Фролов К.В. и др. - Теория механизмов и машин, страница 3

о состоянии среды, об относительном расположении в пространстве объектов манипулирования открывает широкие возможности автоматизации разнообразных операций, включая такие тонкие, как сварка элементов сложной формы, сборка узлов с компактным расположением деталей. При этом робототехническая система выбирает нужные детали из полного комплекта, поступающего на рабочую позицию, регулирует транспортные потоки. В конечном счете именно такие робототехнические системы окаэкутся элементами, связывающими отдельные технологические операции в единую цепь полностью автоматизированного производства. Здесь, говоря об автоматизации производства, мы имеем в виду не те узкоспециализированные машины-автоматы, которые создаются для выпуска определенного вида продукции.

Речь идет о широком использовании универсального оборудования с числовым программным управлением, переналадка которого сводится, по сути дела, к смене программы работы. Нормальное безотказное функционирование такого производства возможно лишь при условии организации многоуровневой системы управления, построенной на базе электронно-вычисли- 11 тельной техники.

Изучение совместной работы машин и управляюи1их ЭВМ, разработка необходимых алгоритмов и программ— тоже одна из задач теории механизмов и машин. С помощью автоматических манипуляторов с программным управлением можно воспроизводить большое число операций по транспортировке обрабатываемых объектов, закреплению и раскреплению их в обрабатывающих машинах, упаковке, расфасовке, контрольно-измерительные операции и пр. Подобные автоматические машины и системы уже нашли и будут далее находить применение не только при проведении научных исследований и работ в космосе, морских глубинах и на дне океанов, под землей, но и для освобождения человека от тяжелого физического труда. Замена человека роботом на всех тяжелых и утомительных операциях имеет громадное социальное значение, оставляя человеку выполнение творческих и интеллектуальных функций управления и введения в систему необходимой информации.

Рабочие органы автоматических машин и систем, как правило, представляют собой гю структуре пространственные кинематические цепи со многими степенями свободы (см. рис. К2). В этой связи перед современной теорией машин и механизмов возникают новые задачи по структурному. кинематическому и динамическому анализу и синтезу различных схем механизмов роботов, манипуляторов, шагающих и других машин и систем. Должны быть решены задачи устойчивости движения рабочих органов, изучены колебательные процессы, возникающие в период их движения, рассмотрены задачи, связанные с оптимальными законами движения рабочих органов, разработаны алгоритмы движения этих органов.

При решении задач механики требуется учитывать основные параметры приводов, их влияние на динамику управляемых ими механизмов. Проблема разработки приводов и систем управления роботами, манипуляторами, шагающими и другими машинами является одной из важнейших в создании машин подобного типа. При решении этих проблем возникают вопросы создания систем с большой надежностью, оптимальными габаритами, малой инерционностью, обладающих широкими диапазонами скоростей.

Промышленные роботы и манипуляторы, управляемые человеком-оператором или программным устройством. могут быть отнесены к роботам первого поколения. В настоящее время должны получить быстрое развитие работы по созданию роботов последующего поколения, обладающих некоторыми органами чувств человека, например осязанием„ слухом, зрением„ обонянием, реагирующих и на неощутимую человеком информацию, например на ультразвук, вибрации, электромагнитные и тепловые поля и т. п.

К роботам еше более высокого поколения будут относиться устройства, обладающие искусственным интеллектом. Сложные задачи предстоит решить по разработке способа общения человека с роботом, изучению характеристик человека-оператора в системе «человек— робот», а также исследованию распределения функций между человеком и роботами, обладающими разной степенью автономности. 12 Здесь открываются перспективы по созданию роботов-санитаров, роботов-хирургов и др.

Воистину революционную роль в системах управления автоматизацией производства сыграло появление ЭВМ. С помощью ЭВМ стал возможен анализ многозвенных, с большим числом степеней свободы механизмов, решение задач оптимального синтеза как отдельных механизмов, так и сложных машин автоматического действия, решение задач проектирования многокритериальных и многопараметрических машинных устройств, программное управление большинством современных машин, управление новыми машинами с устройствами биомеханического вида типа манипуляторов, роботов, шагающих машин и др. Вновь создаваемые машины-автоматы должны отвечать требованиям высокой эффективности выполнения заданного технологического процесса и иметь автоматическое управление, максимально освобождающее человека от контроля за работой машины.

В целях повышения производительности труда, увеличения количества выпускаемой продукции, улучшения экономических показателей производства будут создаваться не только машины- автоматы, но и системы мантия автоматического действия в форме различных поточных автоматических линий, переходящих в безлюдные заводы-автоматы.

В этих линиях в одну общую систему будут увязаны основные технологические процессы с такими процессами, как транспортировка, контроль продукции, упаковка, счет выпускаемых изделий и др. Это могут быть поточные линии обычного линейного типа, роторные линии, кольцевые линии с использованием промышленных роботов. Отличительной чертой машин-автоматов н систем автоматического действия ближайшего будущего будет высокий уровень управления ими по самым различным параметрам, критериям и показателям. Системы управления в зависимости от того, какие требования предъявляются к управляемому объекту, н условий, в которых он работает, могут иметь логические элементы электронного, пневматического, гидравлического и механического типов.

Системы управления могут содержать блок памяти н блоки, обеспечивающие автоматическую подностройку и адаптацию управляемых объектов, позволяющие качественно выполнять требуемый технологический процесс при изменившихся внешних условиях. Так как при решении задач синтеза механизмов мы имеем дело чаще всего с многокритериальными системами, то задачи синтеза связаны обычно с поиском оптимальных вариантов.

Нахождение оптимальных вариантов или областей, в которых существуют эти варианты, требует развития теории оптимального синтеза механизмов. Решение подобных задач, как правило, возможно только с помощью ЭВМ, а это требует разработки соответствующих алгоритмов и программ. Большие задачи стоят в области анализа и синтеза мехинизмов передач. Здесь в первую очередь надо отметить необходимость дальнейшего развития синтеза зубчатых зацеплений, особенно пространственных.

Необходимо также дальнейшее развитие теории и методов проектирования сложных зубчатых редукторов с планетарными и дифференциальными схемами. Быстро развиваются теория и методы синтеза волновых передач. Почти все отрасли промышленности нуждаются в надежных механизмах с бесступеичатым изменением передаточных функций. Должна получить развитие теория механизмов. осуществляющих движение с остановками, типа мальтийских, храповых, рычажных и пр.

Задача синтеза системы привод — ведомый механизм, одна из основных задач теории механизмов и машин, должна ставиться и решаться по-иовому иа основе использования современных вычислительных алгоритмов и вычислительной техники. Это относится в первую очередь к весьма распространенным системам, в которых применяется гидравлический или пневматический привод линейного или вращательного движения. Что касается выбора оптимальной структуры системы, то на первых стадиях следует опираться иа знания и опыт проектировщика, быстро возрастающие в условиях широкого использования диалога человек — ЭВМ, сопоставления различных структур с оптимизированными (а ие произвольно выбранными) параметрами, накопления информации о предельных возможностях того или иного варианта.

В последние десятилетия существенно повысились рабочие скорости машин, что привело ие только к увеличению динамических нагрузок иа звенья механизмов и рабочие органы машины, но и к существенному увеличению уровня вибраций и порождаемого вибрациями шума. Вибрации сопутствуют работе любой машины, поэтому в последние гады проблема виброзащиты машан и снижения уровня шума машин также изучается в курсе теории машин и механизмов. При этом следует отметить, что изучение динамики систем «человек — машина — среда» также становится предметом теории машин и механизмов. Эта задача особенно актуальна для разработки эффективных средств виброзащиты человека-оператора, управляющего высокоскоростными современными транспортными средствами и летательными аппаратами, а также машинами вибрациоиного принципа действия. В этих машинах резонансные и вибрационные эффекты дают возможность построить высокоэкономичные и высокопроизводительные машины для разработки твердых горных пород, виброизмельчения, виброперемешивания, вибросепарироваиия, вибротраиспортировки сыпучих сред, виброформовки, вибропроката железобетонных изделий и др.

Повышение энергетических, силовых и скоростных характеристик машин автоматического действия, высокие требования к их точности и надежности обусловливают развитие в ближайшие годы методов динамического исследования и расчета машин как в стационарных (установившихся), так и в переходных режимах. Особое значение изучение неустановившихся режимов имеет для транспортных машин, грузоподъемиых машин, вибромашии и т. д.