Основы робототехники
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автоматика
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Иванов Анатолий Андреевич
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 223
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Среднее профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-014622-5
ISBN-онлайн: 978-5-16-108959-0
Артикул: 697595.02.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
В пособии изложен материал по курсу «Основы робототехники». Даны основные понятия и определения роботов и робототехнических устройств (РТУ), их классификация, области применения и виды РТУ. Рассмотрены структура, кинематика, точность позиционирования и производительность промышленных роботов (ПР). Представлены механизмы захвата объектов с расчетом необходимого усилия захвата. Приведены обоснование и выбор приводов, информационно-сенсорных систем, а также систем управления ПР. Приведены примеры использования промышленных роботов на основных технологических операциях и в качестве сервисного оборудования: загрузка-разгрузка технологических машин и линий, транспортирование, накопление и пространственная ориентация объектов. Кроме того, даны примеры использования ПР в экстремальных условиях: в вакууме, на больших глубинах, при высоких и низких температурах, при повышенной радиации, во взрыво- и пожароопасных ситуациях и др.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования по УГС 15.02.00 «Машиностроение», а также студентов вузов направлений подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 15.03.06 «Мехатроника и роботехника».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- Среднее профессиональное образование
- 12.02.04: Электромеханические приборные устройства
- 15.02.01: Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.03: Монтаж, техническое обслуживание и ремонт гидравлического и пневматического оборудования (по отраслям)
- 15.02.07: Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)
- 15.02.09: Аддитивные технологии
- 15.02.10: Мехатроника и робототехника (по отраслям)
- 15.02.16: Технология машиностроения
- 15.02.17: Монтаж, техническое обслуживание, эксплуатация и ремонт промышленного оборудования (по отраслям)
- 15.02.18: Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства (по отраслям)
- 23.02.03: Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
ГРНТИ:
Скопировать запись
Основы робототехники, 2024, 697595.06.01
Основы робототехники, 2023, 697595.05.01
Основы робототехники, 2022, 697595.04.01
Основы робототехники, 2021, 697595.03.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ А.А. ИВАНОВ 2-е издание, исправленное Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, реализующих программу среднего профессионального образования по специальностям 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)», 15.02.08 «Технология машиностроения», 15.02.09 «Аддитивные технологии», 15.02.10 «Мехатроника и мобильная робототехника (по отраслям)», 15.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание роботизированного производства», 15.02.14 «Оснащение средствами автоматизации технологических процессов и производств (по отраслям)» Москва ИНФРА-М 2020 УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ УДК 621.865.8(075.32) ББК 32.816я723 И20 Иванов А.А. И20 Основы робототехники : учебное пособие / А.А. Иванов. — 2-е изд., испр. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 223 с. — (Среднее профессиональное образование). ISBN 978-5-16-014622-5 В пособии изложен материал по курсу «Основы робототехники». Даны основные понятия и определения роботов и робототехнических устройств (РТУ), их классификация, области применения и виды РТУ. Рассмотрены структура, кинематика, точность позиционирования и производительность промышленных роботов (ПР). Представлены механизмы захвата объектов с расчетом необходимого усилия захвата. Приведены обоснование и выбор приводов, информационно-сенсорных систем, а также систем управления ПР. Приведены примеры использования промышленных роботов на основных технологических операциях и в качестве сервисного оборудования: загрузка-разгрузка технологических машин и линий, транспортирование, накопление и пространственная ориентация объектов. Кроме того, даны примеры использования ПР в экстремальных условиях: в вакууме, на больших глубинах, при высоких и низких температурах, при повышенной радиации, во взрыво- и пожароопасных ситуациях и др. Для студентов учреждений среднего профессионального образования по УГС 15.02.00 «Машиностроение», а также студентов вузов направлений подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» и 15.03.06 «Мехатроника и роботехника». УДК 621.865.8(075.32) ББК 32.816я723 Р е ц е н з е н т ы: Кретинин О.В. — доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой «Aвтоматизация машиностроения» по научной работе Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева; Горохов С.Л. — кандидат технических наук, заместитель главного конструктора Научно-исследовательского института измерительных систем имени Ю.Е. Седакова ISBN 978-5-16-014622-5 © Иванов А.А., 2019
Список сокращений АД — асинхронный двигатель АДУ — адаптивная система управления АС — автоматизированный склад АЦП — аналогоцифровой преобразователь БА — буфер адреса БНП — блок непрерывного позиционирования БПР — блок приоритетных прерываний БУ — блок управления БУП — блок управления приводами ВД — вентильный двигатель ВН — вакуумный насос ВР — воздухораспределитель ВТ — вращающийся трансформатор ГМ — гидромотор ГН — гидронасос ГПК — гибкий производственный комплекс ГР — гидрораспределитель ГПС — гибкая производственная система ГЦ — гидроцилиндр ДВС — двигатель внутреннего сгорания ДОС — датчик обратной связи ДП — датчик положения ДПТ — двигатель постоянного тока Др — дроссель ЗУ — захватное устройство ИМС — интегральная микросхема ИСС — индикатор состояния оборудования К — коммутатор КИМ — контрольноизмерительная машина КДП — контрольнодиагностический пульт КВ — корректирующее воздействие КС — контроллер состояния КСУ — контурная система управления
М — манипулятор МВв — модуль ввода МВ — модуль вывода МП — микропроцессор МПП — модуль процессора привода МПС — микропроцессорная система МС — модуль связи МЦП — модуль центрального процессора ОЗУ — оперативное запоминающее устройство ОН — операционный накопитель ПГУ — пневмогидроусилитель ПЗ — позиция загрузки ПЗУ — постоянное запоминающее устройство ПК — программируемый контроллер Пм — программа ППУ — приемнопередающее устройство ПО — программное обеспечение ПП — печатная плата ПР — промышленный робот Пр — привод ПЗС — прибор с зарядовой связью ПСУ — позиционная система управления ПТ — программируемый таймер ПУ — пульт управления ПЦ — пневматический цилиндр РЗ — рабочая зона РО — рабочий орган РПЗУ — репрограммируемое запоминающее устройство РПК — роботизированный производственный комплекс РТК — роботизированный технический комплекс РТУ — робототехническое устройство СГ — сборочная головка СК — система координат СЛ — сборочная линия СПВ — система подготовки воздуха СПРО — система поддержания работоспособности объекта СПУ — система программного управления СТЗ — система технического зрения СУ — система управления СЦ — сборочный центр ТВ — телевизионная камера 4 Список сокращений
ТВД — телевизионный датчик ТВЧ — токи высокой частоты ТГ — тахогенератор ТД — техническое диагностирование ТО — технологическое оборудование ТП — технологический процесс ТР — транспортный робот ТС — транспортная система ТЭЗ — типовой элемент замены УЗВ — устройство эагрузкивыгрузки УО — устройство обработки видеосигнала УПО — устройство последовательного обмена УУ — устройство управления ФД — фотоимпульсный датчик ЦАП — цифроаналоговый преобразователь ЦП — центральный процессор ЦСУ — цикловая система управления ЧПУ — числовое программное управление ШВП — шариковинтовая передача ШД — шаговый двигатель ШИП — широтноимпульсный преобразователь ЭВМ — электронная вычислительная машина ЭД — электродвигатель ЭМ — электромагнит ЭПр — электрический привод Список сокращений 5
Введение Робототехника, возникнув на основе кибернетики и механики, в свою очередь, способствовала новым направлениям развития и самих этих наук. В кибернетике это связано с интеллектуальным управлением и бионикой, а в механике — с многостепенными механизмами типа манипуляторов. Робот можно представить как универсальный автомат для производства механических действий, подобных тем, которые выполняет человек при физической работе. Всегда при создании роботов образцом служат возможности человека. Слово «робот» впервые употребил чешский писатель Карел Чапек в социальнофантастической пьесе «Россумовские универсальные роботы» (1920), где так названы механические рабочие, предназначенные для замены людей, выполняющих тяжелую и вредную работу, т. е. это машины с антропоморфным действием. Название «робот» образовано от чешского слова robota — тяжелый подневольный труд. В России роботы появились в 60х гг. прошлого столетия в связи с развитием кибернетики, вычислительной техники, электроники и систем управления, гидравлики и пневматики. Робот есть кибернетическая система, способная выполнять операции, относящиеся к физической и умственной деятельности человека. Промышленные роботы (ПР) дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, и поэтому они находят применение в различных отраслях промышленности, более всего — в машиностроении. Важнейшим преимуществом ПР является возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации — созданию автоматических производственных систем, функционирующих с минимальным участием человека. Применение ПР наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также при замене ручного низкоквалифицированного труда. По
сравнению с традиционными средствами автоматизации ПР обеспечивают большую гибкость технических и организационных решений. Важнейшими социальными предпосылками расширения применения ПР являются: изменение условий труда работающих путем освобождения их от монотонных, тяжелых и вредных операций технологического цикла, обеспечение условий безопасности, снижение потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессиональнотехнических заболеваний. Важная роль отводится роботам, заменяющим человека при выполнении различных задач в экстремальных условиях: на больших глубинах, в вакууме, в космосе, на участках с радиационно, взрывои пожароопасными условиями труда. Таким образом, целесообразность применения ПР прежде всего должна диктоваться интересами человека, его безопасностью и удобством работы. Введение 7
Глава 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА РОБОТОВ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 1.1. Основные понятия и определения роботов и робототехнических устройств Согласно справочной литературе робот — это автоматическая машина, включающая перепрограммируемое устройство управления и другие технические средства, обеспечивающие выполнение тех или иных действий, свойственных человеку в процессе его трудовой деятельности [6, 8]. Наиболее совершенный робот способен самостоятельно решать задачи самоуправления, адаптации к условиям внешней среды и выполнять комплекс трудовых воздействий. Общим признаком роботов является возможность быстрой переналадки для автоматического выполнения различных действий, предусмотренных программой. Общепринятого определения промышленного робота в настоящее время не существует. В Японии, например, под промышленными роботами понимают автоматы с изменяемой программой, используемые для автоматизации ручных операций. По этому определению промышленный робот, как и человек, наделен тремя возможностями: физическими, функциональными и умственными. При этом под функциональными возможностями понимают приспособляемость (или универсальность), способность передвигаться в пространстве, а под умственными возможностями — способности ощущения и восприятия, память и логику, а также способность к обучению. Приведем определения промышленного робота, принятые в нашей стране.
Промышленный робот (ПР) — это автономно функционирующая автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, и предназначенная для выполнения основных и вспомогательных операций производственного цикла без участия человека [6, 8]. В технической литературе часто используется краткое определение: промышленный робот — перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Недопустимо пользоваться малопонятным термином «роботманипулятор», который однако нередко появляется в ряде печатных изданий (например, в газетах и журналах). Манипулятор — оснащенное рабочим органом исполнительное устройство для выполнения двигательных функций, аналогичных функциям руки человека при перемещении объектов в пространстве. Объектом манипулирования называют тело, перемещаемое в пространстве манипулятором. К объектам манипулирования относят заготовки, детали, инструмент, технологическую оснастку и т. д. Конструкция манипулятора, выполненного в виде механической руки, кинематически аналогична руке человека (рис. 1.1). К числу автоматических манипуляторов могут быть отнесены автооператоры. Автооператор — это автоматически действующее устройство, состоящее из исполнительного органа в виде манипулятора (или совокупности манипуляторов), средства передвижения и не пе1.1. Основные понятия и определения роботов... 9 Рис. 1.1. Схема кинематической аналогии руки человека и механической руки манипулятора промышленного робота
репрограммируемой системы управления. Допускается использовать краткую формулировку: автооператор — не перепрограммируемый автоматический манипулятор. Обычно для управления автооператором применяют системы цикловой автоматики с переставными упорами, конечными выключателями и релейными схемами. Поэтому переналадка автооператора требует регулировки или замены кинематических звеньев (изменения размеров рычагов, замены кулачков, перестановки упоров). Автооператоры, как правило, способны выполнять однудве простые операции. Однако благодаря простоте конструкции и системы управления они находят достаточно широкое применение в промышленности, в частности, для замены режущего инструмента в металлорежущих станках с инструментальным магазином [4, 6]. Промышленные роботы создают условия для качественного скачка в автоматизации путем организации комплексноавтоматизированных участков и цехов. На основе робототехнических устройств можно объединить технологическое оборудование в координировано работающие комплексы различного уровня. Такие комплексы обеспечивают оптимальную структуру технологических процессов в широком диапазоне серийности изделий. Открываются новые возможности эффективной организации серийного производства на основе комплексной автоматизации материальных и информационных потоков с использованием промышленных роботов и средств вычислительной техники. Такая организационная форма комплексной автоматизации получила название интегрированной производственной системы. Особенности серийного производства, связанные с быстрой сменяемостью моделей изделий, требуют создания систем автоматизации, обладающих технологической гибкостью, т. е. возможностью переналадки оборудования в пределах научно обоснованного типоразмерного ряда. Робототехнические устройства составляют основу таких систем автоматизации, которые получили название гибкой производственной системы. Гибкая производственная система (ГПС) может быть составлена из модулей двух типов: модуля в виде роботизированного технического комплекса (РТК), в котором робот обеспечивает обслуживание основного технологического оборудования (загрузкаразгрузка станка), и модуля в виде роботизированного производственного комплекса (РПК), в котором робот осуществляет основные операции технологического процесса (сборку, сварку, окраску, напыление и т. д.). 10 Глава 1. Общая характеристика, классификация и структура роботов...
На рис. 1.2 показан общий вид РТК для обработки деталей типа «тела вращения» с обслуживающим роботом портального типа. Загрузка станка 4 заготовками производится роботом 3 из кассеты 1, которая доставляется к станку транспортером 2 напольного типа. Детали выгружаются также в кассету, которая отводится тем же транспортеромнакопителем. На рис. 1.3, а показан общий вид РТК для обработки деталей типа «тела вращения» с обслуживающим роботом напольного типа, а на рис. 1.3, б — общий вид РТК для обработки корпусных деталей. В первом случае основу РТК составляет токарный обрабатывающий центр, а во втором — фрезернорасточный центр. Заготовки и детали в технологических спутниках перемещаются в роликовых направляющих специальным устройством загрузкиразгрузки (например, гидроштангой). Обрабатывающие центры снабжены операционными накопителями, с которыми взаимодействует внешний транспортный робот. Сборочный РПК с портальным роботом 1 оснащен двумя вибробункерами 4 для ориентации и накопления деталей и транспортером 2 кассет 3 с деталями и собранными узлами (рис. 1.4, а). РПК с одним подвесным 5 и двумя напольными роботами 1 предназначен для сборки крупных узлов (рис. 1.4, б). Базовая деталь 7 доставляется транс1.1. Основные понятия и определения роботов... 11 Рис. 1.2. Общий вид РТК для обработки деталей типа «тела вращения» с обслуживающим роботом портального типа: 1 — кассета; 2 — транспортер; 3 — робот; 4 — станок
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти