|
|
Современные промышленные роботы
как универсальные машины для манипулирования различными грузами имеют
"пока ограниченную грузоподъемность: для 80% она не превышает 40 кг, и только около 2% поднимают грузы с массой более 1000 кг. Для подъема и перемещения грузов с массой от нескольких единиц до десятков и сотен тонн применяют грузоподъемные
краны, управляемые оператором- машинистом крана. Среди работ, выполняемых с
помощью кранов, значительное место занимают однообразные и монотонные, а
также тяжелые и трудоемкие, требующие снижения времени операций, что зачастую
трудно осуществимо в связи с ограниченными психофизиологическими
возможностями человека-оператора, а также работы, проводимые во вредных и
опасных для здоровья условиях: при повышенной температуре воздуха,
интенсивном тепловом излучении, загазованности и запыленности,
радиоактивности, высоком уровне шума, недостаточной видимости. Все эти
причины обусловили актуальность создания и применения грузоподъемных кранов с
программным управлением, т. е. кранов-роботов.
Переход от автоматизации отдельных рабочих процессов
(например, процессов пуска и торможения) кранов к дистанционному,
автоматизированнному и автоматическому управлению некоторыми типами кранов
наметился с конца 50-х гг. нашего столетия, а уже в 60-х в ряде стран
использовались автоматизированные грейферные краны, дистанционно управляемые
краны атомных электростанций, накоплен опыт автоматизации строительных кранов
и манипуляторов при выполнении ими работ по демонтажу зданий и сооружений. В
настоящее время достаточно широко применяются автоматические краны-штабелеры
с программным управлением, являющиеся органической составной частью
роботизированных технологических систем и гибких автоматизированных
производств.
Успешность создания грузоподъемного крана с программным
управлением, представляющего собой подъемно-транспортный промышленный робот
(ПТПР), функционирующий без непосредственного участия оператора, зависит от
конструктивных особенностей крана и от характера выполняемого
технологического процесса. В этом смысле наиболее близки к ПР по характеру и
последовательности манипуля- ционных действий так называемые краны с жестким
подвесом груза, работающие в прямоугольной (преимущественно), цилиндрической
или комбинированной системах координат по достаточно четко организованному
технологическому циклу, например, специальные технологические краны:
штабелеры, колодцевые клещевые, мульдозавапочные, краны для "раздевания"слитков,
напольно-завапочные машины, штыревые анодные краны, контейнерные козловые и
др.
Важное значение для обеспечения автоматической работы
кранов с программным управлением имеет точность остановки механизмов и
позиционирования грузозахватных органов - вил, подхватов, клещей, хобота,
специальных захватных устройств и траверс (спредеров) и т.п. Обычно требуемая
по условиям технологического процесса точность позиционирования крановых
механизмов ниже, чем точность позиционирования исполнительных органов ПР.
Так, по точности остановки крановые механизмы можно позразделить на 4 класса
(). Например, упомянутые выше краны - штабелеры для обслуживания стеллажных
складов имеют механизмы с повышенной точностью остановки, а
автоматизированные грейферные краны - с низкой, что достаточно по условиям
технологического процесса.
Требуемая точность позиционирования, зависящая прежде
всего от величины допустимых отклонений положения объекта перемещения (груза)
на исходной позиции и позиции разгрузки, а также от допустимого несовпадения
главных осей грузоподъемного устройства и груза, достигается наиболее просто
и надежно в кранах с жестким подвесом груза. На 3.11 показаны структурные
схемы манипуляторов некоторых кранов с жестким подвесом груза, а в табл. 3.11
- их основные параметры и технические характеристики.
К общим признакам, определяющим сходство таких кранов с ПР
и их перспективность в качестве базовых манипуляторов для создания
подъемно-транспортных кранов-роботов портального или мостового типов, следует
отнести: 1) выполнение опорной (несущей) металлоконструкции 1 в виде жестких
мостов или порталов, перемещающихся по рельсовым путям; 2) наличие тележки
(каретки) 2, движущейся вдоль балок опорной металлоконструкции; 3) установку
на тележке жесткой направляющей 3 (колонны, шахты) для обеспечения строго
вертикального перемещения грузозахватного устройства; 4) применение
грузозахватных устройств 4 в виде магнитных или вакуумных присосов, клещей,
подхватов, грейферов, специальных грузозахватов, траверс и др.; 5) реализацию
координатных степеней подвижности перемещением крана, переносных -
перемещениями тележки (каретки) и груза, ориентирующих - перемещением
грузозахватного устройства; 6) относительное однообразие объектов
манипулирования (грузов) по их форме и массе; 7) сравнительно невысокую
(преимущественно среднюю) требуемую точность позиционирования грузозахватного
устройства; 8) возможность организации строго регламентированного
технологического процесса, при котором устанавливаются постоянные значения
координат исходного и конечного положений объекта манипулирования.
Рассмотрим некоторые особенности применения и конструкции
каждого из этих кранов.
Кран-штабелер используют для перемещения тары с
деталями или крупных деталей на складах, оборудованных высокими и
протяженными стеллажами. Кран имеет одну координатную <Уу) и три
переносных (Ух, Vv (oz) скорости движений соответственно в направлении
координатных осей х, у, z ( 3.11, а). Грузозахватное устройство - вилы 4.
Перемещение грузов т осуществляется между одной точкой (столом отправки и
приемки грузов) с координатами xi, У1, г1 и многими точками (ячейками
стеллажей) с координатами Хд, ...х(; у2, у3, ...ук; ...zn, где /' -
количество стеллажей;
к - число ячеек по длине стеллажа; п - число ячеек по
высоте стеллажа. Рабочий процесс осуществляют по сменным программам. Характер
работы - монотонный.
Колодцевый кран ( 3.11,в) применяют в основном для
загрузки слитков в нагревательные колодцы и выгрузки раскаленных слитков из
них. Кран имеет одну координатную Vy, две переносных vx> Vz и одну
ориентирующую coz скорости движений. Грузозахватное устройство - клещи 4,
совершающие движение I зажатия-разжатия. Для каждого слитка т устанавливают
заранее определенные позиции его захвата и установки после переноса
Координаты этих позиций соответственно для первого слитка xlt yv г1 и х2, у2,
z2, для второго слитка - х3, у3, z3 и х4, у4, z4 и т.д. Рабочий процесс
выполняется по жесткой программе. Характер работы - монотонный, в условиях
повышенной температуры и загазованности.
Кран для "раздевания" слитков () предназначен
главным образом для отделения ("раздевания") слитков
Технологический процесс заключается в освобождении из
изложниц ("раздевании") и переносе слитков с исходных позиций на
разгрузочные, располагаемые соответственно на двух параллельных линиях в
направлении оси у с координатами первой линии х1( гх и второй - х2, z2. Шаг
позиций по каждой линии - одинаковый. Таким образом, каждый слиток
переносится с позиции на позицию в направ- . лении оси х на расстояние хг -
xt, причем координаты по осям у и z не изменяются.
Практически исходные и разгрузочные позиции находятся на
платформах составов-слитковозов, располагаемых на параллельных
железнодорожных путях. Рабочий процесс выполняется по жесткой программе.
Характер работы - монотонный, в условиях повышенного шума и запыленности.
Мульдозавалочный кран используют для подачи в
печное пространство мартеновской печи холодной шихты, засыпанной в мульду
(совок). Кран имеет одно координатное (Vy), три переносных (Vx, Vz, uz) и два
ориентирующих движения - качания хобота 7 в вертикальной плоскости со' и
вращения хобота относительно его лродсшьной оси ш". Захватный орган -
замковое устройство 4, снабжен стопором с движением замыкания-размыкания
мульды. Исходные позиции имеют координаты xt, yv ..., yn, zt, где n - число
исходных позиций.
Рабочий процесс может быть организован следующим образом:
захватывание груженой мульды с исходной позиции, перемещение ее в загрузочное
отверстие мартеновской печи, разгрузка в печном пространстве посредством
вращения хобота (ш") и возвращение порожней мульды на исходную позицию.
Условия работы - повышенная температура и непосредственная тепловая радиация,
шум, загазованность, запыленность, недостаточная видимость и травмоопасность.
Контейнерный кран используют для перегрузки
большегрузных контейнеров на причалах речных и морских портов,
железнодорожных узлах, крупных складах Кран имеет одно координатное (Vy), два
переносных (Vx, Vz) и одно ориентирующее (cjz) движения. Захватное устройство
- спредер 4, снабженный четырьмя
захватными кулачками 8, соединяемыми при захватывании с
фитингами транспортируемого контейнера за счет поворотного движения кулачков.
Технологические схемы процесса могут быть различными: перемещение контейнеров
из разных точек в одну, из одной точки в разные, из одной точки в другую. Характер
работы - интенсивный, часто круглосуточный, в условиях возможного
отрицательного атмосферного воздействия.
Создание кранов-роботов на базе существующих
грузоподъемных кранов не требует специальной переработки конструкции.
Частичные изменения в основном касаются а) организации во времени и
пространстве технологического процесса и увязки манипуляционных действий
крана с взаимодействующим оборудованием, разработки системы, адресования
грузов, тележки, крана; б) доработки манипуля- ционного механизма в части
применения регулируемых приводов (при необходимости), обеспечения требуемой
точности позиционирования для каждой степени подвижности, введения устройств
обратной связи (например, по положению); в) разработки управляющей системы,
обеспечивающей выполнение краном-роботом программных действий, обусловленных
технологическим процессом.
Литература [2, 3, 5, 10, 13, 14, 19, 24, 30, 34, 37, 38,
44, 45, 50, 51, 52, 54, 56, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 69, 72, 73, 75,
76, 78, 91, 92, 95].
Контрольные вопросы для самопроверки
1. Как определяется понятие "промышленный
робот" ?
2. Из каких основных составных частей состоит
промышленный робот ? Приведите их краткую характеристику.
3. Как осуществляется взаимодействие систем и
составных частей ПР и технологического оборудования ?
4. По каким основным признакам классифицируются
промышленные роботы ?
5. Какова классификация ПР по виду базовой системы
координат? Охарактеризуйте основные разновидности промышленных роботов по
этому признаку.
6. Как классифицируются ПР по уровню вводимой
информации и способу обучения ?
7. Каковы основные технические характеристики
промышленных роботов ?
8. Как определяется номинальная грузоподъемность ?
9. Как определяется число степеней подвижности ПР,
и какие степени подвижности различают ?
10. Каковы величины и скорости перемещения рабочих
органов современных промышленных роботов ?
11. Что такое рабочая зона, и какими параметрами она
характеризуется ?
12. Как различаются ПР по величине рабочего объема ?
13. Что понимается под погрешностью позиционирования
или отработки траектории, и каково значение этих показателей ?
14. Каковы дополнительные технические характеристики
ПР, более полно характеризующие их возможности ?
15. Как подразделяются промышленные роботы по
конструктивно- технологическим и компоновочным признакам ?
16. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР с выдвижной "рукой" и консольным
механизмом (группа 1) ?
17. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР с выдвижной "рукой" на подвижной
каретке (группа 2) ?
18. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР с выдвижной качающейся "рукой"
(группа 3)?
19. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР с многозвенной "рукой" (группа 4) ?
20. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР подвесных тельферного типа (группа 5) ?
21. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР подвесных мостового или портального типов
(группа 6) ?
22. Каковы конструктивные особенности и
технологические возможности ПР мобильных, установленных на шасси (группа 7)?
23. Каково конструктивное исполнение современного
промышленного робота ? Приведите кинематическую схему и объясните действие
модулей движения.
24. Какова целесообразность создания и применения
специальных грузоподъемных кранов-роботов ?
25. Каковы разновидности кранов-роботов и их
конструктивные особенности ?
|