Робот-манипулятор: назначение, разновидности, разработка

Робот рука-манипулятор: разновидности и области применения

Робот-манипулятор – это один из видов промышленных машин, осуществляющих действия согласно заложенной в их оперативную систему программе.

Отличием манипуляторов от других роботов является характер их движения – они осуществляют действия подобно человеческой руке. Поэтому промышленный робот такого типа часто называется рука-манипулятор, реже – механическая рука.

Разработка робота-манипулятора началась во второй половине 20 века. Тогда было создано первое механическое устройство с управляющей программой, которая была записана на магнитном барабане.

Данный манипулятор отличался большими весом и габаритами, низкими точностью позиционирования и скоростью работы.

С этого времени технология изготовления промышленных роботов-манипуляторов существенно шагнула вперед. Современные аппараты осуществляют точные операции с большой скоростью, оснащаются компьютерным зрением, могут самостоятельно принимать решения в условиях неопределенности основываясь на изменениях окружающих условий.

Такие устройства могут найти применение практически в любой отрасли производства. Они увеличивают производительность труда, снижают количество бракованной продукции благодаря высокой точности проведения операций, осуществляют работы в условиях, неблагоприятных и опасных для людей.

Сферы применения современных роботов-манипуляторов:

• Машиностроение – роботы-манипуляторы осуществляют сборку автомобилей, покраску элементов кузова, протягивают кабели и производят другие стандартизированные операции. Многие заводы полностью заменили ручной труд машинным
• Металлообработка – руки-роботы шлифуют, фрезеруют, полируют поверхности металлических деталей
• Химическая промышленность – используются для автоматизации экспериментов с опасными веществами
• Сельское хозяйство –манипуляторы применяются и для сбора урожая. С помощью настраиваемых захватных устройств, камер роботы, размещенные на мобильной платформе, срывают овощи и фрукты
• Медицина – высокочувствительные роботы, оборудованные сенсорами, помогают врачам в проведении операций

Все роботы-манипуляторы похожи между собой принципом действия и основными элементами конструкции. В то же время существуют различные классификации рук-манипуляторов в зависимости от их степени свободы, количества рабочих элементов, вида крепления, типа привода, функциональных особенностей и назначения, грузоподъемности, габаритов, типа управления, способности к обучению. Разберем некоторые из них.

Роботы-манипуляторы могут прочно фиксироваться на рабочем месте и осуществлять движение только относительно своей оси. Такие устройства являются стационарными. Механические руки на передвижных платформах, не связанные с конкретным участком работы, называются мобильными. Они оснащаются аккумуляторами, системами искусственного интеллекта, позволяющими рассчитывать маршрут и реагировать на непредвиденные препятствия.

По типу крепления стационарные роботы делятся на вертикальные и горизонтальные. Первые устанавливаются на пол, потолок или стену и осуществляют основные движения в направлениях вверх и вниз. Вторые применяются на продольных участках и двигаются в горизонтальном направлении.

Самой важной характеристикой робота-манипулятора является его поколение. Программные, адаптивные и интеллектуальные машины различаются способностью к адаптации и обучению.

Программные роботы – это устройства, которые осуществляют работу только в соответствии с заложенной программой. Они не имеют возможности к самостоятельным действиям и полностью контролируются оператором. Они полезны в выполнении монотонной работы, требующей высокой точности.

Адаптивные или приспосабливающиеся устройства – роботы, снабженные программой с заранее заложенными в нее действиями, но способные самостоятельно менять режимы работы в зависимости от окружающих условий. Для улавливания внешних изменений они снабжаются датчиками и подпрограммами. Примером служат мобильные роботы, которые наделены возможностью смены маршрута.

Интеллектуальные роботы – это манипуляторы, которые снабжены искусственным интеллектом. В их программу вносится только конечная цель, способы достижения которой устройство рассчитывает самостоятельно. Оно имеет способность принимать решения и планировать свою деятельность. 

Разработка робота-манипулятора

На этапе разработки роботов-манипуляторов проектировщики выбирают количество степеней свободы, программное обеспечение, количество и размеры «рук», степень грузоподъемности своих изделий исходя из области и целей их дальнейшего применения.

Большое внимание разработчиков уделяется обслуживанию устройств для увеличения срока их службы.

В связи с тем, что роботы-манипуляторы имеют большое количество подвижных соединений, и чем их больше, тем функциональнее робот, необходимо защищать сопряжения от преждевременного износа вследствие истирания.

Смазочные материалы часто подбираются на этапе разработки узлов манипуляторов и подвергаются тестированию.

Составы должны иметь длительный срок службы, хорошие антифрикционные свойства, простое применение.

Широкую популярность для обслуживания узлов роботов-манипуляторов набирают материалы, реализующие технологию твердой смазки. В России их выпускает компания «Моденжи».

Антифрикционные твердосмазочные покрытия создают на деталях устойчивый сухой слой, который эффективно снижает и стабилизирует трение деталей, обеспечивает плавное перемещение элементов без скачкообразного движения, повышают надежность и срок службы роботов.

Так, на шестернях рулевых механизмов роботов-манипуляторов при их серийном выпуске применяются материалы MODENGY 1005 и MODENGY 1066.

Они не требуют обновления на протяжении всего срока службы устройств.

Обобщенно процесс разработки робота-манипулятора состоит из двух основных этапов:

• Разработка механической части, которая включает в себя выбор материалов для изготовления деталей, типа исполнительного механизма
• Разработка системы управления устройством – выбор контроллера, средств программирования, алгоритмов управления и так далее.

Создается трехмерная модель робота манипулятора, после чего приступают к сборке прототипа.

Первоначальный образец проходит множество ступеней тестирования, после каждого этапа подвергается модернизации с целью усовершенствования и устранения недочетов, которые не были учтены в процессе проектирования.