Priemyselný robot. Roboty vo výrobe. Automaty-roboty

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Tieto zariadenia sú dnes obzvlášť žiadané v národnom hospodárstve. Priemyselný robot, ktorý sa len málo podobá na svoj prototyp z knihy Rise of the Robots od K. Chapka, revolučné myšlienky vôbec neživí. Naopak, svedomito a s veľkou presnosťou vykonáva hlavné výrobné procesy (montáž, zváranie, lakovanie) aj pomocné (nakladanie a vykladanie, fixovanie výrobku pri výrobe, sťahovanie).

Používanie takýchto „inteligentných“strojov prispieva k efektívnemu riešeniu troch hlavných výrobných problémov:

• zlepšenie produktivity práce;
• zlepšiť pracovné podmienky ľudí;
• optimalizovať využitie ľudských zdrojov.

Priemyselné roboty sú duchovným dieťaťom veľkovýroby

Roboty vo výrobe sa masívne rozšírili koncom 20. storočia vďaka výraznému nárastu priemyselnej výroby. Veľké série výrobkov viedli k potrebe intenzity a kvality takejto práce, ktorej výkon presahuje objektívne ľudské možnosti. Namiesto toho, aby zamestnávali mnoho tisíc kvalifikovaných pracovníkov, fungujú moderné technologické továrnepočetné vysokovýkonné automatické linky pracujúce v prerušovaných alebo nepretržitých cykloch.

Lídri vo vývoji takýchto technológií, deklarujúcich široké využitie priemyselných robotov, sú Japonsko, USA, Nemecko, Švédsko a Švajčiarsko. Moderné priemyselné roboty vyrábané vo vyššie uvedených krajinách sú rozdelené do dvoch veľkých skupín. Ich typy sú určené príslušnosťou k dvom zásadne odlišným metódam riadenia:

• automatické manipulátory;
• zariadenia ovládané na diaľku človekom.

Na čo sa používajú?

O potrebe ich vytvorenia sa začalo diskutovať začiatkom 20. storočia. V tom čase však neexistovala základňa prvkov na realizáciu plánu. Dnes, podľa diktátu doby, sa robotické stroje používajú vo väčšine technologicky najvyspelejších priemyselných odvetví.

Prevybavovanie celých priemyselných odvetví takýmito „inteligentnými“strojmi, žiaľ, bráni nedostatok investícií. Aj keď výhody ich použitia jednoznačne prevyšujú počiatočné peňažné náklady, pretože nám umožňujú hovoriť nielen a nie tak o automatizácii, ale o hlbokých zmenách vo sfére výroby a práce.

Použitie priemyselných robotov umožnilo efektívnejšie vykonávať prácu, ktorá je z hľadiska náročnosti a presnosti práce nad ľudské sily: nakladanie / vykladanie, stohovanie, triedenie, orientácia dielov; presúvanie polotovarov z jedného robota do druhého a hotových výrobkov do skladu; bodové zváranie a švové zváranie; montáž mechanických a elektronických častí; kladenie káblov; rezaniepolotovary pozdĺž zložitého obrysu.

Manipulátor ako súčasť priemyselného robota

Funkčne takýto „inteligentný“stroj pozostáva z preprogramovateľného ACS (automatický riadiaci systém) a pracovného tela (pojazdový systém a mechanický manipulátor). Ak je ACS zvyčajne dosť kompaktný, vizuálne skrytý a neupúta okamžite pozornosť, potom má pracovné telo taký charakteristický vzhľad, že priemyselný robot sa často nazýva takto: „robot-manipulátor“.

Podľa definície je manipulátor zariadenie, ktoré pohybuje pracovnými plochami a pracovnými predmetmi v priestore. Tieto zariadenia pozostávajú z dvoch typov prepojení. Prvý poskytuje progresívny pohyb. Druhým je uhlové posunutie. Takéto štandardné spojenia využívajú na svoj pohyb buď pneumatický alebo hydraulický (výkonnejší) pohon.

Manipulátor, vytvorený analogicky s ľudskou rukou, je vybavený technologickým uchopovacím zariadením na prácu s dielmi. V rôznych zariadeniach tohto typu sa priamy úchop najčastejšie uskutočňoval mechanickými prstami. Pri práci s rovnými povrchmi sa predmety zachytávali pomocou mechanických prísaviek.

Ak musel manipulátor pracovať súčasne s mnohými podobnými obrobkami, potom sa zachytávanie uskutočnilo vďaka špeciálnej rozsiahlej konštrukcii.

Namiesto chápadla je manipulátor často vybavený mobilným zváracím zariadením, špeciálnou technologickou striekacou pištoľou alebo jednoduchoskrutkovač.

Ako sa robot pohybuje

Automaty-roboty sa zvyčajne prispôsobujú dvom typom pohybu v priestore (hoci niektoré z nich možno nazvať stacionárne). Závisí to od podmienok konkrétnej výroby. Ak je potrebné zabezpečiť pohyb po hladkom povrchu, potom sa realizuje pomocou smerovej jednokoľajky. Ak je potrebné pracovať na rôznych úrovniach, používajú sa „chodiace“systémy s pneumatickými prísavkami. Pohybujúci sa robot je dokonale orientovaný v priestorových aj uhlových súradniciach. Moderné polohovacie zariadenia takýchto zariadení sú unifikované, pozostávajú z technologických blokov a umožňujú vysoko presný pohyb obrobkov s hmotnosťou od 250 do 4000 kg.

Design

Použitie predmetných automatizovaných strojov práve v multidisciplinárnych odvetviach viedlo k určitému zjednoteniu ich hlavných základných blokov. Moderné priemyselné robotické manipulátory majú vo svojom dizajne:

• rám používaný na upevnenie zariadenia na uchopenie dielov (drapák) – druh „ruky“, ktorá v skutočnosti vykonáva spracovanie;
• chyťte sa pomocou vodítka (ten určuje polohu „ruky“v priestore);
• podporujú zariadenia, ktoré poháňajú, premieňajú a prenášajú energiu vo forme krútiaceho momentu na osi (vďaka nim získava priemyselný robot potenciál pohybu);
• systém monitorovania a riadenia na implementáciu programov, ktoré mu boli pridelené; prijímanie nových programov; analýzu informácií prichádzajúcich zo senzorov, a tedaprenos na poskytujúce zariadenia;
• systém polohovania pracovnej časti, meranie polôh a pohybov pozdĺž osí manipulácie.

Úsvit priemyselných robotov

Vráťme sa do nedávnej minulosti a pripomeňme si, ako sa začala história vytvárania priemyselných automatov. Prvé roboty sa objavili v USA v roku 1962 a vyrábali ich spoločnosti Union Incorporated a Versatran. Hoci, aby som bol presný, predsa len vydali priemyselného robota Unimate, ktorého autorom je americký inžinier D. Devol, ktorý si patentoval vlastné samohybné delá naprogramované pomocou diernych štítkov. Bol to zjavný technický prielom: „inteligentné“stroje si pamätali súradnice trasových bodov na svojej trase a vykonávali prácu podľa programu.

Prvý priemyselný robot Unimate bol vybavený pneumaticky ovládaným dvojprstovým chápadlom a hydraulicky ovládaným ramenom s piatimi stupňami voľnosti. Jeho vlastnosti umožnili premiestniť 12 kg súčiastku s presnosťou 1,25 mm.

Ďalšie robotické rameno Versatran, vyrobené rovnomennou spoločnosťou, nakladalo a vykladalo 1 200 tehál za hodinu do pece. Prácu ľudí v zdraviu škodlivom prostredí úspešne nahradil vysokou teplotou. Myšlienka jeho vytvorenia sa ukázala ako veľmi úspešná a dizajn je taký spoľahlivý, že niektoré stroje tejto značky fungujú aj v našej dobe. A to aj napriek tomu, že ich zdroje presiahli stovky tisíc hodín.

Upozorňujeme, že prvá generácia priemyselných robotov vz hľadiska hodnoty predpokladal 75 % mechaniky a 25 % elektroniky. Opätovné nastavenie takýchto zariadení si vyžiadalo čas a spôsobilo prestoje zariadení. Riadiaci program bol nahradený, aby mohli vykonávať novú prácu.

Druhá generácia robotických strojov

Čoskoro sa ukázalo: napriek všetkým výhodám sa stroje prvej generácie ukázali ako nedokonalé… Druhá generácia predpokladala jemnejšie ovládanie priemyselných robotov – adaptívne. Úplne prvé zariadenia si vyžadovali objednanie prostredia, v ktorom pracovali. Posledná okolnosť často znamenala vysoké dodatočné náklady. To sa stalo kritickým pre rozvoj sériovej výroby.

Novú etapu pokroku charakterizoval vývoj mnohých senzorov. S ich pomocou robot získal kvalitu nazývanú „pocit“. Začal dostávať informácie o vonkajšom prostredí a v súlade s nimi voliť najlepší postup. Získal napríklad zručnosti, ktoré mu umožňujú zúčastniť sa a obísť s ňou prekážku. K tejto akcii dochádza v dôsledku mikroprocesorového spracovania prijatých informácií, ktoré ďalej, vložené do premenných riadiacich programov, v skutočnosti riadia roboty.

Prispôsobeniu podliehajú aj typy základných výrobných operácií (zváranie, lakovanie, montáž, rôzne druhy obrábania). To znamená, že pri vykonávaní každého z nich sa spustí multivariant, aby sa zlepšila kvalita akéhokoľvek druhu vyššie uvedených prác.

Priemyselné manipulátory sú riadené hlavne softvérom. Riadiaci hardvérfunkciami sú priemyselné minipočítače PC/104 alebo MicroPC. Všimnite si, že adaptívne riadenie je založené na multivariantnom softvéri. Okrem toho, rozhodnutie o voľbe typu činnosti programu robí robot na základe informácií o prostredí opísanom detektormi.

Charakteristickou črtou fungovania robota druhej generácie je predbežná prítomnosť zavedených režimov prevádzky, z ktorých každý sa aktivuje pri určitých indikátoroch získaných z vonkajšieho prostredia.

Tretia generácia robotov

Automatické roboty tretej generácie sú schopné samostatne generovať program svojich akcií v závislosti od úlohy a okolností vonkajšieho prostredia. Nemajú „cheat sheety“, t.j. namaľované technologické úkony pre určité varianty vonkajšieho prostredia. Majú schopnosť samostatne optimálne zostaviť algoritmus svojej práce, ako aj rýchlo ho implementovať do praxe. Náklady na elektroniku takéhoto priemyselného robota sú desaťkrát vyššie ako jeho mechanická časť.

Najnovší robot, ktorý zachytáva časť vďaka senzorom, „vie“, ako dobre to urobil. Okrem toho je samotná sila uchopenia (force feedback) regulovaná v závislosti od krehkosti materiálu dielu. Možno aj preto sa zariadenie novej generácie priemyselných robotov nazýva inteligentné.

Ako ste pochopili, „mozog“takéhoto zariadenia je jeho riadiaci systém. Najsľubnejšia je regulácia vykonávaná podľa metód umelýchinteligencia.

Inteligenciu týmto strojom poskytujú aplikačné balíky, programovateľné logické automaty, modelovacie nástroje. Vo výrobe sú priemyselné roboty zosieťované a poskytujú správnu úroveň interakcie medzi systémom človek-stroj. Taktiež boli vyvinuté nástroje na predpovedanie fungovania takýchto zariadení v budúcnosti vďaka implementovanej softvérovej simulácii, ktorá vám umožňuje vybrať najlepšie možnosti pre akciu a konfiguráciu sieťového pripojenia.

Popredné svetové spoločnosti zaoberajúce sa robotmi

Využitie priemyselných robotov dnes zabezpečujú popredné spoločnosti vrátane japonských (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerických (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), nemeckých (Kuka).

Čím sú tieto firmy známe vo svete? Medzi aktíva Fanuc patrí doteraz najrýchlejší delta robot M-1iA (takéto stroje sa zvyčajne používajú na balenie), najsilnejší zo sériových robotov - M-2000iA, celosvetovo uznávané zváracie roboty ArcMate.

Priemyselné roboty z produkcie Kuka nie sú o nič menej žiadané. Tieto stroje vykonávajú spracovanie, zváranie, montáž, balenie, paletizáciu, nakladanie s nemeckou presnosťou.

Pôsobivý je aj sortiment japonsko-americkej spoločnosti Motoman (Yaskawa), pôsobiacej na americkom trhu: 175 modelov priemyselných robotov, ako aj viac ako 40 integrovaných riešení. Priemyselné roboty používané vo výrobe v USA sú väčšinou vyrábané týmto lídrom v tomto odvetvíspoločnosť.

Väčšina ostatných firiem, ktoré zastupujeme, vypĺňa ich medzeru výrobou užšieho sortimentu špecializovaných nástrojov. Napríklad Daihen a Panasonic vyrábajú zváracie roboty.

Metódy organizácie automatizovanej výroby

Ak hovoríme o organizácii automatizovanej výroby, tak najprv bol implementovaný rigidný lineárny princíp. Pri dostatočne vysokej rýchlosti výrobného cyklu má však významnú nevýhodu - prestoje v dôsledku porúch. Ako alternatíva bola vynájdená rotačná technológia. Pri takejto organizácii výroby sa obrobok aj samotná automatizovaná linka (roboty) pohybujú v kruhu. Stroje v tomto prípade môžu duplikovať funkcie a poruchy sú prakticky vylúčené. V tomto prípade však dochádza k strate rýchlosti. Ideálna organizácia procesov je hybridom dvoch vyššie uvedených. Nazýva sa to rotačný dopravník.

Priemyselný robot ako prvok flexibilnej automatickej výroby

Moderné „inteligentné“zariadenia sú rýchlo prekonfigurované, vysoko produktívne a samostatne vykonávajú prácu pomocou svojich zariadení, spracovateľských materiálov a obrobkov. V závislosti od špecifík použitia môžu fungovať ako v rámci jedného programu, tak aj obmenou práce, t. j. výberom toho správneho z pevného počtu poskytovaných programov.

Priemyselný robot je základným prvkom flexibilnej automatizovanej výroby (všeobecne akceptovaná skratka - GAP). Poslednázahŕňa aj:

• počítačom podporovaný návrhový systém;
• komplex automatizovaného riadenia technologických zariadení výroby;
• priemyselné robotické ruky;
• Automatická výrobná doprava;
• zariadenia na nakladanie/vykladanie a umiestňovanie;
• systémy riadenia výrobného procesu;
• automatické riadenie výroby.

Viac o praxi používania robotov

Skutočné priemyselné aplikácie sú moderné roboty. Ich typy sú rôzne a poskytujú vysokú produktivitu v strategicky dôležitých oblastiach priemyslu. Najmä moderná nemecká ekonomika vďačí za svoj rastúci potenciál ich aplikácii. V akých odvetviach títo „železiari“pracujú? V kovoobrábaní fungujú takmer vo všetkých procesoch: odlievanie, zváranie, kovanie, poskytujúc najvyššiu úroveň kvality práce.

Ako odvetvie s extrémnymi podmienkami pre ľudskú prácu (čo znamená vysoké teploty a znečistenie) je odlievanie do značnej miery robotizované. Stroje od Kuka sa montujú aj v zlievarňach.

Potravinársky priemysel dostal od Kuka aj vybavenie na výrobné účely. "Potravinárske roboty" (fotografie sú uvedené v článku) z väčšej časti nahrádzajú ľudí v oblastiach so špeciálnymi podmienkami. Distribuované vo výrobe strojov, ktoré zabezpečujú mikroklímu vo vykurovaných miestnostiach steplota nepresahujúca 30 stupňov Celzia. Nerezové roboty majstrovsky spracúvajú mäso, podieľajú sa na výrobe mliečnych výrobkov a samozrejme produkty optimálne stohujú a balia.

Je ťažké preceňovať prínos takýchto zariadení pre automobilový priemysel. Podľa odborníkov sú dnes najvýkonnejšie a najproduktívnejšie stroje práve „kuchárske“roboty. Fotografie takýchto zariadení, ktoré vykonávajú celý rad operácií automatickej montáže, sú pôsobivé. Zároveň je naozaj čas hovoriť o automatizovanej výrobe.

Spracovanie plastov, výroba plastov, výroba najzložitejších dielov z rôznych materiálov zabezpečujú roboty vo výrobe v znečistenom prostredí, ktoré je skutočne škodlivé pre ľudské zdravie.

Ďalšou dôležitou oblasťou použitia kameniva "Cook" je spracovanie dreva. Popísané zariadenia navyše umožňujú plnenie individuálnych zákaziek a založenie veľkosériovej výroby vo všetkých fázach - od prvotného spracovania a pílenia až po frézovanie, vŕtanie, brúsenie.

Ceny

V súčasnosti sú roboty vyrábané spoločnosťami Kuka a Fanuc žiadané na trhoch Ruska a SNŠ. Ich ceny sa pohybujú od 25 000 do 800 000 rubľov. Takýto pôsobivý rozdiel sa vysvetľuje existenciou rôznych modelov: štandardné nízkokapacitné (5-15 kg), špeciálne (riešenie špeciálnych úloh), špecializované (pracujúce v neštandardnom prostredí), veľkokapacitné (až 4 000 ton).).

Závery

Treba uznať, že potenciál priemyselných robotov stále nie je plne využitý. Moderné technológie zároveň vďaka úsiliu špecialistov umožňujú realizovať stále odvážnejšie nápady.

Potreba zvýšiť produktivitu svetovej ekonomiky a maximalizovať podiel intelektuálnej ľudskej práce slúži ako silný stimul pre vývoj stále nových a nových typov a modifikácií priemyselných robotov.