Введение. «Одна машина может выполнять работу сотни обыкновенных людей, но никакая машина не заметит одного выдающегося человека»

Лекция 1

«Одна машина может выполнять работу сотни обыкновенных людей, но никакая машина не заметит одного выдающегося человека».

Элберт Хаббард.

Слово «робот» происходит от чешского слова «robota», означающего работу. Впервые это слово прозвучало в пьесе К.Чапека «Р.У.Р» в 1921г.

Современное значение слова «робот» - автоматическое устройство, которое выполняет функции, обычно приписываемые человеку. В соответствии с этим определением стиральная машина является роботом.

Более точное определение промышленных роботов: «перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для осуществления различных, заранее заданных перемещений материалов, деталей, инструментов или специальных приспособлений с целью выполнения различных работ».

Современный промышленный робот – универсальный, оснащенный компьютером манипулятор, состоящий из нескольких твердых звеньев, последовательно соединенных вращательными или поступательными сочленениями.

Первые роботы, с которых началась современная робототехника, появились сразу после второй мировой войны. В конце 40-х годов в Окриджской и Аргоннской национальных лабораториях были начаты исследовательские программы по созданию дистанционно управляемых механических манипуляторов для работы с радиоактивными материалами. Разрабатывались манипуляторы копирующего типа, предназначенные для точного воспроизведения движений руки и кисти человека-оператора. В систему входили задающий и копирующий манипуляторы. Позднее путем установления механических связей между задающим и копирующим манипуляторами была введена обратная связь, позволяющая оператору ощущать силы взаимодействия между копирующим манипулятором и его рабочей средой. В середине 50-х годов механические способы введения обратной связи были заменены электрическими и гидравлическими.

После этого были разработаны манипуляторы с компьютером, способные выполнять автономно повторяющиеся операции. От специализированных автоматических машин эти роботы отличались возможностью смены выполняемых операций.

В начале 60-х годов была разработана механическая рука с тактильными датчиками (чувствительными к весу, усилию, температуре и т. п.). В последствии (в конце 60-х) к этому добавлялись «глаза» и «уши» – телекамера с микрофонами.

В 70-х годах началась разработка и промышленное использование манипуляторов для сборочных операций. Совершенствуются методы управления.

В настоящее время робототехника представляет собой значительно более обширную область науки, чем можно было себе представить всего несколько лет назад. Она включает вопросы кинематики, динамики, планирования стратегий, языков программирования и искусственного интеллекта.

Системы и комплексы, автоматизированные с помощью роботов, называют роботизированными. Роботизированные системы и комплексы, в которых роботы выполняют основные функции, называют робототехническими.

Роботы находят применение в других (кроме промышленности) областях: транспорте (беспилотная авиация, луноходы и т.п.), в сельском хозяйстве, в здравоохранении (протезирование, микрохирургия, и т.п.), в сфере обслуживания (бытовые машины, спасательные работы, торговые автоматы), космос, подводные аппараты и т.п.

Рисунок 1.1. Функциональная схема робота

Классификация роботов по назначению

Промышленные роботы (ПР) составляют 85-90% всех роботов. Например, в ФРГ ПР применяются:

1) Керамическая промышленность: выдавливание керамического сырья, загрузка вальцовых (крокетных) машин, извлечение сформованных изделий, складирование, покрытие глазурью путем окунания, нанесение глазури пульверизатором, шлифовка изделия после обжига, загрузка и разгрузка печей.

2) Стекольная промышленность: загрузка и разгрузка машин.

3) Швейная промышленность: загрузка швейных машин.

4) Деревообрабатывающая промышленность: покрытие лаком, сборка изделий, забивка гвоздей, закручивание винтов.

5) Производство и обработка кожи: загрузка машин.

6) Резинообрабатывающая промышленность: распознавание образов, манипулирование шинами.

7) Асбестообрабатывающая промышленность: разрезка, обточка, шлифовка, штукатурка.

8) Обработка пластиков: загрузка сырья, разгрузка машин.

9) Мясообрабатывающая промышленность: рубка мяса.

По степени универсальности:

- универсальные (для выполнения разных операций совместно с различными видами оборудования);

- специализированные (выполняет одну операцию из нескольких возможных с различным оборудованием);

- специальные (выполняет конкретную операцию с одним типом оборудования).

По виду технологических операций:

- осуществляющие основные технологические операции;

- выполняющие вспомогательные технологические операции по обслуживанию технологического оборудования (средства автоматизации).

По показателям, определяющим их конструкцию:

- тип приводов робота (электрический, гидравлический, пневматический);

- грузоподъемность (сверхлегкие – до 1 кг; легкие – от 1 до 10 кг; средние 10¸200 кг; тяжелые – 200¸1000 кг; сверхтяжелые – свыше 1000 кг);

- количество манипуляторов (от 1 до 4 рук);

- тип и параметры рабочей зоны манипуляторов (зоны рабочего пространства, которые может достать манипулятор при неподвижном основании);

- рабочая зона манипулятора – это пространство, в котором находится его рабочий орган при всех возможных положениях звеньев манипуляторов. Форма рабочей зоны определяется, во-первых, типом системы координат (прямоугольная, цилиндрическая, сферическая, угловая (ангулярная) и различные их комбинации). Во-вторых, она зависит от числа степенейподвижности манипулятора (от 1 до 6, свыше 6 их мало, не более 2%);

- подвижность робота определяется наличием или отсутствием у него устройства передвижения (подвижный или стационарный). Подвижные имеют любые типы устройств перемещения: колесные, гусеничные, шагающие, воздушные, ракетные и т.п.;

- по способу размещения стационарные и подвижные роботы бывают напольными, подвесными (перемещаются по монорельсу), встраиваемые в другое оборудование (в станок или др.);

- по исполнению робота - зависит от назначения (нормальное, пылезащитное, теплозащитное, влагозащитное, взрывобезопасное и т.п.).

По способу управления:

- с программным управлением;

- с адаптивным управлением;

- с интеллектуальным управлением.

Управление по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным (контурным) и дискретным (позиционным).

Простейший вариант дискретного (позиционного) управления является цикловое, при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально, т. е. чаще всего ограничиваются двумя – начальной и конечной.

К важным параметрам систем управления роботов, определяющим их эксплутационные возможности, относятся объём памяти УУ, типы и количество каналов связи с внешним оборудованием (способы программирования).

По быстродействию движений:

- малое быстродействие – до 0,5 м/с;

- среднее – линейные скорости от 0,5 до 1 м/с (~80 % роботов);

- высокое – свыше 1 м/с (~20 % роботов).

По точности движений:

- малая точность – при линейной погрешности от 1мм и выше;

- средняя – от 0,1 до 1 мм (больше всего роботов);

- высокая – менее 0,1мм.

Параметры, определяющие технический уровень роботов:

- надёжность;

- число одновременно работающих степеней подвижности;

- время программирования;

- удельная грузоподъёмность (отнесённая к массе робота);

- выходная мощность манипулятора (произведение грузоподъёмности на скорость перемещения), отнесённая к мощности его приводов;

- относительные оценки габаритных параметров и т. п.

Эти параметры служат критериями качества, предназначенные для их оптимизации при проектировании и сравнительной оценки роботов.

Дата добавления: 2014-12-17