Одним из важных направлений научно-технического прогресса является широкая роботизация технологических процессов. Например, на линии сварки кузовов автомобилей применяются десятки промышленных роботов заменяя человека на участках с опасными, тяжелыми и монотонными условиями труда. Эффективность автоматизации достигнута благодаря применению серийных промышленных роботов входящий в состав роботизированных комплексов.
С появлением серийных промышленных роботов и их успешным применением в машиностроительных отраслях появилась возможность роботизации ряда технологических операций в основных и вспомогательных производствах черной металлургии. Наиболее широкое внедрение средств роботизации достигнуто во вспомогательных производствах.
Промышленным роботом называется перепрограммируемый автоматический манипулятор. Манипулятор - исполнительная часть робота, включает рабочий орган предназначенной для имитации перемещений и двигательных функций руки человека. Рабочая зона манипулятора ограничена углом поворота и высотой подъема. Робот может оснащаться различными видами схватов, выбор вида схвата определяется применением робота в конкретном технологическом процессе.
Робот-манипулятор имеет пять степеней подвижности: азимутальный поворот, качание верхней руки, качание нижней руки, сгиб кисти и ротация кисти. Все оси с электроприводами и соответствующими датчиками перемещений и скоростей. Контурное устройство управления обеспечивает ориентацию инструмента в каждой точке траектории движения.
Роботы на участке листопрокатного цеха
Роботизированный технологический комплекс представляет собой совокупность основного технологического оборудования, промышленного робота, вспомогательного оборудования, оснастки, инструмента, тары, транспортеров. На участке готовой продукции листопрокатного цеха одного из металлургических заводов успешно внедрен роботизированный технологический комплекс для контроля и сортировки листов на базе серийного промышленного робота ZIM60 грузоподъемностью 60 килограмм. С помощью двух вакуумных присосок робот берет лист и стопы с раздаточного стола и подает его на поворотную консоль стала контролера ОТК. После измерения геометрических размеров листа и отметки дефектов поверхности одной стороны листа контролер дает команду роботу для выполнения следующей операции. Робот переворачивает лист на 180°, посредством ротации кисти руки, и снова подает его на консоль стола контролера. После этого контролер дает роботу команду транспортировать лист соответствующий оценке качества на приемный стол. Система управления обеспечивает непрерывную работу роботизированного технологического комплекса.
Применение робота при изготовлении инструмента и оснастки
В механических цехах ремонтных служб работают робототехнические комплексы для изготовления рабочего инструмента и технологической оснастки. В состав роботизированного технологического комплекса входят три серийных промышленных роботов «Циклон-5» с устройства и управления и 4 штамповочных пресса. Промышленный робот благодаря пневматическому приводу обеспечивает достаточное быстродействие связанное с высокой скоростью срабатывания пневматических исполнительных механизмов, простотой конструкции линейных пневмоцилиндров и поворотных пневмодвигателей способных реализовать требуемые движения без использования сложных механических передач.
Исполнительная часть робота (манипулятор) включает рабочий орган - две руки, грузоподъемность 5 кг, схват робота вакуумный. Механизмы приводов пневматические. Рабочие программы разработаны в соответствии с технологическим алгоритмом систем цикловых программных устройств содержит информацию о последовательности перемещения исполнительных механизмов промышленных роботов. Пути их перемещений задаются настройкой упоров воздействующих на конечные переключатели.
Последовательность выполнения операций осуществляется по сигналам датчиков подаваемых в управляющее устройство. Устройство управления может работать как с ручного пульта, так и в автоматическом режиме. Точность позиционирования манипулятора составляет 0,25 мм.
Использование промышленного манипулятора при сборке узлов
Для ремонта деталей и сборки узлов металлургического оборудования используется роботизированный комплекс в состав которого входит промышленный робот МП9С. Данный промышленный робот предназначен для обслуживания штамповочных прессов, а также может быть использован для автоматизации других технологических процессов, где необходимо осуществить взятие перенос и установку детали на технологическое оборудование. Грузоподъемность робота 200 гр., тип привода пневматический, устройство управления роботом - цикловое. Робот обеспечивает высокую точность позиционирования, число степеней подвижности 3.
Специальные промышленные роботы
Наряду с использованием в роботизированных технологических комплексах серийных роботов широкое распространение получили специальные роботы. Область применения специальных роботов выполнение операции одного вида или обслуживание оборудования одного назначения. Применение таких роботов всегда ограничено определенными условиями и пространством. Специальные роботы обладает как правило 1-3 степенями свободы и работают по строго ограниченной программе, выполняя определенную обычно простую операцию или обслуживая оборудование конкретной модели.
Промышленный робот в производстве огнеупорных кирпичей
На огнеупорном производстве металлургического комбината работает роботизированный технологический комплекс для съема с пресса и укладки на печные вагонетки сырца алюмосиликатных огнеупорных изделий. Группа от формованных кирпичей со стола пресса перемещается съемником на конвейер. Далее перекладчик переносит кирпичи с одной линии конвейера на другую. При помощи кантователя и сближателя на конвейере формируется слой кирпичей состоящих из рядов установленных перпендикулярно продольной оси транспортирующей ленты. Затем перикладчик переносит слои кирпичей с конвейера на печную вагонетку и укладывает их в заданном порядке.
Применение в огнеупорным производстве роботизированного технологического комплекса значительно повышает производительность труда и заменяет тяжелый физический и малоквалифицированный труд рабочих.
Роботы манипуляторы в прокатном цехе
В прокатном цехе металлургического комбината, на участке первичной механической обработки используется роботизированный комплекс на базе специализированного промышленного робота. В комплексе, после визуального осмотра изделий и устранения мелких дефектов, оператор дает команду систему управления робота. Робот транспортирует изделие на сортировочную площадку. Транспортировка осуществляется тремя схватами робота с помощью тельфера и заканчивается укладкой изделия в специальные накопители.
Промышленные роботы в черной металлургии
На предприятиях черной металлургии во вспомогательных производствах эффективно работают роботизированные технологические комплексы по изготовлению товаров народного потребления. Например, механизированная линия на базе специальных автоматических манипуляторов по обслуживанию штамповочного оборудования для изготовления заготовок изделий. Исходная заготовка с помощью манипулятора подается в штамп пресса принимая форму изделия.
Безопасность при эксплуатации роботизированных комплексов достигается за счет их рациональной планировки безаварийной работы оборудования, а также с помощью специальных устройств, обычно это комплексы с блокированным круговым ограждением.
Для обеспечения эффективной и надежной работы роботизированного технологического комплекса рабочий оператор должен иметь высокую квалификацию. К работе на технологических участках с промышленными роботами допускается персонал прошедшие специальное обучение со сдачей экзамена
Роботизированные технологические комплексы являются основой создания ГПС (гибкие производственные системы) и гарантий снижения трудозатрат, себестоимости продукции, производственного травматизма.
Технология «безопасный робот» на производстве
В настоящее время, в любой сфере промышленности, согласно правилам по технике безопасности, использование роботов производстве должно взаимодействовать с системой безопасности. Защитные ограждения и различные сложные и дорогостоящие элементы служат препятствием для нахождения в робототехнической ячейке, в рабочей зоне промышленного робота. В такой робототехнической системе управление безопасностью осуществляется при помощи программируемого логического контроллера (ПЛК). Робот может начать движение только тогда, когда ни один оператор не находится в рабочей зоне робота.
До недавнего времени рабочая зона промышленного робота контролировалась при помощи механических концевых выключателей. Количество контролируемых зон было ограничено из-за больших габаритов оборудования. Помимо этого данная система является невыгодной, т.к. рабочую зону робота контролирует дополнительный внешний контроллер вместо его собственного. Управление процессом осуществляется следующим образом: если при движении робот, например, первой осью касается концевого выключателя, сигнал передается по шине данных в ПЛК. После обработки в контроллере сигнал возвращается от контроллера к роботу. Робот начинает останавливаться, т.к. физические границы рабочей зоны промышленного робота не определены в программе робота, робот продолжает движение в течение времени передачи сигнала. Вследствие этого, возникает инерционный путь, что в свою очередь при использовании роботов в производстве, вынуждает ставить защитные ограждения на значительном от него удалении. Все это ведет к увеличению производственных помещений и большим материальным затратам.
Благодаря использованию технологии «безопасный робот» (SRT) появилась возможность отказаться от разделения человека и робота в процессе производства, а значит и от использования дорогостоящих систем безопасности. Получается идеальное сотрудничество человека и робота.
Двухканальный резервированный контроллер, выведенный непосредственно на робота - контролирует границы рабочей зоны робота. Актуальное положение всех осей промышленного робота постоянно фиксируется и в постоянном режиме сравнивается с заданными предельными значениями. Такая проверка занимает в среднем менее миллисекунды. Такое решение не требует механического ограждения, поэтому количество рабочих и соответственно безопасных зон значительно увеличивается. Если робот выходит за пределы допустимой рабочей зоны робот незамедлительно останавливается. Вследствие этого инерционный путь заметно сокращается, а необходимая производственная площадь уменьшается. Таким образом, задачи автоматизации, которые до сих пор были экономически нецелесообразны, из-за дороговизны систем безопасности, благодаря уменьшению затрат на безопасность могут быть реализованы. (рис. 1).
Рис. 1. Отличия работы двух систем управления роботом на производстве
Помимо этого использование в производстве технологии «безопасный робот» значительно влияет на скорость выполнения технологических задач. Например, до настоящего времени оператор закладывал заготовку на промежуточный установочный стол между человеком и роботом. После этого оператор должен был покинуть рабочую зону, прежде чем робот мог начать рабочий процесс. Все защитные ycтpoйcтва в такой системе гарантировали, что оператор и робот никогда не пересекутся при выполнении своих задач. При использовании безопасных роботов в производстве, для того же самого процесса, нет необходимости в использовании специального устройства для закладки заготовок, промежуточная зона также становится не нужной. В тот момент, когда оператор закладывает заготовку непосредственно в захват робота, система контролирует неподвижность робота, при этом роботу не требуется полная остановка, а значит и следующие после остановки движения робота происходят быстрее. Другими словами робот не теряет скорость так сильно, как это происходит при использовании ПЛК.
Как сказано выше, до сих пор робот мог выполнять работы только в ограниченном пространстве, т.е. «за решетками». Невозможно было представить, что оператор может работать рядом, либо непосредственно вместе с роботом. Система безопасности такого характера объясняет невысокую степень автоматизации на финальных линиях в автомобильной промышленности и медленное развитие в областях мобильной робототехники и сервисной робототехники.
Под понятием «ассистирующие роботы» стандарт - ISO 10218-1 (робот в промышленном окружении - защитные требования) описывает использование роботизированной системы, которой управляет один оператор. Управление происходит посредством джойстика, который установлен непосредственно на роботе. Без программы и ПЛК.
Такая тесная совместная работа человека и робота на производстве возможна благодаря точно отслеживаемой и уменьшаемой скорости роботизированной системы в целом, контроль скоростей каждой оси робота и трехпозиционная кнопка подтверждения (предохранитель) на джойстике. Технология «безопасный робот» позволяет снизить расходы на средства кооперации человек - робот. Таким образом, частичная автоматизация становится экономически возможной. Приведенные примеры - всего лишь малая часть из всех доступных возможностей. Потенциал гораздо выше. Новая технология открывает новые горизонты по использованию робота не только в промышленной индустрии. Сегодня роботы нашли свое применение в медицине, индустрии развлечений. В заключение, хотелось бы вернуться к теме безопасности. Существуют роботы, для которых необходимо наличие систем безопасности. Эти работы работают автоматически с программным управлением. Контроль осуществляется при помощи программируемого логического контроллера, но они представляют опасность для человека без защитного ограждения. И напротив, робот, управляемый человеком, самостоятельно осуществляет контроль над собой, что позволяет отказаться от использования на производстве систем безопасности в том виде, в котором мы привыкли их видеть.
