуле
комплектуется до трех функциональных пластин, связь
между струйными элементами осуществляется через от-
верстия в функциональных пластинах.
Мембранные двухкаскадные усилители, работающие
в режиме повторения и отрицания (усилители давления
и мощности), и однокаскадные усилители, работающие
в режиме повторения и отрицания (усилители мощно-
сти), построены на базе узлов усиления давления, усиле-
ния мощности и усиления мощности с инвертированием.
Блоки системы, выполняющие логические функции,
функции памяти и некоторые счетные операции, позво-
68
ляют реализовать цикловое программное управление ро-
ботами. Система управления состоит из командно-цикли-
ческого блока (для реализации циклических последова-
тельностей, содержащих до восьми тактов) и блока обе-
гания (для преобразования последовательности импульсов
в восьмиразрядное число в унитарном коде). Увеличение
разрядности осуществляется за счет последовательного
или каскадного соединения нескольких блоков, блоков
матрицы (для записи, храпения и выдачи восьми чисел,
каждое из которых содержит восемь двоичных разрядов),
устройства счета времени (для реализации четырех вре-
менных задержек), дешифратора (для преобразования
четырехразрядного числа в двоичном коде в унитарный
код), универсальной логической схемы (для реализации
восьми логических функций различной сложности — ком-
плектуется восемью Типовыми струйными модулями в лю-
бом сочетании), функциональных усилителей для реали-
зации 16 двуходовых логических функций («ДА», «НЕ»,
«И», «ЗАПРЕТ»), вспомогательных усилителей (для уси-
ления пневматических сигналов по мощности в 16 кана-
лах) и блока сравнения (для сравнения по модулю и
знаку двух чисел в унитарном коде).
У каждого блока, выполненного в виде пневматиче-
ских печатных плат размером 160X20 пХ160 мм (п=
= 1, 2, 3...), на одной из торцевых поверхностей распо-
лагается быстросъемный разъем (для демонтажа блока
без нарушения межблочных коммуникаций), а на проти-
воположной —органы местной индикации (для визуаль-
ного контроля правильности работы и определения места
неисправностей). Блоки устанавливаются в каркасы по
направляющим, монтируемым в шкафах, пультах, стой-
ках на поворотных рамах, в которых располагаются также
устройства воздухоподготовки, органы управления, инди-
кации и контроля и другая вспомогательная аппаратура.
Система имеет следующую характеристику: давление
питания 1,4±0,14 кгс/см2, мощность выходного сигнала
33,4 • 10“5 м3/с, диапазон временных задержек 0,01
30 мин, дистанционность 300 м, срок службы до 6 лет.
Система может работать при температуре окружающего
воздуха от +5 до +50 °C и относительной влажности
30-80%.
Универсальная система элементов пневмоавтоматики
«УСЭППА-1», позволяющая реализовать любые алго-
ритмы управления промышленными роботами и другими
69
средствами автоматизации, состоит из пяти групп (анало-
говой, дискретно-аналоговой, релейной, сопротивлений и
емкостей, ввода и вывода информации), собранных из
унифицированных блочно-модульных элементов (исполь-
зуемых также в системе «Старт»). Основные функцио-
нальные элементы, являющиеся устройствами мембран-
ного типа и типа заслонки, монтируются на специальных
пластинах с внутренними каналами. Их питание осу-
ществляется от общего коллектора или через индивиду-
альный фильтр. Все элементы, кроме элементов с элект-
рическим сигналом (пневмоэлектро- и электропневмопре-
образователи), могут быть использованы для работы в по-
жаро- и взрывоопасных условиях при температуре окру-
жающего воздуха (+5) — ( + 50)° С и относительной
влажности (при температуре +25° С) до 80%.
Универсальный струйный комплекс управления про-
мышленными роботами различного назначения «Уникус»
предназначен для оперативного построения на струйных
турбулентных логических элементах системы управления
роботами. Он может управлять одним или группой робо-
тов автономно либо в качестве звена нижнего иерархи-
ческого уровня АСУ цеха при групповом управлении тех-
нологическим оборудованием. «Уникус» имеет электриче-
ские и пневматические информационные входы и выходы
для связи с роботом, с обслуживаемым им технологиче-
ским оборудованием и со звеньями верхних иерархиче-
ских уровней АСУ.
Он состоит из станины с наклонным пультом в ее
верхней части, снабженным органами управления, инди-
кацией и программным устройством. В средней части ста-
нины расположены ряды кассет со струйными турбу-
лентными элементами типа СЛ («НЕ» —«ИЛИ» на че-
тыре входа), пневмоусилителями и электропреобраэовате-
лями. В нижней части станины находится источник
пневмопитания. Комплекс включает 12 герметичных кас-
сет (98X77X200 мм) с 46-струйными элементами СЛ
каждая, 4 кассеты — с тремя пневмоусилителями ПФ67-21
каждая, 1 кассету — с восемью электропреобразовате-
лями ЭПР-1, 1 кассету — с четырьмя парами пневмопре-
образователей ПЭР-38; программное струйное устройство •
в виде барабана на 58 столбцов и 40 строк с набором
штырьков, пересекающих струи преобразователей, и с ша-
говым пневмоприводом; клавишный механизм с индика-
торами на 30 точек; индикатор ИСП-10 на 10 точек;
70
группы с пневмокнопками, пневмотумбдерами и позици-
онными пневмопереключателями, каждая из которых со-
стоит из трех кнопок, двух тумблеров и одного переклю-
чателя.
Кроме того, «Уникус» имеет источник пневмопитания
струйных элементов, обеспечивающий циркуляцию воз-
духа низкого давления (~200 мм вод. ст.) через герме-
тичные кассеты по замкнутому контуру, состоящий из
электровентилятора (220 В, 150 Вт) и двух фильтров
типа ФФП, а также многоточечные пневмо- и электро-
разъемы для внешних и внутренних связей. Размеры уп-
равляющего комплекса «Уникус» 500X320X900 мм,
масса 40 кг. Соединение струйных элементов в кассетах
производится по схемам типовых логических блоков.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ
И ЭЛЕКТРОННЫЕ БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ РОБОТАМИ
Блочно-модульная унифицированная система гидрав-
лических аналоговых и дискретных элементов для управ-
ления роботами и другими средствами автоматизации мо-
жет успешно использоваться для сложных аналоговых и
релейных схем управления и регулирования. Отдельные
устройства системы могут применяться для различных
регуляторов — интегрального, пропорционального, про-
порционально-интегрального, пропорционально-интеграль-
но-дифференциального и др. Регуляторы на блочно-мо-
дульной системе отличаются широким диапазоном
настройки, простотой и надежностью в эксплуатации, воз-
можностью быстрой замены элементов без переналадки и
другими преимуществами. Они могут успешно использо-
ваться для регуляторов давления, числа оборотов и мощ-
ности гидромоторов и гидронасосов, устройств стабилиза-
ции сближения и т. п.
Блочно-модульная унифицированная система гидрав-
лических аналоговых и дискретных элементов состоит из
решающего гидравлического усилителя, механогидравли-
ческого преобразователя, электрогидравлического преоб-
разователя, стабилизаторов давления, стабилизатора дав-
ления слива, гидравлической емкости, гидравлических
дросселей, гидравлического реле и гидравлического тумб-
лера. Все элементы работают на минеральном масле в диа-
пазоне температур от 15 до 70° С при диапазоне измене-
71
ния входных и выходных гидравлических аналоговых си-
гналов 1—3 и 3—5 кгс/см2 (давление питания соответст-
венно 4,0 и 6,3 кгс/см2) при температуре окружающей
среды от 1 до 50° С, относительной влажности воздуха до
80%, допускаемой частоте вибрации не свыше 30 Гц.
К блочно-модульным электронным системам управле-
ния относятся созданные в СССР унифицированные уст-
ройства числового позиционного управления по 3—7 ко-
ординат движения рабочих органов с емкостью памяти
более чем на 1000 точек. На блочно-модульных пневма-
тических системах управления создан ряд промышленных
роботов, в частности предназначенный для загрузки за-
готовок на металлорежущие станки и снятие с них обра-
ботанных деталей, грузоподъемностью до 100 кг, имею-
щий шесть степеней свободы. Робот состоит из станины,
внутри которой смонтированы привод подъема колонны
и приводное устройство для поворота. На верхней части
колонны на валу расположен цилиндр с шарикоподшип-
никами и направляющей, в которой перемещается ры-
чажно-захватное устройство с шарнирным захватом. Воз-
вратно-поступательное горизонтальное перемещение ры-
чажно-захватного устройства осуществляется горизонталь-
но расположенным пневматическим приводом, а враща-
тельное—вертикальным пневмоцилиндром. Захват, помимо
перемещений, совершаемых совместно с рычажным уст-
ройством, может вращаться вокруг горизонтальной оси от
пневмопривода, а зажим заготовки производится другим
пневмоприводом, на штоке которого закреплен конусный
кулачок, сопряженный с шарнирными звеньями захвата.
Рычажно-захватное устройство снабжено ограничителем
хода и преобразователем обратной связи.
Глава V
ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ,
УПРАВЛЯЕМЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРАМИ
И МИКРО ЭВМ
Системы управления на базе микропроцессоров, мини-
и микро-ЭВМ позволяют в значительной степени устра-
нить недостатки, свойственные роботам первого поколе-
ния и использовать их для решения многих технологиче-
72
ских и других задач, например непосредственного управ-
ления различным технологическим, транспортным и про-
чим оборудованием, поточными линиями, участками и т. п.
При этом появляется возможность:
—	обеспечить необходимую последовательность вы-
полнения команд рычажно-захватным и другими устрой-
ствами робота, контроль правильности отработки команд
путем сравнения фактической последовательности сраба-
тывания с заданной (в памяти ЭВМ) последователь-
ностью. В ЭВМ может содержаться информация, позво-
ляющая корректировать перемещение подвижных уст-
ройств с учетом изменения условий окружающей обста-
новки;
—	использовать программы после отключения энергии
(запоминающее устройство удерживает имеющуюся ин-
формацию, вследствие чего возможен пуск робота и об-
служиваемого им оборудования непосредственно для
дальнейшего продолжения прерванной работы);
—	упростить математическое обеспечение вследствие
возросших логических возможностей;
—	устранить необходимость замены при изменении
функций системы управления унифицированных элемен-
тов (перфокарт для ввода данных и распечатки данных
выхода, клавиатур, сигнальных ламп, считывающего уст-
ройства), связь» между которыми осуществляется через
ЭВМ;
—	применять так называемые тест-программы для
контроля состояния системы управления, позволяющие
в течение нескольких минут проверить работоспособность
ЭВМ и других элементов системы, значительно облегчить
уход и контроль за системой управления;
—	- наблюдать на экране за изменением рабочих пара-
метров, устранять ошибки программы, выяснив их про-
исхождение;
—	предупреждать моральное старение системы управ-
ления изменением программы работы ЭВМ в течение
нескольких минут;
—	ускорить создание, освоение и внедрение новых
типов роботов для автоматизации различных видов работ
в результате устранения процесса изготовления и от-
ладки опытных образцов.
Промышленные роботы с такими системами управле-
ния способны реализовать сложные функции. Возможно
управление несколькими роботами от одной ЭВМ. Услож-
4 А. М. НеЙмарк	73
ненные программы позволяют справиться с внезапными
ситуациями, например, при возникновении препятствия
на пути движения роботов, используя накопленный опыт*
должен уметь устранить его и продолжать работу, т. е. вы-
брать другую программу. Есть также программы; обес-
печивающие приспособляемость к изменившимся внеш-
ним обстоятельствам, с системой обратной связи, основы-
вающиеся, например, на зрительном устройстве — комби-
нации из телекамеры и ЭВМ, и т. п.
Использование в системах управления микропроцессо-
ров и микро-ЭВМ, в которых операционная система и ос-
новные алгоритмы управления предусматриваются при
их изготовлении (вместо аналоговых, регуляторов), зна-
чительно расширяет функциональные возможности и об-
ласти применения промышленных роботов. У многокон-
турных регуляторов на базе микропроцессоров алгоритмы
управления реализованы в виде модульного программного
обеспечения и хранятся в постоянном запоминающем уст-,
ройстве. Такие роботы обладают рядом дополнительных
функций — прямым нелинейным управлением, оптимиза-
цией, комплексной задержкой и др. Такие системы соз-
даны в СССР и за рубежом.
Например, промышленный робот с четырьмя степе-
нями свободы с системой управления на базе микро-ЭВМ
имеет устройства оперативной и внешней памяти на фер-
ритовых сердечниках и кассетных магнитных лентах,
устройства связи с оператором (телетайп и пульт управ-
ления) и преобразователи контроля процесса и состояния
системы. Система управления состоит из командного, ал-
горитмического и динамического уровней. Командный
уровень с помощью оператора и (или) внешней памяти
ЭВМ формирует команды (с использованием программи-
рующего языка). Алгоритмический уровень в соответст-
вии с его сигналами и сигналами состояния процесса реа-
лизует алгоритм управления. Динамический уровень по
командам текущего алгоритма непосредственно управ-
ляет движениями рычажно-захватного устройства, пре-
образователи состояния выдают аварийный сигнал оста-
новки робота (при выходе параметров за пределы задан-
ных— независимо от состояния процесса). Сигналы от,
преобразователей состояния процесса обрабатываются на
командном и алгоритмическом уровнях и (в отдельных
случаях) могут выдать команды остановки робота. Си-
стема обеспечивает гибкость управления роботом, универ-
74
сальность его использования и простоту пврвпрограмми-
рованяя. Перепрограммирование может также произво-
диться в записью с последующим автоматическим повто-
рением.
Еще пример. Управляемый ЭВМ робот, предназначен-
ный для сборочных и тому подобных операций, не только
подает детали к месту сборки, но и собирает их. Для
втого блок-схема контроля содержит четыре блока:
1) контроля аа выполнением сборки в целом, 2)' управ-
ления передвижением деталей и механизмов, 3J контроля
установки деталей, 4) управления устройствами робота.
Входными сигналами для первого блока являются код
Сборки и сигналы расположения деталей и механизмов,
для второго — управляющий сигнал от первого блока и
сигналы преобразователей усилий, для третьего — сигнал/
установки со второго блока в сигналы преобразователей
положения деталей, для четвертого — координаты дета-
лей с третьего блока и сигналы устройств робота. Выход-
ными сигналами четвертого блока служат напряжения;
подаваемые на сервомеханизмы робота.
Участие оператора в управлении .на любом уровне за-
висит от занимаемого им места в системе: при непосред-
ственном управлении процессом он находится на самом
низком иерархическом уровне, но управление может осу-
ществляться и заданием команд через пульт ЭВМ.
При использовании простой обратной связи преобра-
зование входного сигнала с устройства более высокого
уровня в последовательность команд для устройства бо-
лее низкого уровня осуществляется входным сигналом
с более высокого уровня, а выходным сигналом может
быть заранее записанная последовательность сигналов.
В настоящее время визуальный машинный анализ ис-
пользуется чаще всего на низких уровнях управления.
На низких уровнях используется аналоговая техника
н простые.цифровые системы, выходными сигналами ко-
торых являются заранее записанные и запрограммиро-
ванные последовательности команд, а в более сложных
системах выходной сигнал зависит от входного сигнала
м сигналов обратных связей. У более совершенных си-
стем управления основным принципом является хранение
В памяти кодов выходных сигналов, вырабатываемых си-
стемой управления при подаче на ее входы любой комби-
нации сигналов. Последние рассматриваются как адресе,
Совокупность которых определяет управляющий сигнал.
75
Такие системы управления, имеющие так вааываемую
распределенную память, способны оперировать с любым
числом входных переменных. Принцип распределения
ячеек памяти определяет единственный адрес в таблице,
содержание которого является кодом выходного управля-
ющего сигнала.
В системе управления с распределительной памятью
рассредоточение параметров необходимого выходного си-
гнала позволяет вместить в нее всю необходимую инфор-
мацию для управления. Компоненты выходных сигналов,
соответствующих определенным комбинациям входных
сигналов, с незначительно отличающимися параметрами,
находятся в близких или одинаковых ячейках таблицы и
наоборот.
Промышленный робот для автоматизации сборки с ги-
дравлическим приводом и четырьмя степенями свободы,
имеет оптическое устройство, устройство слежения, уп-
равляющую ЭВМ с периферийными устройствами, си-
стему преобразователей и пульт управления. Рычажно-
захватное устройство робота может совершать вертикаль-
ное и горизонтальное возвратно-поступательные движе-
ния, вращательное движение вокруг вертикальной оси и
движение для выполнения операции слежения.
Устройство слежения управления двухпозиционными
сигналами типа «начать (слежение) — остановить»,
«включить (прерывание)—выключить», движение отсле-
живания по соответствующему направлению происходит
под управлением этого устройства. Сигналы об уходе ми-
шени по каналу обратной связи подаются в систему уп-
равления, когда мишень оказывается внутри (вне) рабо-
чей зоны рычажно-захватного устройства (по направле-
нию движения). Отслеживание производится по сигналу
ухода мишени. После его подтверждения устройство сле-
жения передает устройству управления динамического
уровня сигнал отработки функции слежения до поступ-
ления команды о прекращении отслеживания, а при
уходе мишени вырабатывается сигнал прерывания, по-
ступающий в ЭВМ.
В качестве управляющей использована 1в-разрядная
микро-ЭВМ с емкостью оперативного запоминающего уст-
ройства 8 К (1 К«1024 слова), в котором размещается
управляющая программа. Система преобразователей для
получения данных о состоянии подвижных и других уст-
ройств робота содержит преобразователи для контроля
76
хода процесса технологии и преобразователь обнаруже-
ния неисправностей, которые вырабатывают сигналы ос-
тановки при появлении аварийных ситуаций. Технологи-
ческие преобразователи могут вызвать остановку только
в случаях, когда в основную рабочую программу вклю-
чены соответствующие команды. Связь оператора с ЭВМ
осуществляется через телетайп, внешняя память пред-
ставлена кассетной магнито-ленточной системой, которая
используется в качестве устройства запоминания боль-
шой емкости.
На пульте управления установлены переключатели
режимов, индикаторы устройства имитации сигналов пре-
образователей, устройство управления таймерами (рабо-
тают только во время режима «проверка») и другие
средства. Предусмотрена проверка работы по сигналам,
поступающим от технологического процесса и по имити-
рующим его сигналам. Процесс управления состоит из
трех уровней: командного, алгоритмического и непосред-
ственного управления движением рабочих органов ро-
бота. На командном уровне в соответствии с хранимой
в памяти моделью технологического процесса и его состо-
янием генерируются высокоуровневые управляющие
команды на специальном языке «Альфа». Алгоритмиче-
ский язык для автоматизации обладает проблемной ори-
ентацией и высоким уровнем, командами прерывания от
таймеров и преобразователей, приоритетной системой пре-
рывания, возможностью обучения и проверки без преры-
вания связи с обслуживаемым оборудованием.
Командный уровень включает следующие команды:
работу со счетчиками, преобразователями и таймерами,
управление движениями рабочих органов робота, управ-
ление устройствами слежения, средствами сигнализации
и операционной системой. Предусмотрена возможность
программного разрешения я запрета прерывания преоб-
разователей и таймеров и их приоритета. Алгоритмиче-
ский уровень после получения конкретных параметров
управления выполняет алгоритм управления, который за-
висит от текущего состояния технологического процесса
и заданных параметров управления. Уровень непосредст-
венного управления роботом направляет движение ры-
чажного, захватного и других устройств.
Блок-схема уровней управления (рис. 16) содержит
модель технологического процесса I, командный уровень
управления 2, модель робота и состояния технодогиче-
77
ского процесса 3, алгоритмический уровень управления 4,
модель состояния технологического процесса 5, динами-
ческий уровень управления 6, непосредственное воздей-
ствие на робот 7, технологический процесс 8. Модели
процесса технологии, робота и состояния процесса,
командный и алгоритмический уровни управления реа-
лизуются по программам, размещенным в оперативном
запоминающем устройстве ЭВМ, динамический уровень —
на аналоговых средствах, а устройство слежения — на
аналоговых и на цифровых средствах.
Вся система управления роботом за исключением уст-
ройства управления динамического уровня реализована
программно. Блок-схема программы (рис. 17) содержит
аппаратные средства переключения режимов 1, преобра-
зователи 2 обнаружения неисправностей, преобразова-
тели 3 технологического процесса, аппаратное устройство
4 отсчета времени (аппаратные «часы»), линии преры-
ваний 5, программный модуль «Распорядитель» 6, под-
модуль переключения режимов и обработки сигналов не-
исправностей 7, подмодули обслуживания прерываний от
«часов», контроля состояния таймеров и обработки сооб-
щений 8, подмодули обработки сигналов прерываний от
преобразователей технологического процесса и обработки
прерываний от таймеров 9, систему звуковой и световой
аварийной сигнализации 10, программные модули «Обу-
чение» 11, «Проверка» 12, и «Обработка задания» 13, ос-
новную рабочую программу 14, подпрограммы на языке
«Альфа» 15, робот и устройства сопряжения с внешними
устройствами 16, программное средство отсчета времени
17 (программные «часы»).
Программные средства управления представлены глав-
ным образом в модуле «Обработка задания», модуль
«Обучение» дает возможность «обучать» рдбот в про-
цессе работы в режиме ручного дистанционного* управ-
ления вводом модели конкретного процесса технологии.
Модуль «Проверка» обеспечивает испытание введенной
модели процесса по сигналам от процесса и имитирую-
щим его сигналам. Модуль «Распорядитель» контроли-
рует работу всей системы и реализует блокировки, необ-
ходимые для обеспечения безопасности и надлежащего
ее функционирования.
Система может находиться в одном из следующих
семи режимов (рис. 18) «Обучение» 1, «Проверка» 2, «Ра-
бота» (обслуживание технологического процесса) 3, «Окон-
78
7
в
Рио. 16. Блок-схема уров-
ней управления робота на
базе ЭВМ
Рис. 17. Блок-схема про-
граммы робота с системой
управления на базе ЭВМ
Рио. 18. Блок-схема режимов
работы промышленного ро-
бота на базе ЭВМ
А —• хороший переход, Б *
допустимый, В бесполез-
ный, Г ~ недопустимый пе-
реход
чание» 4, «Останов» 5, «Немедленный останов» 6 и «Пе-
резапуск». 7. Некоторые прямые переходы от одного ре-
жима к другому невозможны, например, от режима «Обу-
чение» к режиму «Работа» можно перейти только через
режим «Окончание». Для предотвращения ошибок пред-
усмотрена специальная таблица, на которой программно
контролируются вводимые оператором запросы на пере-
ходы. Обработка сигналов о переключении режимов и си-
гналов неисправностей производится в одном и том же
программном модуле и обрабатывается через систему пре-
рываний ЭВМ.
79
/
5,22 1 5,221	2,66 1
4
2,331
2	7	5,221	2,66'1	6	2,33:1
Рис. 19. Схема приводов робота на базе микро-ЭВМ, предназначенного для
работ с радиоактивными материалами
Промышленный робот (стационарный напольный)'
с дистанционным управлением для работ с радиоактив-
ными материалами состоит из системы управления на
базе ЭВМ и двух шарнирных рычажно-захватных уст-
ройств с десятью степенями подвижности: задающего и
исполнительного (отличающихся конструкцией захвата)
с приводами, расположенными в отдельном помещении.
Рычажно-захватное устройство может совершать движе-
ние вокруг вертикальной оси, а захват — вокруг горизон-
тальной. У рычажно-захватных устройств предусмотрена
электрическая передача отражения усилия и звуковая си-
гнализация, включаемая при соприкосновении. Рычажно-
захватное устройство может сгибаться и поворачиваться
в своей верхней части, средней и нижней. Все эти дви-
жения осуществляются при помощи валов, тросов или
цепей.
Привод (рис. 19) движения рычажно-захватного уст-
ройства включает приводные электродвигатели 1, урав-
новешивающий электродвигатель 2, тормоз 3, пружину 4
для «смягчения» ударных нагрузок, выходной вал 5, пру-
жины 6 для выборки зазоров, измерительный преобразо-
ватель положения 7.
Блок-схема системы передачи действующих на рабо-
чем рычаге робота усилий (для ощущения их операто-
ром) включает задающий и исполнительный рычаги,
центральное устройство связи и управления, входной
вал, воспринимающий движение от задающего рычага,
выходной вал, создающий движение для исполнительного
рычага. Система работает следующим образом. Движение
руки оператора через задающий рычаг робота передается
на преобразователь положения, сигнал с которого посту-
пает на регулятор, на который одновременно подается си-
80
гнал от преобразователя положения привода исполни-
тельного рычага. На выходе регулятора вырабатывается
сигнал рассогласования между положениями задающего
и исполнительного рычагов, который через усилитель по-
дается на два электродвигателя исполнительного рычага
и на электродвигатель задающего рычага. Последний
создает усилие, пропорциональное сигналу рассогласова-
ния регулятора, которое воспринимает оператор. Выбор
масштаба передачи усилия осуществляется через специ-
альный блок. Предусмотрены блокировочные устройства
от перегрузки по температуре в электродвигателях (от-
ключением электродвигателей и одновременным включе-
нием тормозов) и по величине рассогласования на выходе
регулятора.
К отличительным особенностям созданного в США
передвижного на колесах робота, управляемого микро-
ЭВМ, относится возможность ориентации в окружающей
обстановке.
Передвижное устройство робота имеет тормоз, а также
свой микропроцессор, который удерживает его от откло-
нения от заданной цели и рассчитывает скорость движе-
ния в зависимости от расстояния. Габаритные размеры
передвижного устройства 600X600X1*00 мм, масса
800 кг, скорость движения 300—600 мм/с (максималь-
ная 2700 мм/с), максимальная потребляемая мощность
1 кВт.
Механическая часть робота содержит также рычажно-
захватное устройство с тремя степенями свободы с при-
водом из двух двигателей мощностью по 0,25 л. с. Робот
также имеет пять видов преобразователей для получе-
ния информации об окружающей обстановке (восемь ин-
фракрасных преобразователей расстояния, ультразвуко-
вой детектор, систему опознавания речи, детектор неровно-
стей с микровыключателем и камеру дисплея, управляе-
мого ЭВМ),десять блоков,обрабатывающих информацию.
Инфракрасные преобразователи расстояния, ультразвуко-
вой детектор, система опознавания речи, дисплей, рычаж-
но-захватное устройство и синтезатор речи имеют
собственный микропроцессор. Предусмотрены микропро-
цессор контроллера связи, большая ЭВМ, управляющая ро-
ботом на расстоянии, и центральная микро-ЭВМ, управ-
ляющая многопроцессорной системой.
Многопроцессорная система, управляемая микро-ЭВМ,
содержит в среднем по одному процессору на преобразо-
61
ватель, полупроводниковую память емкостью 32 кило-
байта и кассетный накопитель на магнитной ленте. Ми-
кро-ЭВМ обеспечивает управление движением робота в ре-
альном масштабе времени с обходом препятствий, упро-
щенное Прогнозирование, моделирование, опознавание
речи и программы синтезатора речи. Инфракрасные пре-
образователи расстояния, смонтированные по периметру
шасси и на рычажно-захватном устройстве, обеспечивают
бесконтактное обнаружение препятствий на расстоянии
до 2400 мм, проектируя невидимый, инфракрасный, моду-
лированный луч, испускаемый галлий-арсенидным пере-
датчиком. Микропроцессор преобразователей расстояния
работает совместно с мультиплексным аналого-цифровым
преобразователем и соответствующей логикой, обеспечи-
вающими получение данных с аналоговых выходов пре-
образователей.
Детекторы с микровыключателями представляют со-
бой контактные волоски, а синтезатор речи — цифровое
запоминающее устройство речи и устройство поиска, ис-
пользующее дельта-демодулятор для воссоздания образов,
записанных в цифровой форме. Ультразвуковой детек-
тор — система с узким лучом и частотной модуляцией
обеспечивает информацию о расстоянии, относительной
скорости и поверхности объекта. Шаг возврата отражен-
ного сигнала пропорционален расстоянию до объекта,
а тембр эха характеризует состояние поверхности. Ми-
кропроцессор ультразвукового детектора, как и микропро-
цессор преобразователей расстояния, получает информа-
цию о расстоянии и структуре поверхности объекта и
производит ее предварительную обработку. Микропроцес-
сор контролера связи обрабатывает телеметрические дан-
ные различных устройств и прерывает их работу при об-
наружении ошибки.	,
Акустические соединительные устройства стандартных
последовательных терминалов, применяемых вместе
с двумя радиоустановками, работают на частоте 467 МГц
с выходной мощностью 10 Вт (скорость передачи до
2400 бод). Камера дисплея — сканирующее устройство,
обегающее поле 100X100 элементов изображения, исполь-
зуемая совместно с микропроцессором, обеспечивает по-
лучение в цифровой форме 100—200 мест наибольшего
изменения яркости иэ 10000 элементов изображения со
скоростью от 1 до 100 кадров в секунду.
Программное обеспечение на языках ФОРТРАН и
82
ЛИСП объединяет независимые подсистемы (ввод-вывод
терминала, ввод-вывод робота, выполнение плана, конт-
роль, моделирование), распределяет управление по полу-
параллельным подсистемам и приоритету. Каждая под-
система возвращает управление оперативной системе
в ограниченное время для управления в реальном мас-
штабе времени. Подсистема выполнения плана, принима-
ющая полный или частичный план/ обеспечивает выпол-
нение обязательного плана, предусматривающего движе-
ние робота с обходом препятствий.
Другой американский робот — передвижной дистан-
ционно-управляемый в режиме диалога оператора — ми-
кро-ЭВМ с шестью степенями свободы имеет, кроме ме-
ханической части, телепередатчик для визуальной обрат-
ной связи, бортовой микропроцессор, интерфейсные уст-
ройства, приемник и передатчик. Робот, смонтированный
на подвижной станине, приводится в движение двумя
электромагнитами постоянного тока мощностью по
0,25 л. с., напряжение питания 12 В (от аккумуляторов).
Подсистема преобразователей обеспечивает оператора
информацией об окружающей среде, о направлениях и
размерах препятствий, о нахождении робота, его контакте
с препятствиями и т. п. Наземная ЭВМ осуществляет об-
работку команд оператора, обработку и визуальное пред-
ставление информации преобразователей на двух языках
программирования (языке представления и обработки
данных и командном). Включение алгоритмов распозна-
вания образов в математическое обеспечение наземной
ЭВМ позволяет оператору осуществлять автоматический
анализ данных от преобразователей,
83
Для бортового микропроцессора используется микро-
ЭВМ с емкостью запоминающего устройства 1000 восьми-
разрядных слов. Микропроцессор кодирует (для пере-
дачи) полученную с помощью преобразователей информа-
цию, декодирует информацию, поступающую от наземной
ЭВМ, осуществляет тестовый контроль робота, выяв-
ляет и обнаруживает ошибки, может предотвратить по-
вреждение робота, анализируя данные об окружающей
среде и т. д. Устройство оперативного управления робо-
том и наземным пунктом управления состоит из видео-
монитора, осциллоскопа и клавиатуры данных. Информа-
ция от преобразователей обрабатывается мини-ЭВМ и
представляется в виде символов на осциллоскопе, а на
видиомониторе отображается визуальная информация.
Блок-схема (рис. 20) содержит пульт управления 1
оператора, наземную мини-ЭВМ 2, устройство ввода-вы-
вода 2, передатчик 4, приемник 5, передающую и прием-
ную наземные антенны 6 и 7, бортовые приемник и пере-
датчик 8 и 2, бортовое устройство ввода-вывода 70, бор-
товой микропроцессор 11, систему контроля 12, робот 13,
телепреобразователь 14, чувствительные преобразователи
15. Входная информация вводится оператором с клавиш-
ного пульта 1 управления и после обработки в наземной
ЭВМ 2 через устройство ввода-вывода 3 поступает в пе-
редатчик 4 и передающую антенну 6. Связь между назем-
ным оборудованием и аппаратурой робота осуществля-
ется по телеметрическому двухстороннему каналу. Излу-
ченный сигнал поступает в приемную антенну 7 и после
преобразований и усиления —в бортовое устройство
ввода-вывода 10, распределяющее полученную информа-
цию по соответствующим подсистемам робота. Обратная
передача информации осуществляется аналогичным об-
разом.
Глава VI
РОБОТИЗАЦИЯ
ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Как и в других случаях автоматизации и механиза-
ции, при внедрении роботов существенное значение при-
обретает первоочередность производств, которые необхо-
димо охватить робототехникой, чтобы с ее помощью ре-
шить наиболее важные технические, экономические и со-
циальные проблемы развития народного хозяйства. К та-
ким производствам в первую очередь относятся работы,
связанные с тяжелым физическим трудом, в основном,
погрузочно-разгрузочные, а также с использованием ток-
сических, радиоактивных и т. п. веществ, работы
в условиях повышенных и пониженных температур,
повышенной влажности и вибрации, с повышенной опас-
ностью травматизма, в условиях загрязненного воздуха
и повышенного уровня шума, монотонные, однообразные
работы, а также требующие особых мер по технике без-
опасности (например, загрузка заготовок в штамп), ра-
боты в стесненных труднодоступных условиях, обслужи-
вание различного технологического, транспортного и дру-
гого оборудования, автоматическое управление оборудо-
ванием, линиями, участками и т. п.
Разумеется, в конкретных производственных условиях
могут быть и другие первоочередные области, где наибо-
лее целесообразно внедрение робототехники. Следует также
иметь в виду, что успешное использование промышлен-
ных роботов связано с осуществлением комплекса орга-
низационно-технических подготовительных работ по при-
способлению (и модернизации) технологического, транс-
портного и другого оборудования, технологической ос-
настки, заготовок и т. п. Ниже приводится краткий об-
зор различных видов производств, где успешно применя-
ются промышленные роботы.
Литейное производство. Современные промышленные
роботы и автоматические манипуляторы успешно исполь-
зуются вместо человека в основных процессах производ-
ства отливок — от подготовки исходных материалов до
операций очистки, термообработки, зачистки, грунтовки
и т. п., а также для контроля и испытания, разгрузочно-
погрузочных, транспортных и складских работ в литей-
85
вом производстве. Расширению области применения ро-
ботов в литейном производстве способствует создание
систем управления ими для длительных процессов, на-
пример формообразования, сборки, заливки форм и т. п.
Практически почти все операции литейного производ-
ства могут быть охвачены роботизацией: разгрузка и
складирование поступающих для изготовления отливок
основных и вспомогательных материалов и оборудова-
ния — формовочных песков, связующих добавок, огнеупо-
ров, составляющих металлической шихты, красок и т. п.;
литье в разовые песчаные (опочные и безопочные) формы
из различных формовочных смесей; производство стерж-
ней различного состава прогрессивными методами формо-
образования — пескострельным, прессованием и др.; упроч-
нение форм и стержней, например, горелками инфра-
красного излучения, подогретым сжатым воздухом и др.;
высокоточное литье в тонкостенные формы из песчано-
смоляных и других смесей; литье в магнитные формы по
неизвлекаемым моделям из полистирола и других подоб-
ных материалов или в вакуумированные формы; сборка
разовых песчаных форм; точное литье по выплавляемым
моделям; литье в постоянные формы (кокиль под обыч-
ным, высоким, низким давлением и противодавлением,
центробежным способом и т. п.); точное литье под давле-
нием; шихтовка (подготовка шйхты, дозировка и др.), за-
грузка шихты в плавильный агрегат, плавка; заливка
форм расплавами, дозирование, извлечение отливок из
форм; очистка, обрубка, зачистка отливок, резка, грун-
товка, окраска, а также контроль на отдельных техноло-
гических переделах литейного производства, межопера-
ционное транспортирование форм, стержней, отливок, об-
служивание технологического, транспортного и другого
оборудования.	в
Кузнечно-штамповочное производство. В различных
отраслях народного хозяйства широко используются де-
тали разного назначения, форм и размеров, получаемые
листовой холодной штамповкой на прессах — вырубкой,
гибкой, вытяжкой и т. п. В условиях преобладающего се-
рийного или мелкосерийного производства установка за-
готовки в штампы и удаление ее после штамповки часто
осуществляются вручную. Монотонный характер такой
работы нередко приводит к травматизму.
Автоматическая подача заготовок в штамп и удаление
йз него отштампованных деталей успешно осуществля-
ть
ются различными манипуляторами и промышленными ро-
ботами. Используемые для этого роботы должны иметь
быстродействующие приводы, падежные системы управ-
ления, универсальные или быстросменные захватные уст-
ройства различного типа (магнитные, вакуумные и др.у,
конструкция которых во многом зависит от формы, раз*
меров и материала штампуемой заготовки.
Для автоматизации процесса штамповки деталей, на*
пример на кривошипных прессах, часто применяются
жестко программируемые роботы с системой циклового
управления, работающие по упорам. Такие роботы могут
использоваться для обслуживания и синхронной работы
с штамповочными прессами, радиально-обжимным, эле-
ктровысадочным, правильным, обрезным и т. п. оборудо-
ванием. В частности, роботы с электромагнитными и ва-
куумными захватными устройствами с жесткопрограмми-
руемой системой управления и программоносителем
в виде штекерной панели, обеспечивающей последова-
тельность работы рабочих органов робота и оборудования,
могут использоваться для автоматической подачи загото-
вок круглой и прямоугольной формы в штампы, установ-
ленные на вертикальных прессах.
К основным и вспомогательным операциям, выполняе-
мым роботами и автоматическими манипуляторами при
современных методах формообразования холоднолисто-
вой, объемной и другой штамповкой, относятся установка
штампа на пресс и заготовки в штамп, извлечение гото-
вой детали из штампа и удаление ее из пресса, очистка
и смазка формообразующих частей штампа, подача
к термической печи и укладка в ней заготовок для
отжига, нормализации, их удаление после нагрева, ук-
ладка и транспортировка к месту назначения; обслужи-
вание оборудования при многооперациопной штамповке
из тонколистовых полос на штампах последовательного
типа, прадка заготовок и деталей (установка в штамп,
извлечение их из матрицы и удаление из пресса и т. n.J,
установка штамповок на транспортное устройство для пб*
дачи к месту дальнейшей обработки или складирования,
управление процессами очистки и зачистки штамповок;
внутрицеховые погрузочно-разгрузочные, складские я
другие транспортные работы; работа (синхронная^
в комплексе с различным технологическим штамповоч-
ным и транспортным оборудованием и управление этим
оборудованием.
87
Применение промышленных роботов в кузнечно-штам-
повочном производстве важно и как средство управления
технологическим процессом путем изменения силы удара
и его последовательности в зависимости от температуры
заготовки и других данных.
В зависимости от' назначения в кузнечно-штамповоч-
ном производстве используются универсальные и специа-
лизированные роботы и автоматические манипуляторы.
Созданы автоматические штамповочные комплексы,
включающие штамповочное оборудование и средства ме-
хацизации и автоматизации, а также кузнечно-штампо-
вочное оборудование с числовым программным управле-
нием, например обслуживаемое цромышленными робо-
тами. Роботы для обслуживания кривошипных прессов
усилием 250 и 100 тс осуществляют межоперационную
передачу и ориентированное удаление заготовки, подачу
ее в штамп. Они имеют выдвижные двухместные рычаж-
нО-захватные устройства, цикловую систему программ-
ного управления и различную грузоподъемность в зави-
симости от усилия пресса.
Производство изделий из порошковых материалов.
Промышленные роботы могут использоваться для авто-
матизации следующих основных и вспомогательных работ
при производстве изделий методом порошковой метал-
лургии: установка прессформ на прессовое оборудование
и их снятие с него, смазка формообразующих частей
прессформ, удаление из зоны- формообразования готовых
изделий, установка их на поддоны, подача и установка
в термопечь для упрочнения, извлечение из печи, обслу-
живание (загрузка-разгрузка) калибровочного и другого
оборудования на завершающих операциях. Роботы могут
успешно применяться для непосредственного выполнения
ряда технологических операций при литье термопластич-
ных материалов и реактопластов под давлением (дози-
ровка и заливка расплава, отделение литниковой системы,
зачистки облоя и др.), при формообразовании прессова-
нием и .другими способами, проводить контрольные, по-
грузочно-разгрузочные, внутрицеховые транспортные,
складские и упаковочные работы, а также синхронно
работать в комплексе с другим технологическим и транс-
портным оборудованием.
Сварочное производство. В сварочном производстве
промышленные роботы применяются не только для обслу-
живания различного технологического, транспортного и
88
другого оборудования, но прежде всего для непосред-
ственного выполнения основных технологических опера-
ций по сварке различными методами.
К основным видам работ, которые способны выпол-
нять универсальные и специализированные промышлен-
ные роботы в сварочном производстве, можно отнести
следующие: установка оснастки на технологическое и
другое оборудование и снятие с него (установка и фик-
сация их в рабочее положение для сварки), сборка под
сварку деталей и узлов, подготовка деталей к сварке,
снятие и удаление сваренных изделий из рабочей зоны,
непосредственное осуществление технологических опера-
ций по сварке (кодтактной, точечной, дуговой, подбав-
лением, в среде углекислого газа, плазменной и др.),
при необходимости правка до сварки заготовок и деталей
и сваренных изделий — установка в приспособление, из-
влечение из него и удаление их из зоны правки и т. п.,
зачистка (абразивная и другими способами) сварочных
швов, контроль качества сварки, выполнение различных
межоперационных и внутрицеховых транспортных, погру-
зочно-разгрузочных и складских операций, работа в ком-
плексе с другим технологическим сварочным и транс-
портным оборудованием в поточных линиях -и управле-
ние им и т. п.
Промышленные роботы успешно используются для
автоматизации процессов сварки не только традицион-/
ными методами, но и новыми прогрессивными способами,
например электронно-лучевой сваркой в вакууме. При
сварке этим методом рычажно-захватное устройство вво-
дит определенное количество ориентированных заготовок
в вакуумную камеру, извлечение сваренных узлов из
камеры производится также роботом.
Термическое производство. Учитывая, что значитель-
ная часть операций, поддающихся роботизации при тер-
мической* обработке, происходит при температуре, пре-
вышающей 1000° С (например, при нагреве под закалку
изделий из высоколегированных сталей), рычажно-за-
хватное устройство, и особенно захваты, в этом случае
должны изготовляться из жаропрочной стали, способной
выдержать такую температуру без нарушения необходи-
мых параметров.	\
К основным видам работ в термическом производстве,
которые способны выполнить промышленные роботы, сле-
дует отнести следующие: подготовку (при необходимо-
89
сти) изделий к термообработке — очистку и т. п., подачу
и укладку изделий в термическую печь, извлечение их
из печи после нагрева и подачу на охлаждение, правку
и очистку, контроль твердости и других свойств, различи
ные межоперационные и внутрицеховые транспортные,
складские и упаковочные работы, работу в комплексе
с другим технологическим и транспортным оборудованием
и управление им и т. п.
Например, при поверхностной термообработке (за*
калке) токами высокой частоты робот извлекает деталь
из лотка магазина, устанавливает в щель индукционного
нагревателя и подает сигнал о включении тока; по окон-
чании нагрева извлекает деталь из индуктора и подает
ее в закалочное устройство. Длительность выполнения
всех операций составляет около 1 мин.
Механообрабатывающее производство. Одной из спе-
цифических особенностей серийного, мелкосерийного и
индивидуального механообрабатывающего производства
является незначительный удельный вес машинного вре-
мени. В общем цикле механообработки время ожидания
it транспортирования деталей составляет 95% от вре-
мени их нахождения в производстве. Применение робо-
тов позволяет увеличить коэффициент использования обо-
рудования, значительно сократить производственный
цикл, улучшить качество изделий.
Универсальность промышленных роботов позволяет
использовать их для автоматизации вспомогательных ра-
бот различных металлорежущих станков — токарных, фре-
зерных, расточных, сверлильных и др., при этом один
робот может обслуживать два и более станков. В боль-
шинстве случаев автоматизированные таким образом
обычные станки не уступают по производительности сне*
циализированным автоматам, но значительно дещевле их.
При использовании передвижных (подвесных и наполь-.
ных) роботов один робот способен обслуживать группу
станков, участки или поточную линию.
К основным и вспомогательным операциям механооб-
рабатывающего производства, которые могут выполняться
промышленными роботами, можно отнести: установку на
различные металлорежущие станки и комплексы техно-
логической оснастки и ее снятие, обслуживание индиви-
дуальных и групповых универсальных и с числовым про-
граммным управлением станков, участков и поточных
линий для обработки резанием, установку заготовок и
90
снятие обработанных деталей, инструмента, приспособле-
ний, выполнение ряда основных технологических опера-
ций по обработке (сверление, снятие заусенцев, шлифо-
вание, полировка и др.), контролю и испытанию, выпол-
нение межоперационных и внутрицеховых транспортных,
погрузочно-разгрузочных, складских и т. п. работ, син-
хронную работу в комплексе с другим технологическим,
транспортным оборудованием и управление им.
Процессы поверхностного покрытия. К основным ви-
дам процессов нанесения покрытия на поверхность изде-
лий, где могут применяться промышленные роботы, отно-
сятся металлизация, покрытие порошкообразными поли-
мерами, гальванизация, окраска различными методами.
При металлизации роботы могут использоваться для под-
готовки поверхности (очистки, зачистки и т. п.), подачи
и установки изделий на оборудование, для снятия его
после металлизации и удаления из рабочей зоны, а также
для непосредственного осуществления операций покры-
тия, например при оснащении захватных устройств спе-
циальными головками. При нанесении порошковых поли-
мерных покрытий на металлические изделия с защитно-
декоративной, изоляционной и другой целью, роботы мо-
гут использоваться как для обслуживания оборудования
и поточных линий, так и для выполнения отдельных опе-
раций технологического процесса (подготовка поверхно-
сти, нанесение покрытия и др.). При гальванических
методах покрытия изделий из пластмасс роботы могут
обслуживать оборудование для предварительной подго-
товки поверхности (создание микрошероховатости) и
гальванические установки, осуществляющие нанесение
тонкого слоя металлического покрытия, например мето-
дом химического меднения. Роботы успешно обслуживают
отдельные гальванические установки и их комплексы, по-
точные автоматические линии и участки гальванических
покрытий, Их можно также использовать для вскрытия
барабанов с сильнодействующими ядовитыми веществами
для промывки тары и тому подобных работ.
Автоматизированное гальваническое производство, об-
служиваемое двумя автоматическими манипуляторами и
управляемое мини-ЭВМ (М-6000), включает 16 одно- и
двухрядных гальванических поточных линий для раз-
ного вида защитно-декоративных покрытий — цинкова-
ние, кадмирование и др. (в условиях многономенклатур-
ного мелкосерийного производства). В каждой гальвани-
91
ческой линии предусмотрено осуществление до 63 техно-
логических программ при параллельном способе передачи
кодов. Блок-схема системы управления содержит ЭВМ,
устройство связи с линиями, рабочее место оператора,
пульт управления, гальванические линии, позиции за-
грузки и выгрузки, промежуточный склад и склад гото-
вых деталей.
В автоматизированном производстве, созданном на
базе агрегатирования основных элементов, непосредствен-
ное исполнение технологических процессов осуществля-
ется автоматическими манипуляторами; комплексно авто-
матизированные процессы технологии нанесения гальва-
нических покрытий на детали различного профиля осу-
ществляются использованием конструкционно различных
гальванических линий. Стабильность работы обеспечива-
ется системой автоматического контроля и регулирования
температуры, уровней электролитов,' контроля их хими-
ческого состава и т. д.
Система управления гальваническими линиями позво-
ляет производить одновременно много видов работ пр
разным процессам технологии защитно-декоративных по-
крытий, а трехуровневая иерархическая структура обес-
печивает возможность в любой момент перейти на полу-
автоматическое или ручное управление. Возможно также
построение, корректировка и обработка оптимального дис-
петчерского графика в реальном масштабе времени, под-
стройка новых заданий, контроль и тестовая проверка,
оперативное планирование обработки деталей, управление
механизмами и устройствами гальванических линий
и т. д.
При нанесении лакокрасочных покрытий промышлен-
ные роботы стационарного и подвижного типов успешно
используются для автоматизации грунтовки л других
процессов подготовки, самого процесса окрашивания рас-
пылением, окунанием, в электростатическом поле, элек-
трофорезом. Они могут также применяться для обслу-
живания сушильного оборудования после нанесения
лакокрасочных покрытий. Применение роботов повышает
производительность и качество окраски, существенно сни-
жает удельный расход краски (на 20—40%).
Сборочное производство. Для автоматизации основных
и вспомогательных сборочных операций, выполняемых
современными методами (склеиванием, механическим со-
единением), используются промышленные роботы, специ*
92
ально приспособленные для их выполнения. Применение
таких роботов может снять многие ограничения, завися-
щие от. физических возможностей операторов: существенно
увеличивается масса перемещаемых изделий (с 9 до
50 кг и более) и скорость перемещения, обеспечивается
стабильность процесса, ликвидируются дефекты от воз-
можных ошибок оператора. Возможность автоматизации
сборки с использованием роботов значительно повыша-
ется при блочной конструкции изделий и прямолинейном
движении деталей в процессе их передачи на сборку и
при установке в приспособление. Самоориентирование
в окружающем пространстве при меняющейся обстановке
достигается оснащением роботов тактильными и видео-
преобразователями.
При автоматизации сборочных работ традиционными
способами, т. е. соединением различными механическими
методами, роботы могут применяться для установки в сбо-
рочное оборудование оснастки, снятия и удаления ее,
для подачи деталей и узлов в сборочные установки, под-
бора и подачи деталей в рабочее положение для сборки
узлов, контроля наличия других собираемых деталей
в узел, последовательности сборки, отбраковки негодных
деталей или неполностью собранного узла, для разборки
узлов, например после испытаний, а также производить
работы в комплексе с другим технологическим транспорт-
ным оборудованием и управлять им, выполнять различ-
ные межоперационные, транспортные, складские и упа-
ковочные работы.
Автоматизация контрольных, транспортных и склад-
ских работ. Роботы могут использоваться для автомати-
зации таких контрольных работ, как, например, изго-
товление образцов для анализа химического состава спла-
вов и других материалов, подготовка образцов к кон-
тролю, установка их в оборудование для контроля, их
испытание, снятие и удаление, для непосредственного
выполнения операций контроля формы, размеров, свойств
образца и др.
В США роботы используются для автоматического
испытания пневматических клапанов — осуществляют все
операции по их установке, нагрузке и разгрузке. Оценка
качества производится с помощью манометров и фото-
метрической аппаратуры. Процесс испытания проходит
следующим образом. Пневмоклапаны подаются по грави-
тационному желобу к роботу, имеющему два рычажно-
93
захватных устройства. Робот захватывает клапан и укла-
дывает его в установку для проверки. Проверенный кла-
пан снимается с прибора, куда подается новый клапан,:
укладываемый роботом в нужное положение. Если кла-
пан прошел проверку удовлетворительно, робот склады-
вает его в определенное место, а выбракованный уклады-
вает в емкость для брака. Один робот испытывает кла-
паны определенных типоразмеров диаметром от в мм и
далее через каждые 24,4 мм, а другой —> начиная с диа-
метра 18 мм через каждые 49 мм. Перепрограммирова-
ние роботов занимает 5—10 мин. Захваты быстро пере-
налаживаются для установки, закрепления, нагрузки я
разгрузки клапанов.
За рубежом создана автоматизированная система взя-
тия проб при производстве взрывчатых веществ, вклю-
чающая семь роботов-телеоператоров. Роботы, оснащен-
ные гидроприводом, способные работать в условиях кор-
розионно-активных сред, берут пробы из 30 точек кон-
вейера, укладывают их в контейнеры, которые устанав-
ливают на транспортер, ведущий в лабораторию, где
осуществляется контрольный анализ.
Роботы могут применяться для выполнения транспорт-
ных и складских операций: загрузки и выгрузки различ-
ных материалов, изделий и т. п., межоперационной
передачи деталей с автоматической загрузкой и разгруз-
кой технологического, транспортного и другого оборудо-
вания, для передачи готовых изделий на поддоны, в кон-
тейнеры и т. п., складирования материалов, изделий л
для их упаковки и т. п. Применение промышленных ро-
ботов в складском хозяйстве позволяет решать задачи
систематизации деталей, их поиска и транспортирования
по заданной программе и размещению их по стеллажам.
Другие промышленные и непромышленные области.
Промышленные роботы могут Также использоваться
в строительной, легкой, фармацевтической и других от-
раслях, для научно-исследовательских работ, в быту
и т. п. Например, в швейной промышленности роботы
используются для автоматизации процессов манипули-
рования кусками материи, сшивания кусков больших
размеров, для правильного ориентирования их друг отно-
сительно друга, пришивания мелких деталей — пуговиц,
пряжек, крючков, воротников, манжет, карманов и т. п.
В сфере обслуживания роботы могут выполнять обязан-
ности сторожа, садовника, могут мыть посуду, стирать н
94
гладить белье, обслуживать бензозаправочные станции,
собирать бытовой мусор, торговать штучным товаром,
комплектовать продуктовые заказы и даже выполнять
скульптурные работы. Роботы также могут входить в ав-
томатические системы пожаротушения, нести охрану,
регулировать уличное движение (например, во Франции
создан робот-регулировщик, который регулирует уличное
движение на Елисейских полях).
* * *
Наибольшая технико-экономическая эффективность до-
стигается при использовании промышленных роботов
в роботизированных комплексах.
Так, на Ковровском механическом ваводе к 1979 г.
было внедрено 60 промышленных роботов в штамповоч-
ном и механообрабатывающем производствах, обеспечив-
ших снижение трудоемкости обрабатываемых деталей
в среднем на 43%, повышение производительности труда
на роботизированных операциях в 3 раза (а по отдельным
участкам в 5—6 раз), высвобождено около 100 рабочих,
достигнута годовая экономия более 300 тыс. руб.*.
На Петродворецком часовом заводе внедрено свыше
150 промышленных роботов модульной конструкции. На
63 автоматических линиях они осуществляют по за-
данной программе все операции по сборке часов. Внедре-
ние роботизированного комплекса позволило в несколько
раз повысить производительность труда и высвободить
около 500 человек
%
Макаров И. Роботы сегодня и завтра. — Правда, 1979, 30 авг.
Александров Г, Часовых дел роботы. — Правда, 1979, 22 июля.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ПРОМЫШЛЕННЫХ РОБОТОВ
И НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
(Вместо заключения)
В зависимости от назначения и сложности выполняе-
мых операций промышленные роботы по аналогии с ЭВМ
принято условно разделять на три поколения (а иногда
еще и на промежуточные — 1,5- и 2,5-поколения). Первое
поколение промышленных роботов, широко применяемых
в настоящее время, имеет электромеханические системы,'
программы и память, разомкнутую систему регулирова-
ния без обратной связи, определение координат осущест-
вляется с помощью механических стопорных устройств
и аналоговых преобразователей положения (высокоточ-
ных потенциометров). Роботы первого поколения могут
перемещать груз массой от несколько десятков грамм до
нескольких тонн и закладываемые в их запоминающие
устройства программы могут включать до 1024 движений.
Бблыпая часть промышленных роботов первого поко-
ления имеет рычажное устройство, обладающее тремя
степенями свободы, захватное устройство, обладающее
обычно еще двумя степенями свободы, и часточ передвиж-
ную станину, способную перемещаться еще на одну сте-
пень свободы. У части находящихся в эксплуатации про-
мышленных роботов/первого поколения рычажно-захват-
ное устройство имеет пять степеней свободы, поворот
в горизонтальной плоскости, линейное перемещение в вер-
тикальной плоскости и вдоль своей оси, поворот вокруг
своей оси и наклон в вертикальной плоскости.
У промышленных роботов второго поколения после-
довательность операций и запоминание координат реа-
лизуются с помощью электронных схем, большая емкость
памяти позволяет фиксировать координаты в цифровой
форме, что допускает составление сложных программ
операций. По сравнению с роботами первого поколения
96
они обладают повышенной маневренностью (6—7 степе-
ней свободы) и возможностью хранить в запоминающем
устройстве большее число более сложных программ.
Часть таких промышленных роботов имеет фотоэлектри-
ческие и датчиковые (тактильные и др.) устройства, вос-
принимающие форму и положение деталей наощупь,
хотя это наиболее характерно для роботов третьего поко-
ления. Работа промышленных роботов второго поколения
с высокой степенью точности синхронизируется с работой
основного технологического и другого оборудования, по-
вышенная надежность системы числового программного
управления обеспечивает длительную бесперебойную экс-
плуатацию роботов.
Промышленные роботы второго поколения могут при-
меняться для управления оборудованием, автоматизации
сборки, замены операторов средней квалификации в ряде
производств, а также для автоматизации процессов управ-
ления. Их грузоподъемность — 10 кг и более, они обладают
системой упрощенной переналадки и способны к авто-
матическому самоперепрограммированию, восприятию из-
менений окружающей обстановки, способностью видения.
Их можно использовать в различных и изменяющихся
условиях-производства.
Роботы третьего поколения характеризуются наличием
некоторых чувствительных устройств с высокой степенью
восприятия, обратной связи, состоящей из координации
движения рычажно-захватных устройств с помощью теле-
зрительного или лазерного устройства, логического
устройства значительной емкости, позволяющей прини-
мать решения в зависимости от конкретной обстановки.
Роботы третьего поколения с системой управления от
ЭВМ могут самостоятельно координировать свои дей-
ствия восприятием формы, размеров и положения захва-
тываемых деталей или изделий. Объединяя в себе черты
и способности ЭВМ и исполнительного механизма, они
способны не только обрабатывать, собирать и испыты-
вать отдельные виды, изделий, но и управлять производ-
ством из нескольких групп оборудования. Роботы треть-
его поколения могут использоваться для систематиче-
ского слежения за состоянием парка оборудования, уп-
равлять контрольно-измерительными установками и ходом
производства, вести учет продукции на различных ста-
диях производства в складском хозяйстве, выполнять
некоторые конструкторские работы, работы в лаборато-
97
риях и на испытательных станциях, помогать хирургам
при операциях, участвовать в космических и глубоковод-
ных исследованиях совместно с ЭВМ и т. п.
При внедрении робототехники необходим предвари-
тельный анализ условий конкретного производства, чтобы
робот стал органической частью технологического про-
цесса. При этом должны учитываться не только основные
параметры робота (грузоподъемность, точность позицио-
нирования, число степеней свободы, тип привода, тип
рычажного, захватного и других устройств, возможности
и скорости их перемещения), не только сочетание его
отдельных движений, системы управления и т. п., но и
степень автоматизации и использования прочего обору-
дования, единообразие технологического цикла, источники
энергии, возможности размещения робота и вспомогатель-
ного оборудования, доступность всех точек оборудования,
предполагаемая загрузка робота, частота изменения раз-
меров изделий и их серийности, продолжительность цикла
и пр. Необходимо также выявить соответствие техноло-
гического, транспортного и вспомогательного оборудова-
ния, их расположение, технологическую оснастку.
При применении промышленных роботов (как и при
использовании другого автоматического оборудования)
необходимо соблюдать определенные правила по технике
безопасности, вытекающие из специфических особенно-
стей конструкций робота в целом и его отдельных частей.
Степень опасности во многом зависит от размеров робота,
его грузоподъемности, рабочего диапазона, системы управ-
ления.
Роботы для подъема и установки заготовок и деталей
небольшой массы, применяемые для загрузки оборудова-
ния с пневматическим приводом, работающие при сравни-
тельно низких (4—6 атм) давлениях, не могут пред-
ставлять серьезную опасность, особенно когда строго
соблюдаются общепринятые правила по технике безопас-
ности при использовании автоматического оборудования
с такими приводами. Но при производственной эксплуа-
тации промышленных роботов, работающих на высоких
скоростях, инерция их движущихся частей может стать
причиной производственного травматизма, особенно там,
где робот имеет выступающие захватные и другие
устройства.
Роботы большой грузоподъемности с высокими ра-
бочими скоростями требуют соблюдения определенных
98
мер безопасности, например установки защитного заграж-
дения на расстоянии, соответствующем максимальному
вылету рычажно-захватного устройства, или ограждения
с блокировками, останавливающими работу всех устройств
при входе человека в зону ограждения, оборудования
проходов микровыключателями, блокирующими систему
управления, которая, в свою очередь, останавливает ро-
бот*. Помимо ограждения эон расположения и обслужи-
вания устанавливаются защитные экраны, чтобы устра-
нить неприятные ощущения, возникающие у операторов,
обслуживающих оборудование, из-за быстрых движений
робота.
Следует также учесть, что промышленные роботы пер-
вого поколения требуют предварительного и постоянного
ориентирования изделий для возможности их захвата,
для чего применяются разнообразные лотки, питатели,
поддоны, установка и работа которых требуют определен-
ной производственной площади, причем по мере увеличе-
ния грузоподъемности точность позиционирования робота
снижается (точность позиционирования зависит от точ-
ности работы рычажно-захватного устройства, определяе-
мой его видом и размерами, типом привода, а также от
вибрации трубопроводов и состояния насоса или ком-
прессора, чувствительности управляющих золотников, по-
грешности преобразователей и пр.).
В условиях крупносерийного и массового производства,
а также переналаживаемых комплексов, для формообразо-
вания различными методами, в которых процессы техно-
логии состоят из отдельных непродолжительных по вре-
мени операций, возможно широкое применение промыш-
ленных роботов с несложной системой управления. Это
используется при создании автоматизированных произ-
водств, в которых функции управления выполняют
роботы.
Вопросы технико-экономической эффективности вне-
♦ У промышленных роботов, имеющих электронные системы управ-
ления, как одну из мер по технике безопасности можно исполь-
зовать в качестве блокирующих систем фотоэлементы, ультра-
звуковые преобразователи и т. п. При этом следует учитывать,
что такие элементы способны останавливать действие робота,
когда человек только входит в опасную зону. Как выход из по-
ложения за рубежом иногда устраивают вокруг роботов полы,
чувствительные к давлению, и таким образом сигнализируют
специальными приборами о появлении на таком настиле че-
ловека.
99
дрения промышленных роботов в различных видах про-
изводств имеют важное значение для автоматизации
основных и вспомогательных работ на базе их использо-
вания. Как уже отмечалось, использование роботов по-
зволяет решить важную социальную проблему, направлен-
ную на улучшение условий труда. Но кроме того их
внедрение способствует достижению значительной тех-
нико-экономической эффективности.
При определении технико-экономической эффективно-
сти внедренйя промышленных роботов следует учитывать
(как и при внедрении других средств автоматизации)
экономию от уменьшения всех затрат, достигнутых при
этом: повышение производительности труда, снижение
трудоемкости, расхода основных и вспомогательных мате-
риалов, энергии, сокращение производственного цикла,
брака, повышение использования оборудования и др.
С другой стороны — необходимые дополнительные за-
траты, связанные с роботизацией, затраты на эксплуата-
цию, включая амортизационные отчисления, техническое
обслуживание, новое программирование и наладку, пере-
программирование и переналадку и др. При определении
экономического эффекта от повышения производительно-
сти труда за счет сокращения трудоемкости следует учи-
тывать, что один робот может обслуживать несколько
единиц оборудования и высвободить соответственное
число рабочих, а в ряде случаев несколько установленных
последовательно роботов могут заменить большее число
рабочих (например, три робота могут заменить от четы-
рех до пяти человек). Экономический эффект достига-
ется также от сокращения производственного цикла,
устранения межоперационного перемещения, сокращения
потерь от брака, из-за устранения повреждений при
складировании и т. п.	.
Сокращение общего цикла производства при исполь-
зовании промышленных роботов достигается от повыше-
ния производительности оборудования и лучшего его
использования (особенно в условиях выполнения моно-
тонных работ, приводящих к быстрому утомлению рабо-
чего-оператора), а также от устранения непроизводитель-
ных потерь времени (из-за болезни рабочего, между сме-
нами, на переход от одного вида работы к другому и т.п.).
При использовании промышленных роботов для за-
грузки и разгрузки металлорежущего оборудования для
обеспечения надежного захвата заготовки должны иметь
100
повышенную геометрическую и размерную точность — это
дает возможность снизить припуски на обработку и массу
заготовки.
При листовой штамповке использование промышлен-
ных роботов позволяет внедрить рациональный раскрой
материала, уменьшить его отходы, снизить трудоемкость
изготовления деталей, а также освободить рабочего ог
выполнения ручного, неквалифицированного и утомитель-
ного труда и удалить его из опасных зон обслуживания.
Применение стационарного напольного робота с двумя
сттпхронно работающими рычажно-захватными устройст-
вами с захватом типа пальцев, поворачивающихся вокруг
горизонтальной оси при перемещении под матрицей
штампа при вырубке листовых заготовок в последнем
ряду, обеспечивает полное использование исходного листа.
При этом достигается экономия металла от сокращения
отходов при вырубке круглых и прямоугольных загото-
вок из широкого рулона соответственно на 62 и 40%, а из
листа на 60 и 38%. Применение роботов при листовой
штамповке заготовок и деталей круглой формы позволяет
снизить количество отходов в 2,5 раза, прямоугольной
формы — 1,7 раза, а при штамповке деталей электрических
машин и аппаратов можно сэкономить 10—15% дорого-
стоящей электротехнической стали ♦.
Эти и другие подобные им многочисленные примеры
наглядно показывают необходимость учета при внедрении
промышленных роботов в производство экономии от сни-
жения при этом самых разнообразных затрат.
♦ Марнаутов Г. Е., Шумаев В. 4. Роботы и экономия металла.—
Машиностроитель, 1978, № 1,
ЛИТЕРАТУРА
Артоболевский И. И., Кобринский А. Е. Знакомьтесь — роботы!
М.: Молодая гвардия, 1977.
Белянин В. В. Промышленные роботы. М.: Машиностроение, 1975.
Каган Б. М., Сташин В. В. Микропроцессоры в цифровых систе-
мах. М.: Энергия, 1979.
Коеырее Ю. Г., Канаев Е. М., Чиеанов В, А. Унифицированные
устройства программного управления промышленными робо-
тами. М.: изд. ЭНИМС, 1980.
Мясников В. А., Вальков В. М., Омельченко И. С. Автоматизиро-
ванные и автоматические системы управления технологиче-
скими процессами. М.: Машиностроение, 1978.
Веймар* А. М. Современные промышленные роботы. М.: изд.
ЦИПК. 1974.
Поебняк Г. Е. Интегральные роботы. М.: Мир, 1973.
Юревич Е. В., Аветиков В. Г,, Корытко О. В, и др. Устройство
промышленных роботов. Л.: Машиностроение, 1980.
Вне Дж. Ф. Робототехника: Пер. с англ./ Под ред. М, Б, Игна-
тьева. Л,: Машиностроение, 1979.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение	«	3
Глава I Классификация  структура промышлен-
ных роботов « . .	. • .	. « «	7
Классификация промышленных роботов	7
Структура промышленных роботов . . .	10
Захватные устройства промышленных
роботов	.......	.	13
Приводы промышленных роботов . . .	25
Глава II Системы управления промышленными ро-
ботами	.	39
Глава III Преобразовательные устройства промыш-
ленных роботов ...	.	49
Глава IV Блочно-модульные промышленные роботы 61
Блочно-модульные устройства механиче-
ской части промышленных роботов	61
Пневматические блочно-модульные си-
стемы управления промышленными ро-
ботами	68
Гидравлические и электронные блочно-
модульные системы управления промыш-
ленными роботами .	71
Глава V Промышленные роботы, управляемые мик-
ропроцессорами и микро-ЭВМ	72
Глава VI Роботизация промышленного производства 85
Перспективы развития промышленных ро-
ботов и некоторые вопросы их использо-
вания в производстве (Вместо заключе-
ния)	96
Литература........................... 102
Афрпим Маркович Неймарк
РОБОТЫ НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕКА
Утверждено к печати Редколлегией
серии научно-популярных изданий
Академии наук СССР
Редактор издательства Н. Б. Прокофьева
Художественный редактор Н. А. Фильчагина
Технические редакторы Т. А. Калинина, М. Н. Фролова
Корректоры В. А. Бобров, Р. 3. Землянская
И Б № 24563
Сдано в набор 10.05.82
Подписано к печати 28.07.82
Т-16105. Формат 84хЮ8>/вв
Бумага типографская № 1
Гарнитура обыкновенная
Печать высокая
Усл. печ. л. 5,46. Усл. кр.-отг, 5,8. Уч.-иэд, л. 5,6.
Тираж 80 000 вкз. Тип. еак. 1432.
Цена 85 коп.
Издательство Шяука»
117864, ГСП-7, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 90
Ордена Трудового Красного Знамени
Первая типография иядательства *Наука»
199034, Ленинград, В-34, 9 линия, 12
ГУЛИА Н. В.
Инерция. 10 л. 65 к.
Инерция — одно из самых фун-
даментальных свойств приро-
ды — необычайно широко ис-
пользуется человечеством. В
книге рассказывается об ос-
новных явлениях, связанных с
инерцией, об использовании
этих явлений в технике, в част-
ности рассматриваются гиро-
скопические приборы, инерци-
онные двигатели, перспектив-
ные инерционные механизмы.
Приводятся современные воз-
зрения на инерцию и силы
инерции, разбираются ошиб-
ки, связанные с их неправиль-
ной трактовкой и использова-
нием.
Книги можно предварительно за-
казать в магазинах Центральной
конторы «Академкнига», в мест-
ных магазинах книготоргов или
потребительской кооперации без
ограничений.
Для получения книг почтой заказы
просим направлять по адресу:
117192 МОСКВА Вг192, Мичурин-
ский проспект, 12, магазин «Кни-
га—почтой» Центральной конторы
«Академкнига»; 197110 ЛЕНИН
ГРАД П-110. Петрозаводская ул., 7.
магазин «Книга — почтой» Северо-
Западной конторы «Академкнига»'
или в ближайший магазин «Академ-
книга», имеющий отдел «Книга -
почтой».

ИЗДАТЕЛЬСТВО НАУНА