Industrijski robot. Roboti u proizvodnji. Automati-roboti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Ovi uređaji su danas posebno traženi u nacionalnom gospodarstvu. Industrijski robot, koji malo nalikuje svom prototipu u knjizi Uspon robota K. Chapeka, uopće ne hrani revolucionarne ideje. Naprotiv, on savjesno i s velikom preciznošću obavlja i glavne proizvodne procese (montaža, zavarivanje, farbanje) i pomoćne (utovar i istovar, fiksiranje proizvoda tijekom proizvodnje, premještanje).

Upotreba takvih "pametnih" strojeva doprinosi učinkovitom rješenju tri glavna proizvodna problema:

• poboljšanje produktivnosti rada;
• poboljšati radne uvjete ljudi;
• optimizirajte korištenje ljudskih resursa.

Industrijski roboti su zamisao velike proizvodnje

Roboti u proizvodnji masovno su se proširili krajem 20. stoljeća zbog značajnog povećanja industrijske proizvodnje. Velike serije proizvoda dovele su do potrebe za intenzitetom i kvalitetom takvog rada čija izvedba nadilazi objektivne ljudske mogućnosti. Umjesto da zapošljavaju više tisuća kvalificiranih radnika, rade moderne tehnološke tvornicebrojne automatske linije visokih performansi koje rade u povremenim ili kontinuiranim ciklusima.

Lideri u razvoju takvih tehnologija, deklarirajući široku upotrebu industrijskih robota, su Japan, SAD, Njemačka, Švedska i Švicarska. Moderni industrijski roboti proizvedeni u navedenim zemljama podijeljeni su u dvije velike skupine. Njihove vrste određuju pripadnost dvjema bitno različitim metodama upravljanja:

• automatski manipulatori;
• uređaji kojima daljinski upravlja čovjek.

Za što se koriste?

O potrebi njihovog stvaranja počelo se raspravljati početkom 20. stoljeća. Međutim, u to vrijeme nije postojala elementarna baza za provedbu plana. Danas, slijedeći diktate vremena, robotski strojevi se koriste u većini tehnološki najnaprednijih industrija.

Nažalost, preopremanje čitavih industrija takvim "pametnim" strojevima otežava nedostatak ulaganja. Iako koristi od njihovog korištenja očito premašuju početne novčane troškove, jer nam omogućuju da govorimo ne samo i ne toliko o automatizaciji, već o dubokim promjenama u sferi proizvodnje i rada.

Upotreba industrijskih robota omogućila je učinkovitije obavljanje poslova koji su po intenzitetu i preciznosti rada iznad ljudskih snaga: utovar/istovar, slaganje, sortiranje, orijentacija dijelova; premještanje zaliha s jednog robota na drugog, a gotovih proizvoda u skladište; točkasto zavarivanje i zavarivanje šavova; montaža mehaničkih i elektroničkih dijelova; polaganje kabela; rezanjepraznine duž složene konture.

Manipulator kao dio industrijskog robota

Funkcionalno, takav “pametni” stroj sastoji se od reprogramabilnog ACS-a (automatski upravljački sustav) i radnog tijela (sustav za vožnju i mehanički manipulator). Ako je ACS obično prilično kompaktan, vizualno skriven i ne upada odmah u oči, tada radno tijelo ima tako karakterističan izgled da se industrijski robot često naziva na sljedeći način: "robot-manipulator".

Po definiciji, manipulator je uređaj koji pomiče radne površine i predmete rada u prostoru. Ovi uređaji se sastoje od dvije vrste veza. Prvi pružaju progresivno kretanje. Drugi je kutni pomak. Takve standardne karike koriste ili pneumatski ili hidraulički (snažniji) pogon za svoje kretanje.

Manipulator, nastao po analogiji s ljudskom rukom, opremljen je tehnološkim hvataljkom za rad s dijelovima. U raznim napravama ove vrste, izravni zahvat najčešće se provodio mehaničkim prstima. Pri radu s ravnim površinama predmeti su zarobljeni mehaničkim usisnim čašama.

Ako je manipulator morao raditi istovremeno s mnogim sličnim izratcima, tada je hvatanje izvršeno zahvaljujući posebnom opsežnom dizajnu.

Umjesto hvataljke, manipulator je često opremljen mobilnom opremom za zavarivanje, posebnim tehnološkim pištoljem za prskanje ili jednostavnoodvijač.

Kako se robot kreće

Automati-roboti obično se prilagođavaju dvije vrste kretanja u prostoru (iako se neki od njih mogu nazvati stacionarnim). Ovisi o uvjetima određene proizvodnje. Ako je potrebno osigurati kretanje po glatkoj površini, onda se to provodi pomoću usmjerene monorail. Ako je potrebno raditi na različitim razinama, koriste se "hodeći" sustavi s pneumatskim usisnim čašama. Robot koji se kreće savršeno je orijentiran iu prostornim i u kutnim koordinatama. Suvremeni uređaji za pozicioniranje takvih uređaja su objedinjeni, sastoje se od tehnoloških blokova i omogućuju visoko precizno pomicanje izratka težine od 250 do 4000 kg.

Dizajn

Upotreba dotičnih automatiziranih strojeva upravo u multidisciplinarnim industrijama dovela je do određenog objedinjavanja njihovih glavnih sastavnih blokova. Moderni industrijski robotski manipulatori u svom dizajnu imaju:

• okvir koji se koristi za pričvršćivanje uređaja za hvatanje dijelova (grab) - vrsta "ruke" koja zapravo obavlja obradu;
• grabite s vodičem (potonji određuje položaj "ruke" u prostoru);
• podržava uređaje koji pokreću, pretvaraju i prenose energiju u obliku zakretnog momenta na osi (zahvaljujući njima, industrijski robot dobiva potencijal za kretanje);
• sustav praćenja i upravljanja provedbom programa koji su mu dodijeljeni; prihvaćanje novih programa; analizu informacija koje dolaze od senzora, i, sukladno tome,prijenos na uređaje za pružanje;
• sustav pozicioniranja radnog dijela, mjerenje položaja i kretanja duž osi manipulacije.

Zora industrijskih robota

Vratimo se u nedavnu prošlost i prisjetimo se kako je započela povijest stvaranja industrijskih automatskih strojeva. Prvi roboti pojavili su se u SAD-u 1962. godine, a proizvodili su ih Union Incorporated i Versatran. Premda su, točnije, ipak pustili industrijskog robota Unimate, koji je stvorio američki inženjer D. Devol, koji je patentirao vlastite samohodne topove programirane pomoću bušenih kartica. Bio je to očiti tehnički proboj: "pametni" strojevi pamtili su koordinate međutočaka na svojoj ruti i obavljali posao prema programu.

Unimateov prvi industrijski robot bio je opremljen pneumatski aktiviranom hvataljkom s dva prsta i hidraulički aktiviranom rukom s pet stupnjeva slobode. Njegove karakteristike omogućile su pomicanje dijela od 12 kg s točnošću od 1,25 mm.

Još jedna robotska ruka Versatran, koju je napravila istoimena tvrtka, utovarila je i istovarila 1200 cigli na sat u peć. Rad ljudi u okruženju štetnom po zdravlje uspješno je zamijenio visokom temperaturom. Ideja o njegovom stvaranju pokazala se vrlo uspješnom, a dizajn je toliko pouzdan da neki strojevi ove marke nastavljaju raditi i u naše vrijeme. I to unatoč činjenici da je njihov resurs premašio stotine tisuća sati.

Napominjemo da je prva generacija industrijskih robota uvrijednosno je pretpostavljao 75% mehanike i 25% elektronike. Ponovno podešavanje takvih uređaja zahtijevalo je vrijeme i uzrokovalo zastoje opreme. Kako bi ih prenamijenili za obavljanje novog posla, kontrolni program je zamijenjen.

Druge generacije robotskih strojeva

Ubrzo je postalo jasno: unatoč svim prednostima, strojevi prve generacije su se pokazali nesavršenima… Druga generacija je preuzela suptilniju kontrolu industrijskih robota - adaptivnu. Već prvi uređaji zahtijevali su uređenje okruženja u kojem su radili. Potonja okolnost često je značila visoke dodatne troškove. To je postajalo kritično za razvoj masovne proizvodnje.

Novu fazu napretka karakterizirao je razvoj mnogih senzora. Uz njihovu pomoć, robot je dobio kvalitetu zvanu "osjećaj". Počeo je primati informacije o vanjskom okruženju i u skladu s njim birati najbolji način djelovanja. Na primjer, stekao je vještine koje mu omogućuju da sudjeluje i s njim zaobiđe prepreku. Ova radnja se događa zbog mikroprocesorske obrade primljenih informacija, koje dalje, unesene u varijable upravljačkih programa, zapravo vode roboti.

Vrste osnovnih proizvodnih operacija (zavarivanje, bojanje, montaža, razne vrste strojne obrade) također su podložne prilagodbi. Odnosno, pri izvođenju svakog od njih pokreće se multivarijantnost kako bi se poboljšala kvaliteta bilo koje vrste gore navedenih djela.

Industrijski manipulatori se uglavnom kontroliraju softverom. Kontrolni hardverfunkcije su industrijska mini-računala PC/104 ili MicroPC. Imajte na umu da se prilagodljivo upravljanje temelji na multivarijantnom softveru. Štoviše, odluku o izboru vrste programskog rada donosi robot na temelju informacija o okruženju koje opisuju detektori.

Karakteristično obilježje funkcioniranja robota druge generacije je preliminarna prisutnost utvrđenih načina rada, od kojih se svaki aktivira na određenim pokazateljima dobivenim iz vanjskog okruženja.

Treća generacija robota

Automatski roboti treće generacije sposobni su samostalno generirati program svojih akcija, ovisno o zadatku i okolnostima vanjskog okruženja. Oni nemaju "cheat sheets", tj. oslikane tehnološke radnje za određene varijante vanjskog okruženja. Imaju sposobnost da samostalno optimalno grade algoritam svog rada, kao i brzo ga implementiraju u praksi. Cijena elektronike takvog industrijskog robota deset je puta veća od njegovog mehaničkog dijela.

Najnoviji robot, koji hvata dio zahvaljujući senzorima, "zna" kako je to dobro napravio. Osim toga, sama sila hvatanja (povratna informacija o sili) regulirana je ovisno o krhkosti materijala dijela. Možda se zato uređaj nove generacije industrijskih robota naziva inteligentnim.

Kao što razumijete, "mozak" takvog uređaja je njegov upravljački sustav. Najperspektivnija je regulacija koja se provodi prema metodama umjetnihinteligencija.

Inteligenciju ovim strojevima daju paketi aplikacija, programabilni logički kontroleri, alati za modeliranje. U proizvodnji su industrijski roboti umreženi, osiguravajući odgovarajuću razinu interakcije između sustava čovjek-stroj. Također, razvijeni su alati za predviđanje funkcioniranja takvih uređaja u budućnosti zahvaljujući implementiranoj softverskoj simulaciji koja vam omogućuje odabir najboljih opcija za radnju i konfiguracije mrežne veze.

Voće svjetske robotske tvrtke

Danas korištenje industrijskih robota osiguravaju vodeće tvrtke, uključujući japanske (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), američke (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), njemačke (Kuka).

Po čemu su ove firme poznate u svijetu? Fanucova imovina uključuje najbržeg delta robota M-1iA do sada (takvi se strojevi obično koriste za pakiranje), najjači od serijskih robota - M-2000iA, ArcMate roboti za zavarivanje priznati u cijelom svijetu.

Industrijski roboti koje proizvodi Kuka nisu ništa manje traženi. Ovi strojevi obavljaju obradu, zavarivanje, montažu, pakiranje, paletiranje, utovar s njemačkom preciznošću.

Impresivan je i asortiman japansko-američke tvrtke Motoman (Yaskawa), koja djeluje na američkom tržištu: 175 modela industrijskih robota, kao i više od 40 integriranih rješenja. Industrijske robote koji se koriste u proizvodnji u SAD-u uglavnom izrađuje ova vodeća industrijatvrtka.

Većina drugih tvrtki koje zastupamo ispunjavaju svoju nišu proizvodnjom užeg raspona specijaliziranih instrumenata. Na primjer, Daihen i Panasonic proizvode robote za zavarivanje.

Metode organiziranja automatizirane proizvodnje

Ako govorimo o organizaciji automatizirane proizvodnje, tada je u početku implementiran kruti linearni princip. Međutim, pri dovoljno velikoj brzini proizvodnog ciklusa, ima značajan nedostatak - zastoja zbog kvarova. Kao alternativa, izumljena je rotirajuća tehnologija. S takvom organizacijom proizvodnje i radni komad i sama automatizirana linija (roboti) kreću se u krug. Strojevi u ovom slučaju mogu duplicirati funkcije, a kvarovi su praktički isključeni. Međutim, u ovom slučaju brzina se gubi. Idealna organizacija procesa je hibrid gornje dvije. Zove se rotacijski transporter.

Industrijski robot kao element fleksibilne automatske proizvodnje

Moderni "pametni" uređaji se brzo rekonfiguriraju, vrlo produktivni i samostalno obavljaju posao koristeći svoju opremu, materijale za obradu i izratke. Ovisno o specifičnostima uporabe, mogu funkcionirati kako u okviru jednog programa, tako i varirajući svoj rad, tj. odabirom pravog iz fiksnog broja ponuđenih programa.

Industrijski robot sastavni je element fleksibilne automatizirane proizvodnje (općeprihvaćena kratica - GAP). Posljednjitakođer uključuje:

• sustav računalno potpomognutog dizajna;
• kompleks automatizirane kontrole tehnološke opreme proizvodnje;
• industrijske robotske ruke;
• Automatski proizvodni transport;
• uređaji za utovar/istovar i postavljanje;
• sustavi kontrole procesa proizvodnje;
• automatska kontrola proizvodnje.

Više o praksi korištenja robota

Prave industrijske primjene su moderni roboti. Njihovi su tipovi različiti, a osiguravaju visoku produktivnost u strateški važnim područjima industrije. Konkretno, moderna njemačka ekonomija duguje velik dio svog rastućeg potencijala njihovoj primjeni. U kojim industrijama rade ti "željezari"? U obradi metala funkcioniraju u gotovo svim procesima: lijevanje, zavarivanje, kovanje, osiguravajući najvišu razinu kvalitete rada.

Kao industrija s ekstremnim uvjetima za ljudski rad (što znači visoke temperature i zagađenje), lijevanje je uglavnom robotizirano. Strojevi iz Kuke sklapaju se čak iu ljevaonicama.

Prehrambena industrija također je od Kuke dobila opremu za proizvodnju. "Roboti za hranu" (fotografije su predstavljene u članku) većinom zamjenjuju ljude u područjima s posebnim uvjetima. Distribuirano u proizvodnji strojeva koji osiguravaju mikroklimu u grijanim prostorijama stemperatura ne prelazi 30 stupnjeva Celzija. Roboti od nehrđajućeg čelika majstorski obrađuju meso, sudjeluju u proizvodnji mliječnih proizvoda i, naravno, slažu i pakiraju proizvode na optimalan način.

Teško je precijeniti doprinos takvih uređaja automobilskoj industriji. Prema riječima stručnjaka, najmoćniji i najproduktivniji strojevi danas su upravo "Cook" roboti. Fotografije takvih uređaja koji provode cijeli niz operacija automontaže su impresivne. U isto vrijeme, stvarno je vrijeme za razgovor o automatiziranoj proizvodnji.

Preradu plastike, proizvodnju plastike, izradu najsloženijih dijelova od raznih materijala osiguravaju roboti u proizvodnji u zagađenom okolišu koji je stvarno štetan za ljudsko zdravlje.

Još jedno važno područje primjene "Cook" agregata je obrada drveta. Štoviše, opisani uređaji omogućuju kako ispunjavanje pojedinačnih narudžbi, tako i uspostavu masovne proizvodnje velikih razmjera u svim fazama - od primarne obrade i piljenja do glodanja, bušenja, brušenja.

Cijene

Trenutno su roboti proizvođača Kuka i Fanuc traženi na tržištu Rusije i CIS-a. Njihove cijene kreću se od 25.000 do 800.000 rubalja. Takva impresivna razlika objašnjava se postojanjem različitih modela: standardni niskog kapaciteta (5-15 kg), specijalni (rješavanje posebnih zadataka), specijalizirani (rad u nestandardnom okruženju), veliki kapacitet (do 4000 tona).

Zaključci

Mora se priznati da potencijal industrijskih robota još uvijek nije u potpunosti iskorišten. Istovremeno, zahvaljujući naporima stručnjaka, moderne tehnologije omogućuju provedbu sve odvažnijih ideja.

Potreba za povećanjem produktivnosti svjetskog gospodarstva i maksimiziranjem udjela intelektualnog ljudskog rada služe kao snažni poticaji za razvoj sve više i više novih vrsta i modifikacija industrijskih robota.