Robot industrial. Roboți în producție. Automate-roboți

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Aceste dispozitive sunt deosebit de solicitate astăzi în economia națională. Un robot industrial, care seamănă puțin cu prototipul său din cartea Rise of the Robots de K. Chapek, nu hrănește deloc idei revoluționare. Dimpotrivă, execută conștiincios, și cu mare acuratețe, atât procesele principale de producție (asamblare, sudură, vopsire), cât și pe cele auxiliare (încărcare și descărcare, fixarea produsului în timpul fabricației, mutare).

Folosirea unor astfel de mașini „inteligente” contribuie la rezolvarea eficientă a trei probleme majore de producție:

• îmbunătățirea productivității muncii;
• îmbunătățiți condițiile de muncă ale oamenilor;
• optimizează utilizarea resurselor umane.

Roboții industriali sunt creația producției pe scară largă

Roboții în producție s-au răspândit masiv la sfârșitul secolului al XX-lea datorită creșterii semnificative a producției industriale. Serii mari de produse au dus la necesitatea intensității și calității unei astfel de lucrări, a căror performanță depășește capacitățile obiective ale omului. În loc să angajeze multe mii de muncitori calificați, funcționează fabricile tehnologice modernenumeroase linii automate de în altă performanță care funcționează în cicluri intermitente sau continue.

Liderii în dezvoltarea unor astfel de tehnologii, care declară utilizarea pe scară largă a roboților industriali, sunt Japonia, SUA, Germania, Suedia și Elveția. Roboții industriali moderni fabricați în țările de mai sus sunt împărțiți în două grupuri mari. Tipurile lor sunt determinate de apartenența la două metode fundamental diferite de management:

• manipulatoare automate;
• dispozitive controlate de la distanță de un om.

La ce sunt folosite?

Nevoia creării lor a început să fie discutată la începutul secolului al XX-lea. Cu toate acestea, la acel moment nu exista un element de bază pentru implementarea planului. Astăzi, urmând dictaturile vremurilor, mașinile robotizate sunt folosite în majoritatea celor mai avansate industrii din punct de vedere tehnologic.

Din păcate, reechiparea unor industrii întregi cu astfel de mașini „inteligente” este îngreunată de lipsa investițiilor. Deși beneficiile utilizării lor depășesc în mod clar costurile bănești inițiale, deoarece ne permit să vorbim nu numai și nu atât de mult despre automatizare, ci despre schimbări profunde în sfera producției și a muncii.

Folosirea roboților industriali a făcut posibilă efectuarea mai eficientă a unor lucrări care depășesc forța umană în ceea ce privește intensitatea și precizia muncii: încărcarea/descărcarea, stivuirea, sortarea, orientarea pieselor; mutarea semifabricatelor de la un robot la altul și a produselor finite într-un depozit; sudare în puncte și sudare cu cusături; montaj de piese mecanice si electronice; pozarea cablurilor; tăierespații de-a lungul unui contur complex.

Manipulator ca parte a unui robot industrial

Din punct de vedere funcțional, o astfel de mașină „inteligentă” constă dintr-un ACS reprogramabil (sistem de control automat) și un corp de lucru (sistem de deplasare și un manipulator mecanic). Dacă ACS este de obicei destul de compact, ascuns vizual și nu atrage imediat atenția, atunci corpul de lucru are un aspect atât de caracteristic încât un robot industrial este adesea numit astfel: „robot-manipulator”.

Prin definiție, un manipulator este un dispozitiv care mută suprafețele de lucru și obiectele de muncă în spațiu. Aceste dispozitive constau din două tipuri de legături. Primul oferă o mișcare progresivă. Al doilea este deplasarea unghiulară. Astfel de legături standard folosesc acționare pneumatică sau hidraulică (mai puternică) pentru deplasarea lor.

Manipulatorul, creat prin analogie cu mâna omului, este echipat cu un dispozitiv de prindere tehnologic pentru lucrul cu piesele. În diverse dispozitive de acest tip, prinderea directă a fost efectuată cel mai adesea cu degetele mecanice. Când lucrați cu suprafețe plane, obiectele au fost capturate folosind ventuze mecanice.

Dacă manipulatorul trebuia să lucreze simultan cu multe piese similare, atunci capturarea a fost realizată datorită unui design extins special.

În locul unei prinderi, un manipulator este adesea echipat cu echipament mobil de sudură, un pistol de pulverizare tehnologic special sau pur și simplușurubelniță.

Cum se mișcă robotul

Automata-roboții se adaptează de obicei la două tipuri de mișcare în spațiu (deși unii dintre ei pot fi numiți staționari). Depinde de condițiile unei anumite producții. Dacă este necesar să se asigure mișcarea pe o suprafață netedă, atunci aceasta este implementată folosind o șină direcțională. Dacă este necesar să se lucreze la diferite niveluri, se folosesc sisteme „de mers” cu ventuze pneumatice. Un robot în mișcare este perfect orientat atât în coordonate spațiale, cât și unghiulare. Dispozitivele moderne de poziționare ale unor astfel de dispozitive sunt unificate, constau din blocuri tehnologice și permit mișcarea de în altă precizie a pieselor de prelucrat cu o greutate de la 250 la 4000 kg.

Design

Utilizarea mașinilor automate în cauză tocmai în industriile multidisciplinare a dus la o anumită unificare a principalelor lor blocuri constitutive. Manipulatoarele robotizate industriale moderne au în design:

• cadru folosit pentru a fixa dispozitivul de prindere a pieselor (prindere) - un fel de „mână” care realizează de fapt prelucrarea;
• prinde cu un ghid (acesta din urmă determină poziția „mânii” în spațiu);
• suport dispozitive care antrenează, convertesc și transmit energie sub formă de cuplu pe axă (mulțumită acestora, robotul industrial primește potențialul de mișcare);
• sistem de monitorizare și management pentru implementarea programelor alocate acestuia; acceptarea de noi programe; analiza informațiilor provenite de la senzori și, în consecință,transferarea acestuia pe dispozitive furnizate;
• sistem de poziționare a piesei de lucru, măsurarea pozițiilor și mișcărilor de-a lungul axelor de manipulare.

Zoriile roboților industriali

Să ne întoarcem la trecutul recent și să ne amintim cum a început istoria creării mașinilor automate industriale. Primii roboți au apărut în SUA în 1962 și au fost produși de Union Incorporated și Versatran. Deși, mai precis, au lansat totuși robotul industrial Unimate, creat de inginerul american D. Devol, care și-a patentat propriile pistoale autopropulsate programate cu carduri perforate. A fost o descoperire tehnică evidentă: mașinile „inteligente” și-au amintit coordonatele punctelor de referință de pe traseul lor și au efectuat lucrările conform programului.

Primul robot industrial al Unimate a fost echipat cu o prindere cu două degete acționată pneumatic și un braț acționat hidraulic cu cinci grade de libertate. Caracteristicile sale au făcut posibilă deplasarea unei piese de 12 kg cu o precizie de 1,25 mm.

Un alt braț robotizat Versatran, fabricat de compania cu același nume, a încărcat și descărcat 1.200 de cărămizi pe oră într-un cuptor. El a înlocuit cu succes munca oamenilor într-un mediu dăunător sănătății lor cu o temperatură ridicată. Ideea creării sale s-a dovedit a fi foarte reușită, iar designul este atât de fiabil încât unele mașini ale acestui brand continuă să funcționeze în timpul nostru. Și asta în ciuda faptului că resursele lor au depășit sute de mii de ore.

Rețineți că prima generație de roboți industriali îndin punct de vedere al valorii, a presupus 75% mecanică și 25% electronică. Reajustarea unor astfel de dispozitive a necesitat timp și a cauzat perioade de nefuncționare a echipamentelor. Pentru a le reutiliza pentru a efectua lucrări noi, programul de control a fost înlocuit.

Mașini robot de a doua generație

Curând a devenit clar: în ciuda tuturor avantajelor, mașinile primei generații s-au dovedit a fi imperfecte… A doua generație și-a asumat un control mai subtil al roboților industriali - adaptivi. Primele dispozitive au necesitat comandarea mediului în care lucrau. Această din urmă împrejurare însemna adesea costuri suplimentare mari. Acest lucru devenea critic pentru dezvoltarea producției de masă.

Noua etapă de progres a fost caracterizată de dezvoltarea multor senzori. Cu ajutorul lor, robotul a primit o calitate numită „sentiment”. A început să primească informații despre mediul extern și, în conformitate cu acesta, să aleagă cea mai bună cale de acțiune. De exemplu, a dobândit abilități care îi permit să ia o parte și să ocolească un obstacol cu el. Această acțiune are loc datorită prelucrării de către microprocesor a informațiilor primite, care în continuare, introduse în variabilele programelor de control, sunt de fapt ghidate de roboți.

Tipuri de operațiuni de producție de bază (sudare, vopsire, asamblare, diverse tipuri de prelucrare) sunt, de asemenea, supuse adaptării. Adică, atunci când se efectuează fiecare dintre ele, multivarianța este inițiată pentru a îmbunătăți calitatea oricărui tip de lucrări de mai sus.

Manipulatoarele industriale sunt controlate în principal de software. Hardware de controlfuncțiile sunt mini-calculatoare industriale PC/104 sau MicroPC. Rețineți că controlul adaptiv se bazează pe software multivariant. Mai mult, decizia privind alegerea tipului de funcționare a programului este luată de robot pe baza informațiilor despre mediul descris de detectoare.

O trăsătură caracteristică a funcționării robotului de a doua generație este prezența prealabilă a unor moduri de funcționare stabilite, fiecare dintre acestea fiind activat la anumiți indicatori obținuți din mediul extern.

A treia generație de roboți

Roboții automati din a treia generație sunt capabili să genereze independent un program al acțiunilor lor, în funcție de sarcină și de circumstanțele mediului extern. Nu au „cheat sheets”, adică acțiuni tehnologice pictate pentru anumite variante ale mediului extern. Ei au capacitatea de a construi independent în mod optim algoritmul muncii lor, precum și de a-l implementa rapid în practică. Costul electronicii unui astfel de robot industrial este de zece ori mai mare decât al părții sale mecanice.

Cel mai nou robot, care captează o piesă datorită senzorilor, „știe” cât de bine a făcut-o. În plus, forța de prindere în sine (forța feedback) este reglată în funcție de fragilitatea materialului piesei. Poate de aceea dispozitivul noii generații de roboți industriali se numește inteligent.

După cum înțelegeți, „creierul” unui astfel de dispozitiv este sistemul său de control. Cea mai promițătoare este reglementarea efectuată după metodele artificialeinteligență.

Inteligenta acestor masini este oferita de pachete de aplicatii, controlere logice programabile, instrumente de modelare. În producție, roboții industriali sunt conectați în rețea, oferind nivelul adecvat de interacțiune între sistemul om-mașină. De asemenea, au fost dezvoltate instrumente pentru a prezice funcționarea unor astfel de dispozitive în viitor datorită simulării software implementate, care vă permite să alegeți cele mai bune opțiuni pentru acțiune și configurații de conectare la rețea.

Cele mai mari companii de roboți din lume

Astăzi, utilizarea roboților industriali este asigurată de companii de vârf, inclusiv japoneze (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), americane (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), germane (Kuka).

Pentru ce sunt celebre aceste firme în lume? Activele lui Fanuc includ cel mai rapid robot delta M-1iA de până acum (astfel de mașini sunt de obicei folosite pentru ambalare), cel mai puternic dintre roboții în serie - M-2000iA, roboți de sudură ArcMate recunoscuți în întreaga lume.

Roboții industriali produși de Kuka nu sunt mai puțin solicitați. Aceste mașini efectuează prelucrarea, sudarea, asamblarea, ambalarea, paletizarea, încărcarea cu precizie germană.

De asemenea, impresionantă este și gama de produse a companiei japono-americane Motoman (Yaskawa), care operează pe piața din SUA: 175 de modele de roboți industriali, precum și peste 40 de soluții integrate. Roboții industriali utilizați în producție în SUA sunt fabricați în mare parte de acest lider în industriecompanie.

Majoritatea celorl alte firme pe care le reprezentăm își umple nișa producând o gamă mai restrânsă de instrumente specializate. De exemplu, Daihen și Panasonic produc roboți de sudură.

Metode de organizare a producției automate

Dacă vorbim despre organizarea producției automate, atunci la început a fost implementat un principiu liniar rigid. Cu toate acestea, la o viteză suficient de mare a ciclului de producție, are un dezavantaj semnificativ - timp de oprire din cauza defecțiunilor. Ca alternativă, a fost inventată tehnologia rotativă. Cu o astfel de organizare a producției, atât piesa de prelucrat, cât și linia automată în sine (roboții) se mișcă într-un cerc. Mașinile în acest caz pot duplica funcții, iar defecțiunile sunt practic excluse. Cu toate acestea, în acest caz, viteza este pierdută. Organizarea ideală a procesului este un hibrid dintre cele două de mai sus. Se numește transportor rotativ.

Robot industrial ca element al producției automate flexibile

Dispozitivele moderne „inteligente” sunt reconfigurate rapid, sunt extrem de productive și efectuează munca în mod independent folosind echipamentele lor, materialele de prelucrare și piesele de prelucrat. În funcție de specificul utilizării, ele pot funcționa atât în cadrul unui singur program, cât și prin variarea activității lor, adică alegându-l pe cel potrivit dintr-un număr fix de programe furnizate.

Robotul industrial este un element constitutiv al producției automate flexibile (abreviere general acceptată - GAP). Ultimulinclude și:

• sistem de proiectare asistată de computer;
• complex de control automat al echipamentelor tehnologice de producție;
• brațe robotizate industriale;
• Transport automat de producție;
• dispozitive de încărcare/descărcare și plasare;
• sisteme de control al procesului de fabricație;
• control automat al producției.

Mai multe despre practica folosirii roboților

Aplicațiile industriale reale sunt roboți moderni. Tipurile lor sunt diferite și oferă o productivitate ridicată în domenii importante din punct de vedere strategic ale industriei. În special, economia germană modernă își datorează o mare parte din potențialul său de creștere aplicării lor. În ce industrii lucrează acești „lucitori ai fierului”? În prelucrarea metalelor, acestea funcționează în aproape toate procesele: turnare, sudare, forjare, oferind cel mai în alt nivel de calitate a muncii.

Fiind o industrie cu condiții extreme pentru munca umană (adică temperaturi ridicate și poluare), turnarea este în mare parte robotizată. Mașinile de la Kuka sunt asamblate chiar și în turnătorii.

Industria alimentară a primit și echipamente pentru producție de la Kuka. „Roboții de mâncare” (fotografiile sunt prezentate în articol) înlocuiesc în cea mai mare parte oamenii în zonele cu condiții speciale. Distribuit în producția de mașini care asigură un microclimat în încăperi încălzite cutemperatura nu depășește 30 de grade Celsius. Roboții din oțel inoxidabil prelucrează cu măiestrie carnea, participă la producția de produse lactate și, bineînțeles, stivuesc și ambalează produsele într-un mod optim.

Este dificil de supraestimat contribuția unor astfel de dispozitive la industria auto. Potrivit experților, cele mai puternice și productive mașini de astăzi sunt tocmai roboții „Cook”. Fotografiile unor astfel de dispozitive care efectuează întreaga gamă de operațiuni de asamblare auto sunt impresionante. În același timp, este timpul să vorbim despre producția automatizată.

Prelucrarea materialelor plastice, producția de plastic, fabricarea celor mai complexe piese din diverse materiale este asigurată de roboți în producție într-un mediu poluat care este cu adevărat dăunător sănătății umane.

Un alt domeniu important de aplicare pentru agregatele „Cook” este prelucrarea lemnului. Mai mult decât atât, dispozitivele descrise asigură atât onorarea comenzilor individuale, cât și stabilirea unei producții de masă la scară largă în toate etapele - de la prelucrare primară și tăiere până la frezare, găurire, șlefuire.

Prețuri

În prezent, roboții fabricați de Kuka și Fanuc sunt căutați pe piețele din Rusia și CSI. Prețurile lor variază de la 25.000 la 800.000 de ruble. O diferență atât de impresionantă se explică prin existența diferitelor modele: standard de capacitate redusă (5-15 kg), special (rezolvarea sarcinilor speciale), specializat (lucrând într-un mediu non-standard), de capacitate mare (până la 4000 de tone).).

Concluzii

Trebuie să recunoaștem că potențialul roboților industriali nu este încă exploatat pe deplin. În același timp, datorită eforturilor specialiștilor, tehnologiile moderne fac posibilă implementarea unor idei din ce în ce mai îndrăznețe.

Nevoia de a crește productivitatea economiei mondiale și de a maximiza ponderea muncii intelectuale umane servesc drept stimulente puternice pentru dezvoltarea a tot mai multe tipuri noi și modificări de roboți industriali.