ТРАНСПОРТНЫЕ РОБОТЫ

Транспортные работы предназначены для автоматизированной транспортировки объектов, а также для управления различными транспортными системами. Исследования и разработки по созданию транспортных роботов интенсивно ведутся во всем мире. При этом выделяются четыре принципиально разных типа - наземные, воздухоплавающие, водоплавающие и подземные. Теория и практика трех последних типов не достигли еще в целом того уровня, чтобы говорить о них сегодня как об общей реальности. Практическое развитие получили ныне наземные транспортные работы, которые могут быть колесными, шагающих и гусеничными.

Наибольшее развитие и распространение в это время получили колесные транспортные работы, используемые достаточно широко в промышленных автоматизированных транспортно-складских системах и гибких автоматизированных производствах в виде мобильных автоматических кранов, автоматических управляемых тележек (АУТ), робокары и др., оснащаемых во многих случаях разными манипуляционными устройствами. В простейшем виде такие работы следуют по рельсам или по маршруту над кабелем, проложенным под поверхностью пола. Генератор частоты, подавая ток по кабелю, создает магнитное поле, которое улавливается двумя датчиками приемного устройства тележки, направляющие ее по необходимому маршруту. Даже такие простые системы АУТ позволяет включать маршруты с несколькими ветвями и петлями посредством использования различных частот для каждого пути. В более сложном варианте тележка оборудуется автономной управляющей ЭВМ и средствами адаптации.
В рамках программы по созданию транспортных адаптивных роботов в университете "Carnegie-Mellon" (США) создан робот "Террегейт" (землепрохидник), предназначенный для автономного передвижения вне помещений на значительные расстояния, оснащенный бортовой ЭВМ и мощным сенсорным аппаратом, в том числе и системой технического зрения.

 

Транспортные ПР разделяют на напольные и подвесные. По способу перемещения грузов различаются ПР:

оснащенные манипулятором или специальным захватным устройством, с помощью которых переносится груз;

буксирующие необходимое количество неприводных транспортных средств, которые, в свою очередь, также могут быть оснащены манипуляторами или захватными устройствами;

перемещающие грузы без их захватывания (например, грузонесущие платформы).

По функциональным возможностям транспортные ПР подразделяют на роботы, обеспечивающие только перемещение грузов, и на роботы, выполняющие, помимо этого, некоторые производственные операции (обслуживание технологического оборудования, определение размеров и массы детали и т. п.).

По способу управления транспортные ПР разделяют на четыре группы:

с ручным управлением; в этом случае целеуказание и выбор параметров движения осуществляются водителем, а система управления транспортным ПР обеспечивает реализацию и поддержание заданных параметров;

с автономной системой управления, реализующей весь комплекс операций автоматического управления транспортным ПР, в том числе — целеуказание и выбор параметров движения;

с внешним управлением, при котором все параметры движения (скорость, путь, остановка и т. п.) задаются сигналами, приходящими на устройство управления ПР извне; передача сигналов осуществляется контактным или бесконтактным способом; устройство управления, размещенное на ПР, расшифровывает приходящие сигналы и вырабатывает управляющие воздействия и команды на отдельные исполнительные механизмы;

с комбинированной системой управления, обеспечивающей возможность реализации параметров движения разными способами задания программы.

По приспособляемости к внешним условиям транспортные ПР разделяют на жесткопрограммируемые и адаптивные, которые оснащаются развитой информационной системой, обеспечивающей приспособление к изменяющимся условиям работы, безопасность и безаварийность.

Подвесные транспортные робототехнические системы применяют для внутрицехового, межпозиционного и меж станочного транспортирования.

Монорельсовые конвейерные системы отличаются высокой универсальностью. Они свободно размещаются над оборудованием, занимая минимальные производственные площади. Их недостатком является необходимость применения дополнительных подъемно опускающих устройств между уровнями транспортирования и рабочими позициями в цехе, а также средств установки-снятия и ориентации перемещаемых деталей (грузов). Второй недостаток — постоянство трассы перемещения грузов, обусловленное однажды смонтированными направляющими (монорельсом). Эти системы могут быть трех типов: с приводными грузонесущнмн каретками; с приводными каретками, буксирующими группы транспортных неприводных грузонесущих тележек; комбинированные системы.

Схема монорельсовой конвейерной системы типа AZT показана на рис. 1. По монорельсовому пути 1, составленному из прямолинейных и криволинейных секций, перемещаются приводные грузонесущне или буксирующие каретки 2, оснащенные крюками, захватными устройствами или держателями палет (спутников). Переход кареток с одного пути на другой осуществляется с помощью автоматически управляемых стрелок 3 и поворотных кругов 4. Съем и установка грузов осуществляется с помощью подъемно-опускающих станций 5. При этом секция монорельса вместе с кареткой опускается по направляющим подъемно-опускающей станции 5 до приемного стола, где происходит съем или установка груза, и по команде вновь поднимается до уровня монорельса. Число подъемно-опускающих станций устанавливается по требованию потребителя. Каретки могут останавливаться в любой точке монорельсового пути, где съем-установка груза может осуществляться с помощью роботов или средств механизации. Привод кареток, стрелочных переводов, поворотных кругов и подъемно-опускающих станций электромеханический. Распределение электроэнергии и управляющих сигналов обеспечивается полуоткрытым контактным проводом, закрепленным на специальных держателях, установленных на боковом профиле монорельса. Управление движением кареток, программирование остановок, управление поворотными кругами, стрелками, подъемно-опускающими станциями осуществляется от центральной ЭВМ. Каретки оснащаются набором сменных токосъемных щеток. Конструктивно каждая каретка имеет универсальный технологический фланец, служащий для крепления грузонесущего устройства. В зависимости от грузоподъемности они выпускаются в двух исполнениях: с приводными грузонесущими каретками и с каретками, буксирующими одну или более грузонесущих тележек.

Рисунок 1 Схема монорельсовой подвесной конвейерной системы типа AZT

Подвесные транспортные роботы тельферного типа позволяют исключить необходимость применения вспомогательных подъемно-опускающих устройств. Они строятся на базе тельферных тележек, перемещающихся по подвесному монорельсу и снабженных специальным подъемным механизмом (рукой) с захватным устройством. Такие ПР позволяют автоматически захватывать тару (палеты и спутники) с деталями или отдельное изделие с рабочих позиций, находящихся под трассой тележки, транспортировать их и устанавливать на другие позиции (в том числе на станки) по командам, получаемым от специальной системы адресования.

Промышленный робот ТРТ- 250-1 грузоподъемностью 250 кг показан на рис. 2. Он имеет две степени подвижности и предназначен для внутрицехового транспортирования контейнеров с грузом. Две телескопические направляющие манипулятора с автоматическими захватными устройствами, защищенными предохранительной сеткой, закреплены на тельферной тележке, перемещающейся со скоростью до 0,5 м/с по системе монорельсов, проложенных в соответствии с транспортными трассами под потолком цеха. Ход вверх-вниз направляющих с захватным устройством 3,2 м со скоростью до 0,28 м/с. Привод робота электромеханический, он выполнен на базе асинхронного электродвигателя и имеет электромагнитный тормоз. Манипулятор управляется устройством ЦПУ, обеспечивающим по программе с преднабором автоматическое выполнение заданных операций, выбор кратчайшего пути перемещений по трассе, остановку в заданных позициях погрузки-выгрузки и взаимную блокировку при работе нескольких ПР. В конструкции использован разомкнутый привод со ступенчатым регулированием скорости, поэтому выход робота в заданные позиции осуществляется по нескольким командам на торможение, Последовательно подаваемым от расположенных по трассе специальных релейных устройств. Позиционирование осуществляется с помощью двух бесконтактных индукционных датчиков, один из которых формирует команду на отключение двигателя, а другой - на включение тормоза в точке позиционирования. Погрешность позиционирования составляет ±10 мм. Подача электроэнергии происходит через токоприемник (троллей).

Рисунок 2 Транспортный промышленный робот ТРТ-250-1

Отдельные модели тельферных подвесных ПР, предназначенных для обслуживания группы станков, также можно использовать для выполнения транспортных операций. К числу таких ПР относят, например, роботы типа «Пирин», СМ40Ф2.80.01, УМ160Ф2.81.01 и др.

Транспортные подвесные роботы мостового типа используют для автоматизации транспортных и складских работ, а также для установки-снятия деталей, инструмента и оснастки при обслуживании основного технологического оборудования.

Наземные транспортные роботы находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Они легко приспосабливаются к конкретным условиям производства. С увеличением расстояния транспортирования и сложности маршрута практически не требуются дополнительные материальные затраты. С применением наземных транспортных ПР производственные площади остаются свободными от постоянных препятствий, создаваемых традиционными транспортными средствами: опор, колонн, напольных конвейеров, подъемно-опускающих устройств и т.п.

Наземные транспортные ПР в основном отличаются по типу используемого движителя, который может быть колесным, гусеничным или комбинированным.

Гусеничные транспортные роботы применяются для научных исследований в условиях труднопроходимой местности и горных разработок, а также для выполнения производственных операций (например, горнопроходческие робототехнические комплексы).

Колесные транспортные роботы находят широкое применение на промышленных предприятиях. Условно эти ПР можно разделить на следующие типы:

автоматические тягачи (AT), обеспечивающие транспортирование подцепляемых к ним грузонесущих тележек;

транспортные тележки (ТТ), обеспечивающие помимо буксирования автономную перевозку грузов;

манипуляционные тележки (МТ), обеспечивающие помимо буксирования и автономной перевозки грузов, еще и выполнение ряда технологических операций, таких, как взятие груза, его штабелирование, ориентирование, сортировка, установка-снятие при обслуживании обрабатывающего оборудования и т. п. Для этого они оснащаются соответствующими механизмами: подъемниками, манипуляторами и различными типами погрузчиков.

Принцип управления большинством известных конструкций колесных транспортных ПР показан на рис. 3.

Рисунок 3 Схема индукционного метода управления колесными транспортными промышленными роботами

По кабелю 3, заделанному в напольное покрытие, подается переменный ток. Вокруг проводника создается магнитное поле, на интенсивность которого реагируют датчики 1, установленные на транспортном ПР. Кабель укладывается в соответствии с трассой передвижения ПР. Все отклонения от трассы фиксируются датчиками, передающими информацию в систему управления, которая формирует команды, управляющие ходовой частью 2 ПР, и обеспечивает компенсацию отклонений. Модулируя частоту переменного тока, подаваемого по кабелю, осуществляют бесконтактную передачу информации на робот о параметрах его движения (в том числе: скорости, направлении, необходимости остановок, поворотов и т. п).

Для управления транспортными роботами используются также оптические, ультразвуковые и другие системы автоматического задания и стабилизация курса. При применении оптической системы на полу цеха наносится белая линия, служащая указателем фотоэлектрическому дальномеру. Останов происходит в местах разрыва белой линии. В машиностроительных цехах используются также передвижные грузонесущие тележки, перемещающиеся по одно- или двух-рельсовому пути, уложенному на полу цеха. Эти тележки обслуживают автоматизированные склады и участки обрабатывающего оборудования. Диспетчер переключением тумблеров на панели управления задает программу, устанавливая конечный пункт назначения, число и места остановок (адресов). Позиции остановок формируются по командам датчиков релейного типа, приводимых в действие сигналами предварительно набранной программы. Аналогично действуют сигналы и в том случае, когда тележка приводится в движение цепью или получает энергию от токоприемника: специальный ролик под тележкой (считывающее устройство), перекатываясь через выступы в полу, выполненные на каждом остановочном пункте, формирует ответные сигналы для задающей программы.

Автоматический тягач мод. АТ-60А (рис. 4) предназначен для буксярования прицепных тележек с грузом по замкнутой трассе любой конфигурация без ответвлений. Адресование производится отправителем в соответствии с заданной программой. Останов в за­данном пункте осуществляется автоматически, а пуск с места останова производит получатель груза. Трас­сой движения AT является проложен­ная по поверхности пола (или на глу­бине до 7 мм) массивная металлическая полоса шириной 70 мм. Пункты остановок обозначены короткими раз­рывами этой полосы. Пульт управле­ния смонтирован на переднем щитке AT, где с помощью тумблеров программируются необходимые остановки. Следящим устройством служит индуктивный датчик, расположенный под передним щитком тягача непосредственно над трассой и соединенный с сервоприводом рулевого механизма. На тягаче также установлен датчик, дающий команду для остановки при наезде на препятствие (соединен с передним подпружиненным буфером) и устройство предупредительной сигнализации: мигающий световой сигнал, который автоматически включается при движении. Тягач может быть переключен с автоматического режима работы на ручное управление, осуществляемое водителем, что значительно расширяет область его применения. AT обеспечивает буксирование до 1500 кг груза со скоростью до 3,5 км/ч. Минимальный радиус поворота 1400 мм.

 

Рисунок 4 Автоматический тягач модели АТ-60А

Передвижная автоматическая транс­портная тележка (ТТ) системы Robotug (Норвегия), показанная на рис. 5, способна либо нести груз, либо буксировать состав из грузовых тележек. Предусмотрена возможность ручного управления водителем (при этом блок автоматического отслеживания трассы отключается). В автоматическом режиме ТТ управляется электромагнитным полем, образуемым проводником с переменным током. Проводник проложен по поверхности пола I вдоль трассы движения. Простейшая траектория движения ТТ представляет, собой замкнутую однопутевую петлю. Многопутевая система может содержать точки пересечения, ответвления, обходы и тупики. Маршруты и пункты назначения выбираются заранее с помощью переключателей бортового программного устройства. При работе по многопутевой системе вся траектория разделяется на отдельные секции. Каждая секция управляется от своего внешнего командного устройства. Координация работы внешних командных устройств осуществляется центральной ЭВМ. При этом исключается возможность одновременного нахождения двух ТТ в пределах одной секции.

Рисунок 5 Автоматическая транспортная тележка системы Robotug с автоматической стабилизацией курса:

1 - тормозная Катушка; 2 - транзисторное устройство управления; 3 - рукоятка, торможения; 4 - привод; 5 - сигнальная лампа; 6 - устройство обеспечения безопасности движения; 7 - буферный щит; 8 - привод устройства управления; 9 - панель программирования; 10 - аккумуляторная батарея

Транспортные тележки фирмы Comau (Италия) обеспечивают перевозку изделий, установленных на спутники, помещенные на грузонесущей платформе. Такие ТТ называют роботрайлерами. Связь роботрайлеров, питаемых от аккумуляторных батарей с 15-часовым запасом хода, с центральным процессором, обеспечиваю­щим управление их работой, осуществляется с помощью магнитного поля, образуемого утопленным в пол по трассе движения кабелем. Центральный процессор управляет генератором частоты, подающим импульсы, которые активизируют скрытый под полом направляющий кабель (рис. 6). Снаб­женные приемными датчиками роботрайлеры через магнитное поле при­нимают и передают информацию, касающуюся режима движения. Все отклонения от требуемого направления компенсируются за счет разности скоростей двух ведущих колес. Центральный процессор реализует управление одновременно до 10 роботрайлеров, которые перемещают грузы по различным производственным участкам. Система управления оптимизирует применительно к изменяющейся обстановке трассы перемещения роботрайлеров, выбирает оптимальные маршруты их движения, а также контролирует их рабочую скорость. Грузоподъемность роботрайлеров 1500 кг.

Рисунок 6 Схема управления роботрайлерами фирмы Comau (Италия): 1 - палета с грузом; 2 - тележка

 

Функциональная тележка (робокар) Фирмы Telegejv Flexomatic (ФРГ), показанная на рис. 7, снабжена подъемником 2, на котором устанавливается Поддон 3 с изделиями. Специальный механизм переталкивателя смещает подъемник вместе с поддоном поперек Корпуса робокара для установки поддона на загрузочно-разгрузочной по­зиции у соответствующего рабочего места. Управление робокаром осуще­ствляется изменением интенсивности электромагнитного поля токоприемника, проложенного под полом вдоль трассы движения. Маршрут движения определяется центральной ЭВМ в соответствии с типом детали (кодируется), технологической последовательностью ее обработки и реально возможными в текущий момент трассами передвижения. Робокары имеют возможность перемещения вперед-назад, вправо-влево (без поворотов корпуса - за счет разворота колес). Грузоподъемность 1500 кг, скорость перемещения 2,7 км/ч. Аккумуляторная батареи размещена в специальном контейнере, обеспечивающем возможность ее авто­матической замены. На борту робокара размещен блок управления с ана­логовой, логической и силовой частями, а также устройство блокировки, дви­жения 5, фиксирующее наезд на пре­пятствие.

Рисунок 7 Робокар фирмы Telegejv FJexomatic:

1 - корпус робокара; 2 - подъемник; 3 - поддон с изделиями; 4 - кабель; 5 - устройство блокировки

 

Транспортные системы повышенной проходимости в качестве движителя оснащаются искусственными ногами. Такие шагающие машины обладают более высокой проходимостью по сравнению с колесными или гусенич­ными.

Калифорнийская фирма "Odetics" создала управляемый на расстоянии мобильный автономный шестиногий робот "Odex-1", названный фирмой "функционоидом" и способен, шагая по местности, преодолевать уступы до 1 м, а с помощью манипуляторов поднимать груз, массой до 1 т, и транспортировать его. Стоит заметить, что "функционоид", разработка которого обошлась в 1 млн. дол., Предназначенный для военных целей - обезвреживание бомб, несение караульной службы, минирования и разминирования местности, а также различных действий на поле боя. Несомненно, что подобный мобильный робот может оказаться незаменимым средством для осуществления спасательных работ и ликвидации последствий аварий в зонах и местностях, труднодоступных или опасных для человека через радиационное или химическое заражение, высоких температур и др.

ЛЕКЦИЯ 7