Pramoninis robotas. Robotai gamyboje. Automatai-robotai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Šie įrenginiai šiandien yra ypač paklausūs šalies ekonomikoje. Pramoninis robotas, kuris mažai primena savo prototipą K. Chapeko knygoje „Rise of the Robots“, visiškai nemaitina revoliucinių idėjų. Priešingai, jis sąžiningai ir labai tiksliai atlieka tiek pagrindinius gamybos procesus (surinkimas, suvirinimas, dažymas), tiek pagalbinius (pakrovimas ir iškrovimas, gaminio tvirtinimas gamybos metu, perkėlimas).

Tokių „protingų“mašinų naudojimas padeda efektyviai išspręsti tris pagrindines gamybos problemas:

• darbo našumo gerinimas;
• gerinti žmonių darbo sąlygas;
• optimizuoti žmogiškųjų išteklių naudojimą.

Pramoniniai robotai yra didelio masto gamybos protas

Gamybiniai robotai masiškai išplito XX amžiaus pabaigoje dėl reikšmingo pramonės gamybos padidėjimo. Didelės gaminių serijos lėmė tokio darbo intensyvumo ir kokybės poreikį, kurio atlikimas viršija objektyvias žmogaus galimybes. Užuot įdarbinę daugybę tūkstančių kvalifikuotų darbuotojų, veikia modernios technologinės gamyklosdaugybė didelio našumo automatinių linijų, veikiančių su pertrūkiais arba nuolatiniais ciklais.

Tokių technologijų kūrimo lyderės, deklaruojančios platų pramoninių robotų naudojimą, yra Japonija, JAV, Vokietija, Švedija ir Šveicarija. Minėtose šalyse gaminami modernūs pramoniniai robotai skirstomi į dvi dideles grupes. Jų tipus lemia priklausymas dviem iš esmės skirtingiems valdymo metodams:

• automatiniai manipuliatoriai;
• žmogaus nuotoliniu būdu valdomi įrenginiai.

Kam jie naudojami?

Apie jų kūrimo poreikį imta kalbėti XX amžiaus pradžioje. Tačiau tuo metu nebuvo elementų bazės planui įgyvendinti. Šiandien, laikantis laikmečio diktato, robotai yra naudojami daugumoje technologiškai pažangiausių pramonės šakų.

Deja, tokiomis „išmaniosiomis“mašinomis iš naujo aprūpinti ištisas pramonės šakas trukdo investicijų trūkumas. Nors jų naudojimo nauda akivaizdžiai viršija pradines pinigines išlaidas, nes leidžia kalbėti ne tik ir ne tiek apie automatizavimą, kiek apie esminius pokyčius gamybos ir darbo sferoje.

Pramoninių robotų naudojimas leido efektyviau atlikti darbus, kurių darbo intensyvumas ir tikslumas viršija žmogaus jėgas: pakrovimas / iškrovimas, krovimas, rūšiavimas, dalių orientavimas; ruošinių perkėlimas iš vieno roboto į kitą, o gatavų gaminių – į sandėlį; taškinis suvirinimas ir siūlių suvirinimas; mechaninių ir elektroninių dalių surinkimas; kabelių klojimas; pjaustymasruošiniai išilgai sudėtingo kontūro.

Manipuliatorius kaip pramoninio roboto dalis

Funkciškai tokia „protinga“mašina susideda iš perprogramuojamo ACS (automatinės valdymo sistemos) ir darbinio korpuso (kelionės sistemos ir mechaninio manipuliatoriaus). Jei ACS paprastai yra gana kompaktiškas, vizualiai paslėptas ir ne iš karto krenta į akis, tai darbinis korpusas turi tokią būdingą išvaizdą, kad pramoninis robotas dažnai vadinamas taip: „robotas-manipuliatorius“.

Pagal apibrėžimą manipuliatorius yra prietaisas, perkeliantis darbo paviršius ir darbo objektus erdvėje. Šiuos įrenginius sudaro dviejų tipų nuorodos. Pirmieji užtikrina progresyvų judėjimą. Antrasis yra kampinis poslinkis. Tokios standartinės jungtys naudoja pneumatinę arba hidraulinę (galingesnę) pavarą.

Manipuliatorius, sukurtas pagal analogiją su žmogaus ranka, turi technologinį sugriebimo įrenginį darbui su detalėmis. Įvairiuose tokio tipo įrenginiuose tiesioginis sukibimas dažniausiai buvo atliekamas mechaniniais pirštais. Dirbant su plokščiais paviršiais objektai buvo užfiksuoti naudojant mechaninius siurbtukus.

Jei manipuliatorius turėjo dirbti su daugybe panašių ruošinių vienu metu, fiksavimas buvo atliktas dėl specialios plataus dizaino.

Vietoj griebtuvo manipuliatoriuje dažnai montuojama mobili suvirinimo įranga, specialus technologinis purškimo pistoletas ar tiesiogatsuktuvas.

Kaip juda robotas

Automatai-robotai dažniausiai prisitaiko prie dviejų judėjimo erdvėje tipų (nors kai kuriuos iš jų galima pavadinti stacionariais). Tai priklauso nuo konkrečios gamybos sąlygų. Jei reikia užtikrinti judėjimą ant lygaus paviršiaus, tai įgyvendinama naudojant kryptinį monobėgį. Jei reikia dirbti skirtingais lygiais, naudojamos „vaikščiojimo“sistemos su pneumatiniais siurbtukais. Judantis robotas puikiai orientuojasi tiek erdvinėmis, tiek kampinėmis koordinatėmis. Šiuolaikiniai tokių įrenginių padėties nustatymo įrenginiai yra vieningi, susideda iš technologinių blokų ir leidžia itin tiksliai judinti ruošinius, sveriančius nuo 250 iki 4000 kg.

Dizainas

Aptariamų automatizuotų mašinų naudojimas būtent daugiadalykėse pramonės šakose lėmė tam tikrą jų pagrindinių sudedamųjų blokų suvienodinimą. Šiuolaikinių pramoninių robotų manipuliatorių konstrukcija:

• rėmas, naudojamas dalių sugriebimo įtaisui (greiferiui) pritvirtinti – savotiška „ranka“, kuri iš tikrųjų atlieka apdorojimą;
• paimkite kreiptuvu (pastarasis nustato "rankos" padėtį erdvėje);
• palaiko įrenginius, kurie varo, konvertuoja ir perduoda energiją sukimo momento forma ašyje (jų dėka pramoninis robotas gauna judėjimo potencialą);
• jai priskirtų programų įgyvendinimo stebėsenos ir valdymo sistema; naujų programų priėmimas; iš jutiklių gaunamos informacijos analizė ir atitinkamaiperkelti jį į teikiančius įrenginius;
• darbinės dalies pozicionavimo sistema, padėčių ir judesių išilgai manipuliavimo ašių matavimo.

Pramoninių robotų aušra

Grįžkime į netolimą praeitį ir prisiminkime, kaip prasidėjo pramoninių automatų kūrimo istorija. Pirmieji robotai pasirodė JAV 1962 m., juos pagamino Union Incorporated ir Versatran. Nors, tiksliau, jie vis dėlto išleido pramoninį robotą Unimate, kurį sukūrė amerikiečių inžinierius D. Devolas, užpatentavęs savuosius savaeigius ginklus, užprogramuotus perforuotomis kortelėmis. Tai buvo akivaizdus techninis proveržis: „išmaniosios“mašinos įsiminė savo maršruto tarpinių taškų koordinates ir darbus atliko pagal programą.

Pirmasis Unimate pramoninis robotas buvo aprūpintas pneumatiniu dviejų pirštų griebtuvu ir penkių laisvės laipsnių hidrauliškai valdoma rankena. Jo charakteristikos leido perkelti 12 kg sveriančią detalę 1,25 mm tikslumu.

Kita „Versatran“robotinė ranka, pagaminta to paties pavadinimo įmonės, per valandą į krosnį įkėlė ir iškrovė 1200 plytų. Jis sėkmingai pakeitė žmonių darbą sveikatai kenksmingoje aplinkoje aukšta temperatūra. Jo sukūrimo idėja pasirodė labai sėkminga, o dizainas yra toks patikimas, kad kai kurios šio prekės ženklo mašinos ir toliau veikia mūsų laikais. Ir tai nepaisant to, kad jų ištekliai viršijo šimtus tūkstančių valandų.

Atkreipkite dėmesį, kad pirmoji pramoninių robotų kartaKalbant apie vertę, jis sudarė 75% mechanikos ir 25% elektronikos. Tokių įrenginių perreguliavimas užtruko ir sukėlė įrangos prastovą. Norint juos pakeisti naujam darbui, valdymo programa buvo pakeista.

Antros kartos robotų mašinos

Netrukus paaiškėjo: nepaisant visų privalumų, pirmosios kartos mašinos pasirodė netobulos… Antroji karta prisiėmė subtilesnį pramoninių robotų valdymą – prisitaikantį. Patys pirmieji įrenginiai reikalavo užsisakyti aplinką, kurioje jie dirbo. Pastaroji aplinkybė dažnai reikšdavo dideles papildomas išlaidas. Tai tapo labai svarbu plėtojant masinę gamybą.

Naujas pažangos etapas pasižymėjo daugelio jutiklių kūrimu. Jų pagalba robotas gavo savybę, vadinamą „jausmu“. Jis pradėjo gauti informaciją apie išorinę aplinką ir pagal ją pasirinkti geriausią veiksmų kryptį. Pavyzdžiui, jis įgijo įgūdžių, leidžiančių dalyvauti ir su ja apeiti kliūtį. Šis veiksmas atsiranda dėl mikroprocesoriaus gautos informacijos apdorojimo, kuri toliau, įvedama į valdymo programų kintamuosius, iš tikrųjų vadovaujasi robotų.

Pagrindinių gamybos operacijų tipai (virinimas, dažymas, surinkimas, įvairus apdirbimas) taip pat gali būti pritaikyti. Tai reiškia, kad atliekant kiekvieną iš jų, inicijuojama daugiavariacija, siekiant pagerinti bet kokių aukščiau paminėtų darbų kokybę.

Pramoniniai manipuliatoriai daugiausia valdomi programine įranga. Valdymo aparatūrafunkcijos yra pramoniniai mini kompiuteriai PC/104 arba MicroPC. Atminkite, kad adaptyvusis valdymas yra pagrįstas kelių variantų programine įranga. Be to, sprendimą dėl programos veikimo tipo pasirinkimo priima robotas, remdamasis informacija apie detektorių aprašytą aplinką.

Būtingas antrosios kartos roboto veikimo bruožas yra preliminarus nustatytų veikimo režimų buvimas, kurių kiekvienas įjungiamas esant tam tikriems indikatoriams, gaunamiems iš išorinės aplinkos.

Trečios kartos robotai

Trečiosios kartos automatiniai robotai geba savarankiškai generuoti savo veiksmų programą, priklausomai nuo užduoties ir išorinės aplinkos aplinkybių. Juose nėra „apgaulės lapų“, t.y., nudažytų technologinių veiksmų tam tikriems išorinės aplinkos variantams. Jie turi galimybę savarankiškai optimaliai sukurti savo darbo algoritmą, taip pat greitai jį įgyvendinti praktikoje. Tokio pramoninio roboto elektronikos kaina yra dešimt kartų didesnė nei jo mechaninė dalis.

Naujausis robotas, fiksuojantis dalį jutiklių dėka, „žino“, kaip gerai tai padarė. Be to, pati sugriebimo jėga (jėgos grįžtamasis ryšys) reguliuojamas priklausomai nuo detalės medžiagos trapumo. Galbūt todėl naujos kartos pramoninių robotų įrenginys vadinamas išmaniuoju.

Kaip suprantate, tokio įrenginio „smegenys“yra jo valdymo sistema. Perspektyviausias yra reguliavimas, atliktas pagal dirbtinio metodusintelektas.

Šioms mašinoms intelektą suteikia taikomųjų programų paketai, programuojami loginiai valdikliai, modeliavimo įrankiai. Gamyboje pramoniniai robotai yra sujungti į tinklą, užtikrinant tinkamą žmogaus ir mašinos sistemos sąveikos lygį. Taip pat buvo sukurti įrankiai, leidžiantys numatyti tokių įrenginių veikimą ateityje dėl įdiegtos programinės įrangos modeliavimo, leidžiančio pasirinkti geriausias veiksmų ir tinklo ryšio konfigūracijų parinktis.

Pasaulio pirmaujančios robotų kompanijos

Šiandien pramoninius robotus naudoja pirmaujančios įmonės, įskaitant Japonijos (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), Amerikos (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), Vokietijos (Kuka).

Kuo šios firmos garsėja pasaulyje? „Fanuc“turtas apima iki šiol greičiausią delta robotą M-1iA (tokios mašinos dažniausiai naudojamos pakavimui), stipriausius iš serijinių robotų – M-2000iA, visame pasaulyje pripažintus suvirinimo robotus „ArcMate“.

Kokos gaminami pramoniniai robotai yra ne mažiau paklausūs. Šios mašinos atlieka apdirbimą, suvirinimą, surinkimą, pakavimą, paletavimą, pakrovimą vokišku tikslumu.

Įspūdingas ir JAV rinkoje veikiančios japonų ir amerikiečių kompanijos Motoman (Yaskawa) prekių asortimentas: 175 pramoninių robotų modeliai, taip pat daugiau nei 40 integruotų sprendimų. Pramoninius robotus, naudojamus gamyboje JAV, dažniausiai gamina šis pramonės lyderisįmonė.

Dauguma kitų mūsų atstovaujamų firmų užpildo savo nišą gamindamos siauresnį specializuotų instrumentų asortimentą. Pavyzdžiui, Daihen ir Panasonic gamina suvirinimo robotus.

Automatizuotos gamybos organizavimo metodai

Jei kalbėtume apie automatizuotos gamybos organizavimą, tai iš pradžių buvo įgyvendintas griežtas linijinis principas. Tačiau esant pakankamai dideliam gamybos ciklo greičiui, jis turi reikšmingą trūkumą – prastovą dėl gedimų. Kaip alternatyva buvo išrasta rotacinė technologija. Esant tokiam gamybos organizavimui, tiek ruošinys, tiek pati automatizuota linija (robotai) juda ratu. Mašinos šiuo atveju gali dubliuoti funkcijas, o gedimai praktiškai neįtraukiami. Tačiau tokiu atveju greitis prarandamas. Idealus proceso organizavimas yra dviejų pirmiau minėtų dalykų hibridas. Jis vadinamas rotaciniu konvejeriu.

Pramoninis robotas kaip lanksčios automatinės gamybos elementas

Šiuolaikiniai „išmanieji“įrenginiai greitai perkonfigūruojami, labai produktyvūs ir savarankiškai atlieka darbus naudodami savo įrangą, apdirbančias medžiagas ir ruošinius. Priklausomai nuo naudojimo specifikos, jie gali veikti tiek vienos programos rėmuose, tiek varijuodami savo darbą, t.y. iš fiksuoto pateiktų programų skaičiaus pasirenkant tinkamą.

Pramoninis robotas yra lanksčios automatizuotos gamybos (bendrai priimta santrumpa – GAP) sudedamoji dalis. Paskutinistaip pat apima:

• kompiuterinė projektavimo sistema;
• gamybos technologinės įrangos automatizuoto valdymo kompleksas;
• pramoninės robotų rankos;
• Automatinis gamybos transportavimas;
• pakrovimo/iškrovimo ir išdėstymo įrenginiai;
• gamybos proceso valdymo sistemos;
• automatinis gamybos valdymas.

Daugiau apie robotų naudojimo praktiką

Tikri pramoniniai pritaikymai yra modernūs robotai. Jų rūšys yra skirtingos ir užtikrina aukštą našumą strategiškai svarbiose pramonės srityse. Visų pirma, šiuolaikinė Vokietijos ekonomika didžiąją dalį savo augančio potencialo skolinga jų taikymui. Kokiose pramonės šakose dirba šie „geležininkai“? Metalo apdirbimo srityje jie veikia beveik visuose procesuose: liejant, virinant, kaliant, užtikrinant aukščiausią darbo kokybės lygį.

Kaip pramonė, kurioje dirbamos ekstremalios sąlygos žmonių darbui (tai reiškia, kad aukšta temperatūra ir tarša), liejimas iš esmės yra robotizuotas. „Kuka“mašinos surenkamos net liejyklose.

Maisto pramonė iš Kuka taip pat gavo įrangą gamybos reikmėms. „Maisto robotai“(nuotraukos pateiktos straipsnyje) dažniausiai pakeičia žmones vietovėse, kuriose yra ypatingos sąlygos. Paplitęs gaminant mašinas, kurios užtikrina mikroklimatą šildomose patalpose sutemperatūra ne aukštesnė kaip 30 laipsnių Celsijaus. Nerūdijančio plieno robotai meistriškai apdoroja mėsą, dalyvauja pieno produktų gamyboje ir, žinoma, optimaliai krauna ir pakuoja produktus.

Sunku pervertinti tokių prietaisų indėlį į automobilių pramonę. Ekspertų teigimu, galingiausios ir našiausios mašinos šiandien yra būtent „Cook“robotai. Tokių įrenginių, kurie atlieka visas automatinio surinkimo operacijas, nuotraukos yra įspūdingos. Tuo pačiu metu tikrai laikas kalbėti apie automatizuotą gamybą.

Plastiko apdirbimą, plastiko gamybą, sudėtingiausių detalių iš įvairių medžiagų gamybą atlieka robotai, gaminami užterštoje aplinkoje, kuri tikrai kenkia žmogaus sveikatai.

Kita svarbi „Cook“užpildų taikymo sritis yra medienos apdirbimas. Be to, aprašyti įrenginiai užtikrina tiek individualių užsakymų vykdymą, tiek didelio masto masinės gamybos sukūrimą visais etapais – nuo pirminio apdirbimo ir pjovimo iki frezavimo, gręžimo, šlifavimo.

Kainos

Šiuo metu "Kuka" ir "Fanuc" gaminami robotai yra paklausūs Rusijos ir NVS rinkose. Jų kainos svyruoja nuo 25 000 iki 800 000 rublių. Toks įspūdingas skirtumas paaiškinamas įvairių modelių egzistavimu: standartinis mažos talpos (5-15 kg), specialus (sprendžiantis specialias užduotis), specializuotas (dirbantis nestandartinėje aplinkoje), didelės talpos (iki 4000 tonų).).

Išvados

Reikia pripažinti, kad pramoninių robotų potencialas vis dar nėra iki galo išnaudotas. Tuo pačiu, specialistų pastangomis šiuolaikinės technologijos leidžia įgyvendinti vis drąsesnius sumanymus.

Būtinybė didinti pasaulio ekonomikos produktyvumą ir maksimaliai padidinti intelektualinio žmogaus darbo dalį yra galinga paskata kurti vis daugiau naujų tipų ir modifikacijų pramoninių robotų.