Xx əsin əvvəlində əldə edilən texniki nailiyyətlər
Robototexnika – avtomatlaşdırmanın ən yüksək pilləsi
Yüklə 5,08 Mb. Pdf görüntüsü
|
|
3.4. Robototexnika – avtomatlaşdırmanın ən yüksək pilləsi Robotlar stasionar və ya hərəkətli şəkildə fəaliyyət göstərən maşınlar olub, verilmiş proqram əsasında müəyyən işləri yerinə yetirirlər. İllər keçdikcə “robot” sözünün mənası dəyişilmişdir. “Robot” sözü ilk dəfə olaraq çexiya yazıçı Yozef Karel Çapek tərəfindən yazılmış elmi- fantastik əsərdə işlənmişdir. Mənası çex dilinfə “rabota”, yəni “işləmək” sözündəndir. 1921-ci ildə Çapek Rosum universal robotları adlı teatr səhnəsində süni yetişdirilmiş, insana oxşar olan bir işçini təsvir edir. Bundan sonra Robot sözü müxtəlif avtomatlara da aid edilməyə başlayır. Bundan əlavə, robot adlandırılan maşınların təyinatları arasında da böyük fərq mövcuddur. Məsələn, 1983-cü ildə Yaponiyada 47000 tətbiq olunmuş robot haqqında məlumat verilir. Bu robotların alman standartlarına görə heç 3000-i bu ada layiq deyildi [3.20]. ABŞ-ın Robot İnstitutunun işlədiyi standartlarla Almaniya standartı müəyyən dərəcədə oxşardılar. Robotların yaranma tarixi qədim zamanlara gedib çıxır. Avtomatk işləyən köməkçi maşınların yaradılması arzuları insanlarda hələ antik dövrdən baş qaldırmışdır. Antik dövrdə Heronun düzəltdiyi avtomatik teatr, orta əsrdə Vokosonun ördəyi bu sahədə edilmiş ilk cəhdlərdəndir. 1700-cü ildə İsveçrədə ata və oğul Droz bir-biri ilə oxşar olan iki, insanabənzər avtomat (Android) düzəldirlər (şəkil 3.31). Hündürlüyü təxminən 70 cm olan bu avtomatlardan biri (soldakı) 40 işarədən ibarət istənilən mətni yazmağa qadirdir. Sağdakı avtomat isə it, kəpənək və ya şah XVI Louisin portretini çəkə bilir. Bu avtomatlar hal-hazırda İsveçrədə “Schöne Künste” (azərb. Gözəl sənətlər) museyində yerləşirlər [3.21]. Keçən əsrin ikinci yarısında bir çox robot növləri yaradılmışdır. Buraya misal olaraq human, sənaye, portal, xidmətgöstərici, oyunçaq, axtarış və s. robotlarını göstərmək olar. Maşınqayırmada ən geniş tətbiq olunanı sənaye robotlarıdır. Onların tətbiq sahələri yığma, emal, nəqletmə və qaynaqetmədə aparılan işləri əhatə edir. Avtomatlaşdırmanın yayılması 495 Şəkil 3.31. Droz tərəfindən düzəldilmiş Androidlər Bu günkü sənaye robotları əsasən stasionar olaraq yerləşdirilir və konkret tapşırığın yerinə yetirilməsi üçün təyin olunurlar [3.22]. Robotların inkişafının əvvəlində, əsasən: - texnoloji proseslərə asan inteqrasiya oluna bilən ucuz texniki periferiyanın yaradılması; - modular quruluşa malik robotların həm tutqacı hərəkət etdirən yönəldicilərə, həm idarəetmə sisteminin tələblərinə uyğunlaşdırılması; - robotların işləmə mexanizminin riyazi modelləri əsasında onun hərəkətinin optimallaşdırılması ilə çəkisinin azaldılması və sərtliyinin artırılması; Avtomatlaşdırmanın yayılması 496 - sadə senzorların tətbiqi ilə robotların tətbiq sahələrinin genişləndirilməsi; - mikroelektronikanın tətbqi ilə robotlarda xətaların asanlıqla tapılması üçün diaqnozetmə funksiyalarının daxil edilməsi kimi məsələlərin həlli maraq doğururdu. Sənaye robotları əsasən üç tərkib hissədən ibarətdir. Robotu nəql etmək üçün üç sərbəstlik dərəcəsinə malik arabadan istifadə olunur. Bu robotun gövdəsini təşkil edir. Gövdəyə bərkidilmiş robot qolu təyinatından asılı olaraq 4-dən 6-ya qədər sərbəstlik dərəcəsinə malik olur. Qolun uc hissəsinə robotun ən həssas hissəsi - effektorlar (sensorlar) və əl bərkidilir. Sənaye robotlarının kinematik quruluşları ümumiləşdirilmiş formada şəkil 3.32-də verilmişdir. Robotların belə sinifləşdirilməsi əsasən onların malik olduqları kinematika əsasında yaratdıqları işçi fəzanın adı ilə bağlıdır. Robotların konstruksiyasında elementlərin sayının artması onların sərtliyinin aşağı düşməsinə səbəb olur. Digər tərəfdən mürəkkəb hərəkəti yerinə yetirən robotların proqramlaşdırılması da çətinləşir. Çox vaxt xətti hərəkətin polyar kinematikanın köməyi ilə alınması mürəkkəb hesablamalar tələb etdiyindən, yalnız hesablama texnikasının tətbiqi ilə mümkündür [3.22]. Bu amillər robotların tətbiq sahəsini müəyyənləşdirir. Məsələn, ağır yüklərin, yüksək sərtliyə malik dekart robotlarının tətbiqi ilə nəql edilməsi məqsədəuyğun sayılır. Kiçik qüvvə tələb olunan mürəkkəb hərəkətlərin isə çevik şarnir robotlarının köməyi ilə aparılması daha əlverişlidir. Üzçəkmə, rəngləmə, qaynaq, hissələrdə çixintıların təmizlənməsi, yapışqan qatının çəkilməsi kimi işləri buna misal göstərmək olar. İlk sənaye robotu 1954-cü ildə Qeorq Devol tərəfindən ixtira edilir və patentləşdirilir [3.22, 3.23]. 1956-cı ildə kosmonavtika üzrə amerikan mühəndisi Yosef Enqelberqer Devol ilə tanış olduqdan sonra, onlar birlikdə Unimation (“Universal” və “Automation” sozlərinin birləşməsindən alınan addır) firmasını təşkil edirlər. Avtomatlaşdırmanın yayılması 497 a) Dekart robotu b) Silindrik robot (3 xətti hərəkətli) (2 xətti və 1 dönmə hərəkətli) c) Sferik robot d) SCARA robotu (1 xətti və 2 dönmə hərəkətli) (1 xətti və 2 dönmə hərəkətli) e) Şarnir robotu f)Paralelkinematikaya malik robot (3 dönmə hərəkətli) (6 xətti paralel hərəkətli) Şəkil 3.32. Sənaye robotlarının əsas kinematik formaları. Avtomatlaşdırmanın yayılması 498 Burada əsas məqsəd robotların istehsalı idi. Unimation firması 1961- ci ildə General Motors firması üçün iki ton ağırlığında “Unimate” robot əlini hazırlayır (şəkil 3.33). Bu əl, tökmə maşınına inteqrasiya edilərək istehsalda tətbiq olunur. Unimate robotunun əli, hidravlik olaraq hərəkətə gətirilirdi. Mövqe idarə sisteminə malik bu robotun idarə proqramı üçün kodlar maqnit lentində yazılırdı. Şəkil 3.33. Unimate robotu Robotun yaddaş həcmi 180 əmri saxlamağa imkan verirdi. Proqramlaşdırma öyrətmə yolu ilə aparılırdı. Robotun qolu öncə lazım olan mövqeyə aparılır. Bu mövqenin koordinatları, əlin açılması və ya bağlanması üçün əmrlər sonra yaddaşa verilirdi. Robotun qolu radial istiqamətdə 1067 mm və şaquli istiqamətdə 2300 mm hərəkət edərək, 34 kq ağırlığında yükü nəql edə bilirdi. Unimate firmasının robotları ilk vaxtlarda yalnız əşyaları bir yerdən başqa yerə aparmaq üçün tətbiq edilirdi. 1963-cü ildə Çinçinati Milakron (ABŞ) 75 kq yükü nəql edə bilən sənaye robotunu hazırlayır. 1969-cu ildə Viktor Ştaynman tərəfindən layihələndirilmiş 6 sərbəstlik dərəcəsinə malik robot daha dəqiq hərəkətləri yerinə yetirmək qabiliyyətinə malik idi. Bununla robotlar daha dəqiq funksiyalara malik olaraq sənayenin başqa sahələ- Avtomatlaşdırmanın yayılması 499 rində tətbiq olunur. SSRİ-də sənaye robotlarının istehsalı 60-cı illərin sonuna təsadüf edir [3.24]. İlk dəfə olaraq UM1 markalı robot hazırlanaraq sənayedə tətbiq olunur (şəkil 3.34). Bu robot 10 kq yükü qaldırmaq imkanına və 5 sərbəstlik dərəcəsinə malik idi. UM1 robotu mexaniki emal texnologiyasında, soyuq ştamplamada, qalvanik örtüklərin çəkilməsində, hissələrin təmizlənməsində görülən işlərinin yerinə yetirilməsi üçün təyin olunmuşdur. Robot mövqe idarəetmə sistemi ilə təchiz olunmuşdur. Bu, perfolentlərə yazılmış NC kodlarının köməyi ilə yerinə yetirilirdi. Əlin dönməsi və vertikal hərəkəti, həmçinin əldə bərkidilmiş tut- qacların hərəkəti hidromühərriklərin köməyi ilə yerinə yetirilirdi. Çətin iş şəraitində robotun tətbiqini mümkün etmək üçün onun hissələri qabıqla ətraf mühitdən izolə olun-muşdur. Sonra- lar SSRİ-də bir çox başqa modelli robotlar da işlənib istehsa-latda tətbiq edilir [3.24]. Sənaye robotlarının getdikcə inkişafı, bu qurğuları müxtəlif məqsədlər üçün tətbiq etməyə imkan verirdi. Bu vaxta kimi robotlar ağır hissələri götürüb, bir yerdən başqa yerə aparmaq üçün tətbiq olunurdu. 1973-cü ildə artıq robotların hazırlanması ilə məşğul olan 71 firma mövcud idi. Həmin ildə Çinçinati Milakron T3 markalı, ilk mini komyüterdən idarə olunan sənaye robotunu hazırlayır. Bu robotlarda, ilk dəfə olaraq idarə Şəkil 3.34. Sənaye robotu UM1 (1971). Avtomatlaşdırmanın yayılması 500 sistemində elektrik mühərriklərindən istifadə olunmuşdur. Robot, ümumilikdə çoxlu kiçik hissələrdən hazırlandığından onun etibarlığı aşağı idi. Bu səbəbdən onlar sənayedə az tətbiq olunurdular [3.23]. 70-ci illərdə robotların inkişafında edilən ən mühüm addımlardan biri də yaponların bu sahəyə daxil olub öz konsepsiyalarını işləmələri olmuşdur. Yaponların hazırladıqları robotların ilk modelləri Unimate robotununun lisenziyası əsasında aparılırdı. Buna misal olaraq Kavasaki Unimate firmasının məhsullarını göstərmək olar (şəkil 3.35). Bu firma Amerikanın Unimation firması ilə birlikdə işləyərək, 1969-cu ildə ilk Yapon sənaye robotunu hazırlayır. Bu robot öz amerikalı oxşarı ilə eyni xüsussiyyətlərə malik olub, hidravlik idarəetmə ötürməsinə malik idi. Kavasaki Unimate robotu əsasən avtomobil sənayesində tətbiq tapmışdır [3.20, 3.23]. Şəkil 3.35. Kavasaki Unimate 2000 robotu. Yaponiyada robotların texnoloji proseslərdə tətbiqinin üstünlüyü qısa bir zamanda aşkarlanaraq, bu istiqamətdə önəmli addımlar atılır. Belə ki, 1971-ci ildə 40-dan artıq firmanı birləşdirən “Yapon Robot Cəmiyyəti” yaradılaraq, yeni robot sistemlərinin inkişafı istiqamətində böyük işlər görmüşdür. Avtomatlaşdırmanın yayılması 501 Bu dövrdə Yaponiyada sənayenin inkişafı ilə şərtlənən işçi çatışmamazlığı robotların inkişafını və tətbiqini stimullaşdırmışdır. Bu istiqamətdə görülən işlərin səviyyəsi qısa müddətdə Amerikada olanları da ötüb keçir və dünya bazarında Amerikadan olan robotları sıxışdırır. Yaponiyada robotların sonrakı inkişafı dövründə, sənayedə tətbiq olunan müxtəlif texnoloji tapşırıqlara uyğun olaraq robotlar yaradılıb tətbiq edilir. Bunların arasında mahiyyətcə insan əlinin işləmə prinsipinə oxşar mexa- nizmə malik olan SCARA (Selective Comliance Assembly Robot) robotları Yapon robot sənayesi üçün səciyyəvi idi. Bu robot 1978-ci ildə Yamanaşi Universitetində Hitari tərəfindən düzəldilib sə- nayedə yığma xətlə- rində tətbiq olunur. İlk SCARA robotu xətti ötürməyə malik idi və CNC sistemi ilə idarə olunurdu (şəkil 3.36). Bu robotların yüksək etibarlığı, onlara tezliklə dünya şöhrəti gətirir. Sonralar yaradılan Hitari firması bu robotları seriyalı istehsal edib, bütün dünyaya yayılması ilə məşğul olur [3.23]. Avropada Unimate robotları ilk dəfə 1969-cu ildə İsveçdə tətbiq olunur. 1973-cü ildə İsveçrədə Asea firması Avropada sənaye robotu düzəltməyə başlayır. IRB6 modelli robot 6 kq-a qədər yükü qaldırıb nəql etmək qabiliyyətinə malik idi. Robotun idarə proqramı Intel mikroprosessoruna yazılmış əmrlər əsasında yerinə yetirilirdi [3.20]. Almaniyada təşkil olunmuş KUKA firması 1973-cü ildə ilk 6 koordinat üzrə elektromexaniki ötürməyə malik sənaye robotlarının Şəkil 3.36. AR-i350A robotu (Hitari firması). Avtomatlaşdırmanın yayılması 502 istehsalı ilə məşğul olur. FAMULUS adı ilə məşhur olan bu robotlar qaynaqetmə, dəzgahların yüklənməsi və boşaldılmasında, hissələrin nəql edilməsində tətbiq olunurdular (şəkil 3.37). Hal hazırda KUKA firmasının robotları avtomobil sənayesində istifadə olunan axın xətlərinin tərkib hissəsi kimi geniş yayılıblar. 80-ci illərin əvvəlində Avropada sənaye robotlarının istehsalatda tətbiqi daha geniş nəzərə çarpır. Bunu 1982-ci ildə Parisdə keçirilən “Dəzgahlar və sənaye robotları” sərgisində nümayiş etdirilən eksponatlardan görmək olurdu [3.25, 3.26]. Amerika robotları ilə bərabər Fransa məhsulları da maraq doğurur. Sömi (fran. Scemi) firması altı koordinatlı, sərbəst proqramlaşdırıla bilən sənaye robotunu nümayiş etdirir (şəkil 3.38). Xətti sürəti 2,7 m/s və dəqiqliyi 0,04 mm olan robot yığma və qablaşdırma işlərinin yerinə yetirilməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur. Robotun idarə sistemində hər oxun idarəsi üçün bir mikroprosessor nəzərdə tutulmuşdur. İdarə proqramları xüsusi dilin köməyi ilə hazırlanır. İkinci maraqlı robot Renoya (fran. Renault) mənsub olan, 1972-ci ildə yaradılmış Akma-Kribye (fran. Acma-Cribier) firmasının məhsulu − V80 sənaye robotu idi. Şarnir tipli, altı koordinatlı robot 800 N yükqaldırma qabiliyyətinə malik idi (şəkil 3.39). 1982-ci ildə Akma-Kribye firması 140 ədəd V80 robotu Şəkil 3.37. FAMULUS robotu. Şəkil 3.38. Yığma robotu. Avtomatlaşdırmanın yayılması 503 satmışdır. Bu robotlar Reno şirkətində avtomobillərin gövdəsində istifadə olunan metal lövhələrin yığılmasında və qaynaq edilməsində tətbiq edilirdi. V80 robotlarının başqa tətbiq sahəsi texnoloji proseslərdə çətin yerinə yetiriləbilən işlərin (məsələn, tökmədə hissələrin nəqli, dəzgahların yüklənmsi) aparılmasında özünə yer tapmışdır [3.25]. Şəkil 3.39. Renonun V80 robotu qaynaq xəttində. 1980-ci illərdə sensor sistemlərinin inkişaf etdirilib robotlarda tətbiq edilməsi avtomatlaşdırılmış proseslərin çevikliyini daha da artırmışdır. Sensorlar tərəfindən, emal olunacaq hissə haqqında birbaşa və ya dolayı yolla alınan informasiya robotun idarə sisteminə ötürülür və prosesin yerinə yetirilməsi üçün istifadə olunur [3.20, 3.25]. Bu işlərə - prosesin dayandırılması; - korreksiya işləri; - başlanğıc nöqtənin korreksiyası; - alətin korreksiyası; - trayektoriya sürətinin korreksiyası; - prosesdə nəzərdə tutulmamış hərəkətlərə (hadisələrə) reaksiya vermək kimi tapşırıqlar daxildir. Avtomatlaşdırmanın yayılması 504 Sensorla işləyən robotlar avtomobil sənayesində tezliklə özünə yer tapır. Optik sensorlarla təchiz olunmuş robotlar bir neçə fəhlənin işini görərək yüksək məhsuldarlıq əldə etməyə imkan verir. Yığmada tətbiq olunan optik sensor sistemlər bir neçə tapşırığı yerinə yetirmək üçün nəzərdə tutulur (şəkil 3.40). Şəkil 3.40. Senzorların köməyilə avtomobil şüşələrin quraşdırılması. Hissələrin birləşdirilməsi zamanı obyektlərin identifikasiya olunması, onların mövqelərinin tapılması və lazım gələrsə tutma zamanı tətbiq olunan qüvvəyə nəzarət edilməsi yerinə yetirilir. Birləşdirmə zamanı hərəkətin tətbiq olunan qüvvə və moment vasitəsilə nəzarəti vacibdir. Birləşdirmədən sonra görülən işlərin nəticələrinə nəzarət edilməsi də sensorların payına düşür. Bu işlərin yerinə yetirilməsi üçün binar şəkillər əsasında işləyən sensorların avtomobillərin yığılmasında tətbiqini misal göstərmək olar. Bu sensorlar dörd komponentdən- kamera, verilənləri qiymətləndirmək üçün elektronika, idarə qurğusu və monitordan ibarədtir. Kameraların götürdükləri informasiyalar qiymətləndirici qurğunun köməyi ilə əvvəlcə binar şəkilə çevirilir. Sonra bu şəkilin analizi əsasında verilmiş tapşırıqdan asılı olaraq hissələrin kontrastı, kantları və deşikləri aşkar edilir. Bu informasiyadan Avtomatlaşdırmanın yayılması 505 istifadə etməklə hissələrin yığmada dəqiq mövqeləşdirilməsi mümkün olur. Şəkil 3.40-da verilmiş prosesi buna misal göstərmək olar. Burada axın xəttinə verilmiş avtomobil gövdəsinin dəqiq mövqesi optik sensorlar tərəfindən ölçülərək qiymətləndirilir və sonra qabaq şüşənin oturdulmasında istifadə edilir. Hal-hazırda yığma zamanı fotoqrametrik prinsiplə işləyən 3D ölçmə sistemləri geniş tətbiq edilir. Bu sistemlərin köməyi ilə yığılan hissənin verilmiş vəziyyətdə mövqeləşmə dəqiqliyi 3 ölçülü şəkillərin əsasında yerinə yetirilir [3.27]. Robotların çevikliyi və sərtliyinin artması, onların təkcə daha dəqiq işlərin yerinə yetirilməsində yox, həm də mexaniki emal kimi nisbətən böyük güc tələb olunan proseslərdə tətbiqinə imkan vermişdir. Robotların mexaniki emalda tətbiqi hələ 80-ci illərdən məlumdur. Ancaq onlar ilk zamanlarda yalnız az qüvvə tələb olunan və kobud işlərin yerinə yetirilməsində istifadə olunurdular. Sənaye robotlarının mexaniki emal texnologyasında tətbiqinə aid misal kimi metal lövhələrin təzyiq altında soyuq emalını göstərmək olar. Bu işlə məşğul olan Stuttqart Texniki Universitetinin elmi işçiləri sənaye robotuna xüsusi alətə malik olan başlıq birləşdirmişlər (şəkil 3.41). Bu başlıqda bərkidilmiş çəkic müəyyən tezliklə pəstahı döyəcələyir. Başlığın hərəkət trayektoriyası pəstahın həndəsəsi əsasında əvvəlcədən CAD/CAM sisteminin köməyi ilə hazırlanır. Hissə yuxarıdan aşağıya doğru döyəcələnərək ona lazımi forma verilir. Prosesin üstünlüyü ondan ibarətdir ki, hər bir verilmiş hissə üçün xüsusi alət formasına ehtiyac qalmır. Bu prosesin çevikliyini artırır. Tətbiq olunan robotlar başqa texnoloji tapşırıqların yerinə yetirilməsi üçün də tətbiq oluna bilir. Lövhələrin qalınlığı 2 mm-ə qədər, maksimal mailliyi isə 60°-dir. Alüminiumdan və süni materialdan hazırlanan kompleks gövdə hissələrin emalında tətbiq olunan müxtəlif proseslərin (təmizləmə, mexaniki emal, səthin kimyəvi emalı) bir işçi yerində aparılmasında robotların tətbiqi böyük imkanlar açır. Avtomatlaşdırmanın yayılması 506 Şəkil 3.41. Sənaye robotunun köməyi ilə soyuq emal. Nisbətən ucuz başa gələn sənaye robotunun əl hissəsində yüksəksürətli şpindelin bərkidilməsi ilə yeni texnoloji məsələlərin həlli mümkündür [3.28]. Prosesin aparılması adi dəzgahlar üçün hazırlanmış NC proqramlarının köməyi ilə yerinə yetirilə bilir (şəkil 3.42). Bunun üçün robotun idarə sistemində xətti koordinatları polyar koordinatlara çevirən proqramın olması lazımdır. Müasir sənaye robotları dəqiqliyi ± 0,05 mm həddində olan hissələrin emalına imkan verir [3.28]. Avtomatlaşdırmanın yayılması 507 Robotların sənayedə uğurlu tətbiqi, onların hazırlanması və istismarına qoyulan təhlükəsizlik qaydalarına riayət olunması ilə bağlıdır. Bu qaydalar robotların tətbiq sahəsindən asılı olaraq tərtib olunur. Adətən robotların işçi sahələri istehsalın başqa sahələrindən metal tor və ya lövhələrdən hazırlanmış məhəccərlə təcrid olunur. Bundan əlavə xüsusi cihazlarla robotların hərəkətləri daimi nəzarət edilir. Şəkil 3.42. Robotla frezləmə. Görülmüş təhlükəsizlik tədbirlərinə baxmayaraq, robotlar insan həyatı üçün müəyyən təhlükə yaradırlar. İndiyə qədər baş verən bədbəxt hadisələr ya robotun təmiri, ya da proqramlaşdırılması zamanı baş vermişdir. 1981-ci ildə Kavasaki firmasında fəhlə robot tərəfindən öldürülmüşdür. Fəhlə robotu təmir edən zaman idarəetmə sistemində baş verən qısa qapanma nəticəsində robotun əli işçinin başını tutaraq, onu qətlə yetirmişdir. Bu hadisədən sonra robotların hazırlanması və tətbiqinə qoyulan təhlükəsizlik qaydaları sərtləşdirilmiş və ümumi nor- Avtomatlaşdırmanın yayılması 508 mativlər işlənmişdir. Robotların sənayedə tətbiqinin bu günkü səviyyəsi göstərir ki, onların inkişafı və səmərəli istifadəsi hələ də inkişafdadır. Sənaye robotlarını tənqid edənlərin fikirlərinin əksinə olaraq, robotlar demək olar ki, istehsalın bütün sahələrinə daxil olmuş və işçilərin əməyini yüngülləşdırmişdir. |