Склад, параметри та класифікація роботів

Тема: ПРИСТРІЙ РОБОТІВ

Тема уроку: Склад, параметри та класифікація роботів

Мета навчання:

Навчальна: сформулювати нові знання у здобувачів освіти за розділом Основи автоматики і робототехніки. Ознайомитися с класифікацію роботів за основними показниками, які визначають тип робота розвиток. Ознайомитися з характеристиками та показниками типів роботів.

Розвиваюча: розвивати  пізнавальну активність, критичне мислення

Виховна: виховання професійної компетентності, удосконалення методики виховного впливу

Типи уроку: засвоєння нових знань (лекція)

Методи навчання: словесний, наочний, практичний

Форми організації пізнавальної діяльності: індивідуальна, групова, колективна

Засоби навчання: Технічні засоби навчання, допоміжні матеріали

План

1. Склад, класифікація роботів.

2. Класифікація роботів за показниками, що визначають їхню конструкцію.

3. Параметри, що визначають технічний рівень роботів

Склад роботів.

Робот як машина складається з двох основних частин - виконавчих систем та пристрої управління ними з сенсорною системою. У свою чергу виконавчі системи включають одну або кілька маніпуляційних систем (зазвичай у вигляді механічних маніпуляторів) та системи пересування, що є тільки у рухомих (мобільних) роботів.

Класифікація роботів за призначенням.

Щоб ознайомитися з характеристиками роботів, розглянемо передусім їх класифікацію за основними показниками, які визначають тип робота. Першим таким показником, відповідно до якого всі роботи діляться найбільші групи, є їх призначення, тобто область застосування. Основні сфери застосування роботів були розглянуті на попередніх уроках. Як було показано, сфера використання роботів прогресивно розширюється і відповідно зростає перелік типів роботів, визначених їх основним призначенням.

Сьогодні основним таким типом, як і раніше, є промислові роботи (ПР), які призначені для застосування у промисловості та становлять до 80% всього парку роботів у світі. У свою чергу, промислові роботи діляться на ряд типів більш вузького призначення (наприклад, робот фарбувальний, зварювальний, транспортний, для обслуговування верстатів, пресів, ливарних машин тощо).

За типом виконуваних операцій всі промислові роботи діляться на роботи технологічні, які виконують основні технологічні операції, і допоміжні роботи, що виконують допоміжні технологічні операції з обслуговування технологічного обладнання. Технологічні роботи відносяться до основного технологічного обладнання, а допоміжні можна віднести до засобів автоматизації.

По широті переліку операцій, виконання яких призначений робот, розрізняють роботи спеціальні, спеціалізовані і універсальні. Спеціальні роботи призначені до виконання однієї конкретної технологічної операції (наприклад, конкретну складальну операцію, обслуговування певної марки технологічного устаткування). Спеціалізовані роботи можуть виконувати різні однотипні операції (складальний робот зі змінними робочими інструментами, робот для обслуговування певного типу технологічного обладнання тощо). Універсальні роботи призначені для виконання будь-яких основних та допоміжних операцій у межах їх технічних можливостей. Збільшення ступеня універсальності робота відповідно розширює область його можливих застосувань, але одночасно неминуче супроводжується невикористанням його можливостей на кожній конкретній операції. Найбільш оптимальними в цьому відношенні є спеціальні роботи, але з іншого боку це гранично звужує їхній ринок, а, отже, і обсяг виробництва.

Класифікація роботів за показниками, що визначають їхню конструкцію.

До таких показників відносять:

тип приводів робота, його вантажопідйомність,

кількість маніпуляторів,

тип та параметри їх робочої зони,

 рухливість та спосіб розміщення,

виконання за призначенням.

Приводи, що використовуються в маніпуляторах та системах пересування роботів, поділяються на електричні, гідравлічні та пневматичні. Часто їх застосовують у комбінації; наприклад, у ланках маніпулятора великої вантажопідйомності використовують гідравлічний привід, а його захватному пристрої.

Вантажопідйомність робота – це вантажопідйомність його маніпуляторів, а для транспортного робота ще його шасі. Вантажопідйомність маніпулятора визначається масою об'єктів, що переміщуються ним, і в залежності від призначення робота може становити від одиниць грам (надлегкі роботи, наприклад, що застосовуються в мікроелектроніці) до декількох тисяч кілограм (надважкі, наприклад, транспортні та космічні роботи).

Кількість маніпуляторів у роботів у більшості випадків обмежена одним (одноманіпуляторні або однорукі роботи). Однак залежно від призначення існують конструкції роботів з двома, трьома та чотирма маніпуляторами (відповідно дво-, три- та чотириманіпуляторні). Зазвичай маніпулятори робота виконують однаковими, але є конструкції роботів та з різними маніпуляторами. Наприклад, існують промислові роботи для обслуговування пресів холодного штампування з двома різними маніпуляторами: один основний для взяття заготівлі та встановлення її в прес та інший спрощеної конструкції для виконання більш простої операції зштовхування готової деталі в бункер.

Тип і параметри робочої зони маніпуляторів робота визначають область навколишнього простору, у межах якої робот може здійснювати маніпуляції не пересуваючись, тобто. при нерухомому підставі. Робоча зона маніпулятора — це простір, у якому може бути його робочий орган за всіх можливих положеннях ланок маніпулятора. Форма робочої зони визначається системою координат, у якій здійснюється рух робочого органу маніпулятора, та числом ступенів рухливості маніпулятора.

Рухливість робота визначається наявністю або відсутністю системи пересування. У першому випадку роботи називають мобільними, а в другому стаціонарними. Відповідно до призначення роботів у них застосовують системи пересування практично всіх відомих на сьогодні типів: від наземних колісних і гусеничних до призначених для пересування у воді, глибинах землі, у повітрі та космосі. Специфічним для робототехніки способом пересування є крокування.

За способом розміщення стаціонарні та мобільні роботи бувають підлоговими, підвісними (мобільні роботи цього типу зазвичай переміщуються по піднятому рейковому шляху), що вбудовуються в інше обладнання (наприклад, верстат, що обслуговується) тощо.

Виконання робота за призначенням залежить від зовнішніх умов, у яких має функціонувати. Розрізняють виконання нормальне, пилозахисне, теплозахисне, вологозахисне, вибухобезпечне тощо.

Класифікація роботів за способом керування. За цією ознакою розрізняють роботи з програмним, адаптивним та інтелектуальним управлінням. Управління рухом за окремими ступенями рухливості може бути безперервним (контурним) та дискретним позиційним. В останньому випадку управління рухом здійснюють, задаючи кінцеву послідовність точок (позицій) і наступне переміщення по них кроками від точки до точки без контролю траєкторій між цими точками. Найпростішим варіантом дискретного управління є циклове, у якому кількість точок позиціонування з кожної ступеня рухливості мінімально, тобто. найчастіше обмежено двома - початковою та кінцевою.

Класифікація роботів по швидкодії та точності рухів. Ці параметри взаємопов'язані та характеризують динамічні властивості роботів. Швидкодія та точність роботів складаються з їх значень для маніпуляторів та систем пересування.

Швидкодія маніпулятора визначається швидкістю переміщення його робочого органу. Швидкодія маніпуляторів у роботів загального застосування можна розбити на три діапазони:

• мале - при лінійних швидкостях до 0,5 м/с;
• середнє - при лінійних швидкостях від 0,5 до 1-3 м/с; висока – при великих швидкостях;
• найбільша швидкість маніпуляторів сучасних роботів досягає 10м/с та вище.

Для значної частини сфер застосування роботів цей параметр дуже важливий, оскільки визначає їх продуктивність. Основна труднощі при підвищенні швидкодії пов'язана з відомим протиріччям між швидкодією та іншим не менш важливим параметром – точністю.

Точність маніпулятора та системи пересування робота характеризується результуючою похибкою позиціонування (при дискретному русі) або відпрацювання заданої траєкторії (при безперервному русі). Найчастіше точність роботів характеризують абсолютною похибкою. Точність роботів загального застосування можна розбити на три діапазони:

• мала - при лінійній похибці від 1мм і більше; середня – при похибці від 0,1 до 1 мм;
• висока — за меншої лінійної похибки.

Найменшу точність мають роботи, призначені до виконання найбільш грубих, наприклад, транспортних рухів, а найбільшу мікронну – роботи, які у електронної промисловості.

Порівняно з людською рукою істотним недоліком сучасних роботів поки що є зниження точності зі збільшенням ходу маніпуляторів, тоді як у людини ці параметри значною мірою розв'язані завдяки розподілу рухів на грубі (швидкі) та точні.

 ЦІКАВИ ФАКТИ

Дізнайтеся більше

Журналіст Ланре Онібалусі в своїй статті "5 причин чому роботи ніколи не замінять людей" визначає основні недоліки роботів:

• Роботи не вміють мислити ірраціонально.
• Роботи не розуміють контекст.
• Роботи не здатні до творчого мислення та творчого вирішення проблем.
• Роботи не здатні до повноцінного обслуговування клієнта через нерозуміння контексту.
• Люди вважають за краще розмовляти з людьми. Тут діє ефект «Зловісної долини».

Елізабет Кемп, доцент університету Рутгерса, додає ще один недолік — нездатність роботів розуміти сарказм, гумор, почуття. Кемп визначає їх як щось «дуже, дуже людське». І поки роботи не подолають ці труднощі, повноцінно замінити людину вони не зможуть.

Розглянуті вище параметри роботів ставляться до класифікаційних, тобто. використовуються при формуванні типажу роботів і, відповідно, їх найменувань (наприклад, легкий пневматичний промисловий робот з цикловим керуванням для обслуговування пресів у пластмасовому виробництві або гідравлічний фарбувальний промисловий робот з контурним управлінням і тощо).

Параметри, що визначають технічний рівень роботів. Поряд із класифікаційними параметрами роботи характеризуються параметрами, що визначають їх технічний рівень. До них відносяться і деякі з розглянутих вище параметрів, які можуть мати кількісне вираження також швидкодія, точність. Однак якщо при використанні цих параметрів класифікація роботів їх розбивають, як було показано вище, на класифікаційні діапазони і тип робота визначають за належністю значення даного параметра до одного з них, то порівняльну оцінку технічного рівня робота проводять виходячи з конкретних чисельних значень параметрів.

Іншими параметрами, що характеризують технічний рівень роботів, є надійність, кількість одночасно працюючих ступенів рухливості, час програмування, а також засновані на перерахованих вище параметрах різні відносні та комбіновані показники.

До них відносяться, зокрема, питома вантажопідйомність, віднесена до маси робота, вихідна потужність маніпулятора (твір вантажопідйомності на швидкість переміщення), віднесена до потужності його приводів, відносні оцінки габаритних параметрів, маніпуляційних кінематичних та динамічних характеристик, можливостей програмування, економічної ефективності .п. Однак ці відносні показники технічного рівня вже не є паспортними параметрами, що використовуються для характеристики конкретних роботів, а є критеріями якості, призначеними для їх оптимізації при проектуванні та порівняльній оцінці.

 ЦІКАВИ ФАКТИ

Дізнайтеся більше

Хіросі Ісігуро, японський учений, не лише вірить, що майбутнє за андроїдами, але й створює його вже зараз. Його творіння — гуманоїди — не відрізняються від реальних людей не лише зовні. Роботи повторюють жести, копіюють звички «оригіналу», завдяки чому можуть легко ввести в оману своїх співрозмовників, які навіть не помічають, що спілкуються з машиною.

Одна з гуманоїдів Ісігуро зіграла головну роль у японському фільмі Кодзі Фукади «Прощавай». Це не єдиний випадок, коли роботи замінюють акторів. Вони беруть участь у спектаклях японської театральної трупи «Seinendan». Правда, керівник трупи визнає, що гра людей набагато точніша і виразніша.

Роботи також стають знаменитостями. Наприклад, у китайському агентстві новин «Сіньхуа» ведучим працює робот, здатний цілодобово розмовляти китайською і англійською. Інший робот, японський HRP-4С, став суперзіркою в своїй країні: він співає, танцює, ходить подіумом та знімається в музичних кліпах.

Закріплення вивченого матеріалу

• Назвіть показники, за якими визначають конструкцію роботів .
• Пригадайте точність роботів загального застосування
• Що вважається істотним недоліком сучасних роботів

Висновок уроку

Роботи навколо нас. При вирішенні проблеми створення роботів одним із природних шляхів є копіювання людини та живої природи взагалі. Проте не менш важливий і пошук принципово нових шляхів, які визначаються можливостями сучасної техніки. Автоматизація торкнулась дуже багатьох сфер нашого життя, тому що якщо можна перекласти частину рутини на робота-помічника, який ніколи не втомлюється, чому не скористатись такою нагодою?

Рефлексія

-  Якою була тема уроку?

- Що ви дізнались нового на уроці

- Що вам найкраще запам'яталось?

Д/З

Підготувати доповідь про три покоління промислових роботів, які поділяються оо степені досконалості і типам систем.