Рейнгард Геттнер - Роботы сегодня и завтра

Принцип управляемой монтажной системы. 1 — акустический предохранительный сенсор, 2 — предохранительный сенсор (проводное включение), 3 — сенсор положения, скорости и ускорения, 4 — искатель в ультразвуковом диапазоне, 5 — участок тактильного сенсора, 6 — силовой сенсор, 7 — датчик контроля усилия зажима, 8 — оптический датчик (телекамера).

Имеются также роботы с двумя-тремя руками, действующими одновременно. На этих руках расположены различного рода грейферы с тактильными или другими сенсорами. Такой робот может одной рукой захватывать деталь монтажа и помещать ее в контрольное приспособление; другая рука извлекает ее оттуда и откладывает с одновременной сортировкой по размерам и качеству, в то время как первая рука уже вводит в контрольное устройство новую деталь. Детали для будущего монтажа и соединительные элементы должны быть выполнены таким образом, чтобы роботы могли с ними «работать». Самые простые и, очевидно, самые оптимальные решения здесь — штабельные конструкции, при которых все монтажные детали монтируются в одном направлении. Однако потребуется и создание стандартных узлов и соединительных элементов, которые отвечают условиям автоматизированного монтажа с помощью промышленных роботов.

Правильное реагирование монтажных роботов на помехи также предъявляет очень высокие требования к их создателям. Помехи многообразны и многочисленны. Они начинаются при контроле на наличие всех монтируемых деталей, продолжаются в виде различных возможных помех при позиционировании деталей, а также на других участках процесса монтажа и не исключены при заключительном контроле качества смонтированных роботами узлов. Уже на относительно простых процессах монтажа при управлении роботами необходимо принимать более ста различных решений.

В рамках научных исследований определяются все новые и новые пути, для того чтобы монтажные роботы с помощью своих сенсоров и микросчетчиков могли правильно реагировать на различные помехи, не прерывая при этом процесс монтажа.

В связи с монтажом зачастую необходима сортировка деталей различных размеров по их величине, форме, цвету, массе и по другим признакам. Робот-сортировщик, снабженный оптическим сенсором, может выполнять эту задачу.

Гибкая система сборочных роботов с двумя руками и оптическими сенсорами.

В бункере находятся несортированные детали. Сначала они должны пройти через отсекающую станцию, поскольку оптический сенсор в состоянии зафиксировать лишь отдельно лежащие детали. Затем детали попадают на конвейер и для лучшего распознавания освещаются. Определенные признаки, такие, как величина и форма, распознаются с помощью сенсора приблизительно за 500 мс. Фотоматрица с самозондированием (смонтированные в виде растров светочувствительные элементы) преобразовывает оптическую информацию в виде изображения в соответствующие электрические сигналы. На основе информации сенсора через управление робота с одной грейферной рукой можно соответствующим образом располагать детали и в упорядоченном виде подавать их к накопителю или на дальнейшую обработку.

Программируемая система сборки, при которой взаимозаменяемые монтажные станции соединены с промышленным роботом, оснащенного сменными грейферами.

1 — сменная плита, 2 — подготовка деталей, 3 — грейферный магазин, 4 — опора плиты, 5 — модульная тактильная система грейферов и сенсоров, 6 — подставка для заготовок, 7 — настольный пресс, 8 — винтоверт, 9 — телекамера, 10 — взаимозаменяемые плиты для монтажных станций, 11 — управление роботом, 12 — шкаф с магнитными клапанами, система наблюдения.

Сортировка с помощью промышленного робота. 1 — телевизионная камера, 2 — источник освещения, 3 — магазины, 4 — дальнейшая обработка.

В тех областях, где производственные процессы протекают непрерывно, как, например, в химической промышленности, в массовом и крупносерийном производстве в металлообрабатывающей промышленности, достигнута уже относительно высокая степень автоматизации установок. Нет еще, однако, полной автоматизации мелко- и среднесерийного производства. Было необходимо разработать такую систему, которая бы гибко реагировала на изменение условий и задач производства.

Первые системы такого вида предназначались для обработки деталей с включением последующих процессов, таких, как очистка, крашение, нанесение антикоррозионного покрытия и т. п. Станки с числовым управлением открыли в этой области благоприятные возможности. Они могут в заданной последовательности без вмешательства человека обрабатывать числовую информацию о пройденном пути и о включениях, которые необходимо выполнить. На носителях информации (перфоленте или магнитной ленте) фиксируется программа, указывающая в системе координат ту позицию, которую инструмент должен занять по отношению к заготовке. Она описывает отдельные точки или траектории.

Для последующих систем было типичным интегрирование счетчика. Этот счетчик координировал и оптимизировал взаимодействие обрабатывающего станка и робота.

На станке с числовым программным управлением свободно программируемая вычислительная машина, соответственно микропроцессор, перенимает существенные задачи обычной единицы управления, которые могут свободно сводиться в этом случае к процессу позиционирования (опрос величин измерений, сравнение истинных величин, выдача величин управления). Вычислительная машина обеспечивает станок числовыми программами и берет на себя частичные функции по их обработке, например определение значений координат для управляемых осей, расчет поправки инструмента и т. п.

Станки с числовым управлением были скомбинированы с вычислительной машиной для управления производственным процессом. Здесь мы можем говорить о прямом компьютерном управлении, причем станки состыкованы напрямую с помощью кабеля с вычислительной машиной и подчинены ей, в результате чего возникает управление несколькими станками или групповое управление. Вычислительная машина для управления производственным процессом снабжает станки с ЧУ программами деталей. Данные с помощью электрических и оптоэлектронных передаточных устройств передаются на числовое управление станков. Традиционная перфолента в качестве носителя данных не нужна. Вычислительная машина служит одновременно запоминающим устройством и распределителем. Этот способ позволяет также производить корректуры программы.

Высокая степень гибкой автоматизации достигается в том случае, если на предприятии с прямым компьютерным управлением вычислительная машина осуществляет управление обрабатывающими станками, устройствами складирования и транспортировки по оптимизированному по участкам производственному плану.

Станки с ЧПУ, с прямым компьютерным управлением, находят быстрое распространение. Например, если до внедрения этих вычислительных машин технологически возможная загрузка традиционных производственных систем составляла лишь около 50 %, то сейчас достигается почти предельная технологически возможная загрузка. Они обеспечивают большее число работ по обработке, отдельные циклы обработки выпадают или же могут быть объединены; процессы оснащения упрощаются или полностью выпадают, смена инструмента и заготовок происходит автоматически.

Другое преимущество — более высокая производительность станков, более интенсивная загрузка, большая гибкость, ускоренное прохождение заготовок, экономия материала и производственных помещений, значительное улучшение качества, а также снижение затрат на технику управления.

Промышленные роботы, обрабатывающие или перерабатывающие станки, вспомогательное монтажное оборудование, накопительные, транспортные устройства, устройства управления и другие соединяются в виде самых различных комбинаций в более крупные единицы гибкой автоматизации. При этом производственные и монтажные ячейки все в большей степени выступают в качестве основных элементов гибких автоматических производственных систем.

Наряду с этими ячейками в рамках рационализации оправдали себя обрабатывающие центры с числовым управлением (см. рис.) и интегрированные предметно-специализированные производственные участки (ИПСУ).

Гибкая система производства.

1 — фрезеровочный центр, 2 — секции изготовления, 3 — измерительное устройство, 4 — токарный центр, 5 — блок управления с вычислительными устройствами, 6 — шкаф управления, 7 — промышленный робот, 8 — микропроцессорное управление для транспортных устройств, 9 — передающее устройство, 10 — поворотная станция, 11 — станция замены поддонов, 12 — накопитель поддонов с рабочим инструментом, 13 — станция очистки, 14 — лента транспортного устройства, 15 — ролльганг.