Основы робототехники
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автоматика
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Иванов Анатолий Андреевич
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 223
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-018528-6
ISBN-онлайн: 978-5-16-105516-8
Артикул: 165800.14.01
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.
Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения.
Материал предназначен для студентов специальностей 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)» и «Роботы и робототехнические системы», а также может быть использован при курсовом и дипломном проектировании.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.03.06: Мехатроника и роботехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Основы робототехники, 2024, 165800.15.01
Основы робототехники, 2022, 165800.12.01
Основы робототехники, 2021, 165800.11.01
Основы робототехники, 2020, 165800.09.01
Основы робототехники, 2014, 165800.02.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
А.А. ИВАНОВ ОСНОВЫ РОБОТОТЕХНИКИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 2-е издание, исправленное Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО AM) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломированных специалистов 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» (квалификация (степень) «бакалавр») Москва ИНФРА-М 202
УДК 621.865.8(075.8) ББК 32.816я73 И20 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, профессор, заместитель заведующего кафедрой AM по научной работе Нижегородского государственного технического университета им. Р .Н. Алексеева О.В. Кретинин; кандидат технических наук, заместитель главного конструктора Научно-исследовательского института измерительных систем им. Ю.Е. Седакова С.Л. Горохов Иванов А.А. И20 Основы робототехники : учебное пособие / А.А. Иванов. — 2-е изд., испр. — Москва : ИНФРА-М, 2023. — 223 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/textbook_58e7460f93d2e6.7688379. ISBN 978-5-16-018528-6 (print) ISBN 978-5-16-105516-8 (online) 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. Соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования последнего поколения. Материал предназначен для студентов специальностей 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)» и «Роботы и робототехнические системы», а также может быть использован при курсовом и дипломном проектировании. УДК 621.865.8(075.8) ББК 32.816я73 ISBN 978-5-16-018528-6 (print) ISBN 978-5-16-105516-8 (online) © Иванов А.А., 2016
Список сокращений АД — асинхронный двигатель АДУ — адаптивная система управления АС — автоматизированный склад АЦП — аналогоAцифровой 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 — контрольноAизмерительная машина КДП — контрольноAдиагностический пульт КВ — корректирующее воздействие КС — контроллер состояния КСУ — контурная система управления
Список сокращений 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 — пневмоAгидроусилитель ПЗ — позиция загрузки ПЗУ — постоянное запоминающее устройство ПК — программируемый контроллер Пм — программа ППУ — приемноAпередающее 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
Список сокращений 5 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 эагрузкиAвыгрузки УО — устройство обработки видеосигнала УПО — устройство последовательного обмена УУ — устройство управления ФД — фотоимпульсный датчик ЦАП — цифроAаналоговый преобразователь ЦП — центральный процессор ЦСУ — цикловая система управления ЧПУ — числовое программное управление ШВП — шарикоAвинтовая передача ШД — шаговый двигатель ШИП — широтноAимпульсный преобразователь ЭВМ — электронная вычислительная машина ЭД — электродвигатель ЭМ — электромагнит ЭПр — электрический привод
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 управлениA ем и бионикой, а в механике — с многостепенными механизмами типа манипуляторов. Робот можно представить как универсальный автомат для произA водства механических действий, подобных тем, которые выполняет человек при физической работе. Всегда при создании роботов образA цом служат возможности человека. Слово «робот» впервые употребил чешский писатель Карел Чапек в социальноAфантастической пьесе «Россумовские универсальные роботы» (1920), где так названы механические рабочие, предназнаA ченные 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 60Aх гг. прошлого столетия в связи с развитием кибернетики, вычислительной техники, электроники и систем управления, гидравлики и пневматики. Робот есть кибернетиA ческая система, способная выполнять операции, относящиеся к фиA зической и умственной деятельности человека. Промышленные роA боты (ПР) дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, и поэтому они находят применение в различных отраслях промышленности, более всего — в машиноA строении. Важнейшим преимуществом ПР является возможность быA строй переналадки для выполнения задач, различающихся последоваA тельностью и характером манипуляционных действий. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизаA ции — созданию автоматических производственных систем, функA ционирующих с минимальным участием человека. Применение ПР наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производстA ва, а также при замене ручного низкоквалифицированного труда. По
Введение 7 сравнению с традиционными средствами автоматизации ПР обеспеA чивают большую гибкость технических и организационных решений. Важнейшими социальными предпосылками расширения применения ПР являются: изменение условий труда работающих путем освобожA дения их от монотонных, тяжелых и вредных операций технологичеA ского цикла, обеспечение условий безопасности, снижение потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессиоA нальноAтехнических заболеваний. Важная роль отводится роботам, заменяющим человека при выA полнении различных задач в экстремальных условиях: на больших глубинах, в вакууме, в космосе, на участках с радиационноA, взрывоA и пожароопасными условиями труда. Таким образом, целесообразность применения ПР прежде всего должна диктоваться интересами человека, его безопасностью и удобA ством работы.
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 маA шина, включающая перепрограммируемое устройство управления и другие технические средства, обеспечивающие выполнение тех или иных действий, свойственных человеку в процессе его трудовой деяA тельности [6, 8]. Наиболее совершенный робот способен самостоятельно решать задачи самоуправления, адаптации к условиям внешней среды и выA полнять комплекс трудовых воздействий. Общим признаком роботов является возможность быстрой переналадки для автоматического выA полнения различных действий, предусмотренных программой. Общепринятого определения промышленного робота в настояA щее время не существует. В Японии, например, под промышленными роботами понимают автоматы с изменяемой программой, используеA мые 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 восA приятия, память и логику, а также способность к обучению. ПривеA дем определения промышленного робота, принятые в нашей стране.
1.1. Основные понятия и определения роботов... 9 Промышленный робот (ПР) — это автономно функционирующая автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устA ройства программного управления, и предназначенная для выполнеA ния основных и вспомогательных операций производственного цикA ла без участия человека [6, 8]. В технической литературе часто используется краткое определеA ние: промышленный робот — перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Недопустимо пользоA ваться малопонятным термином «роботAманипулятор», который одA нако нередко появляется в ряде печатных изданий (например, в газеA тах 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 проA странстве манипулятором. К объектам манипулирования относят заA готовки, 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 авA тооператоры. Автооператор — это автоматически действующее устA ройство, состоящее из исполнительного органа в виде манипулятора (или совокупности манипуляторов), средства передвижения и не пеA Рис. 1.1. Схема кинематической аналогии руки человека и механической руки маA нипулятора промышленного робота
Глава 1. Общая характеристика, классификация и структура роботов... репрограммируемой системы управления. Допускается использовать краткую формулировку: автооператор — не перепрограммируемый автоматический манипулятор. Обычно для управления автооператоA ром применяют системы цикловой автоматики с переставными упоA рами, конечными выключателями и релейными схемами. Поэтому переналадка автооператора требует регулировки или замены кинемаA тических звеньев (изменения размеров рычагов, замены кулачков, пеA рестановки упоров). Автооператоры, как правило, способны выполA нять однуAдве простые операции. Однако благодаря простоте констA рукции и системы управления они находят достаточно широкое применение в промышленности, в частности, для замены режущего инструмента в металлорежущих станках с инструментальным магазиA ном [4, 6]. Промышленные роботы создают условия для качественного скачA ка в автоматизации путем организации комплексноAавтоматизироA ванных участков и цехов. На основе робототехнических устройств можно объединить технологическое оборудование в координировано работающие комплексы различного уровня. Такие комплексы обеспеA чивают оптимальную структуру технологических процессов в широA ком диапазоне серийности изделий. Открываются новые возможноA сти эффективной организации серийного производства на основе комплексной автоматизации материальных и информационных потоA ков с использованием промышленных роботов и средств вычислиA тельной техники. Такая организационная форма комплексной автоA матизации получила название интегрированной производственной сис темы. Особенности серийного производства, связанные с быстрой сменяемостью моделей изделий, требуют создания систем автоматиA зации, обладающих технологической гибкостью, т. е. возможностью переналадки оборудования в пределах научно обоснованного типоA размерного ряда. Робототехнические устройства составляют основу таких систем автоматизации, которые получили название гибкой про изводственной системы. Гибкая производственная система (ГПС) моA жет быть составлена из модулей двух типов: модуля в виде роботизиро ванного технического комплекса (РТК), в котором робот обеспечивает обслуживание основного технологического оборудования (загрузA каAразгрузка станка), и модуля в виде роботизированного производст венного комплекса (РПК), в котором робот осуществляет основные операции технологического процесса (сборку, сварку, окраску, напыA ление и т. д.).
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти