Индустриален робот. Роботи в производство. Автомати-роботи

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Тези устройства са особено търсени днес в националната икономика. Индустриален робот, който малко прилича на прототипа си в книгата Възходът на роботите от К. Чапек, изобщо не подхранва революционни идеи. Напротив, той съвестно и с голяма точност изпълнява както основните производствени процеси (монтаж, заваряване, боядисване), така и спомагателните (товарене и разтоварване, фиксиране на продукта по време на производството, преместване).

Използването на такива "умни" машини допринася за ефективното решение на три основни производствени проблема:

• подобряване на производителността на труда;
• подобряване на условията на труд на хората;
• оптимизирайте използването на човешки ресурси.

Индустриалните роботи са рожба на мащабното производство

Производството на роботи се разпространи масово в края на 20-ти век поради значителното увеличение на промишленото производство. Големите серии от продукти доведоха до необходимостта от интензивност и качество на такава работа, чието изпълнение надхвърля обективните човешки възможности. Вместо да наемат хиляди квалифицирани работници, работят съвременни технологични фабрикимножество високопроизводителни автоматични линии, работещи в периодични или непрекъснати цикли.

Лидерите в развитието на подобни технологии, деклариращи широкото използване на индустриални роботи, са Япония, САЩ, Германия, Швеция и Швейцария. Съвременните промишлени роботи, произведени в горните страни, са разделени на две големи групи. Техните видове се определят от принадлежността към два фундаментално различни метода на управление:

• автоматични манипулатори;
• устройства, управлявани дистанционно от човек.

За какво се използват?

Необходимостта от тяхното създаване започва да се обсъжда в началото на 20-ти век. По това време обаче няма елементна база за изпълнение на плана. Днес, следвайки диктата на времето, роботизираните машини се използват в повечето от най-технологично напредналите индустрии.

За съжаление, преоборудването на цели индустрии с такива "умни" машини е затруднено от липсата на инвестиции. Въпреки че ползите от използването им явно надвишават първоначалните парични разходи, защото ни позволяват да говорим не само и не толкова за автоматизация, а за дълбоки промени в сферата на производството и труда.

Използването на промишлени роботи направи възможно по-ефективното извършване на работа, която е извън човешките сили по отношение на интензивността на труда и точността: товарене/разтоварване, подреждане, сортиране, ориентация на частите; преместване на заготовки от един робот на друг и готови продукти в склад; точково заваряване и шевно заваряване; монтаж на механични и електронни части; полагане на кабели; рязанезаготовки по сложен контур.

Манипулатор като част от индустриален робот

Функционално такава „умна” машина се състои от препрограмируема ACS (автоматична система за управление) и работно тяло (система за движение и механичен манипулатор). Ако ACS обикновено е доста компактен, визуално скрит и не хваща веднага окото, тогава работният орган има толкова характерен външен вид, че индустриалният робот често се нарича, както следва: „робот-манипулатор“.

По дефиниция манипулаторът е устройство, което премества работни повърхности и предмети на труд в пространството. Тези устройства се състоят от два вида връзки. Първите осигуряват прогресивно движение. Вторият е ъгловото преместване. Такива стандартни връзки използват или пневматично или хидравлично (по-мощно) задвижване за тяхното движение.

Манипулаторът, създаден по аналогия с човешката ръка, е оборудван с технологично захващащо устройство за работа с части. При различни устройства от този тип директният захват най-често се осъществяваше от механични пръсти. При работа с плоски повърхности обектите са заснети с механични вендузи.

Ако манипулаторът трябваше да работи едновременно с много подобни детайли, тогава заснемането беше извършено благодарение на специален обширен дизайн.

Вместо грайфер, манипулаторът често е оборудван с мобилно оборудване за заваряване, специален технологичен пистолет за пръскане или простоотвертка.

Как се движи роботът

Автомати-роботи обикновено се адаптират към два вида движение в пространството (въпреки че някои от тях могат да се нарекат неподвижни). Зависи от условията на конкретно производство. Ако е необходимо да се осигури движение по гладка повърхност, то се изпълнява с насочен монорелс. Ако се изисква работа на различни нива, се използват "ходещи" системи с пневматични вендузи. Движещ се робот е перфектно ориентиран както в пространствени, така и в ъглови координати. Съвременните позициониращи устройства на такива устройства са унифицирани, състоят се от технологични блокове и позволяват прецизно движение на детайли с тегло от 250 до 4000 кг.

Дизайн

Използването на въпросните автоматизирани машини именно в мултидисциплинарните индустрии доведе до известно унифициране на основните им съставни блокове. Съвременните индустриални роботизирани манипулатори имат в своя дизайн:

• рамката, използвана за закрепване на устройството за захващане на части (грайфер) - един вид "ръка", която всъщност извършва обработката;
• грабване с водач (последният определя позицията на "ръката" в пространството);
• поддържат устройства, които задвижват, преобразуват и предават енергия под формата на въртящ момент по оста (благодарение на тях индустриалният робот получава потенциал за движение);
• система за наблюдение и управление на изпълнението на възложените му програми; приемане на нови програми; анализ на информация, идваща от сензори, и съответнопрехвърляне към предоставящи устройства;
• система за позициониране на работната част, измерваща позиции и движения по осите на манипулация.

Зората на индустриалните роботи

Да се върнем в близкото минало и да си спомним как започна историята на създаването на индустриални автоматични машини. Първите роботи се появяват в САЩ през 1962 г. и са произведени от Union Incorporated и Versatran. Въпреки че, за да бъдем точни, те все пак пуснаха индустриалния робот Unimate, създаден от американския инженер Д. Девол, който патентова свои собствени самоходни оръдия, програмирани с помощта на перфокарти. Това беше очевиден технически пробив: „умните“машини запомниха координатите на точките по своя маршрут и изпълняваха работата според програмата.

Първият индустриален робот на Unimate беше оборудван с пневматично задействано захващане с два пръста и хидравлично задействано рамо с пет степени на свобода. Неговите характеристики направиха възможно преместването на детайл от 12 кг с точност от 1,25 мм.

Друга роботизирана ръка Versatran, произведена от едноименната компания, зареди и разтовари 1200 тухли на час в пещ. Той успешно замени работата на хората във вредна за здравето им среда с висока температура. Идеята за създаването му се оказа много успешна, а дизайнът е толкова надежден, че някои машини от тази марка продължават да работят и в наше време. И това въпреки факта, че ресурсът им надхвърля стотици хиляди часове.

Обърнете внимание, че първото поколение индустриални роботи впо отношение на стойността, той приема 75% механика и 25% електроника. Пренастройването на такива устройства изискваше време и води до прекъсване на оборудването. За да ги пренастроят за извършване на нова работа, контролната програма беше заменена.

Машини роботи от второ поколение

Скоро стана ясно: въпреки всички предимства, машините от първото поколение се оказаха несъвършени… Второто поколение пое по-фин контрол на индустриалните роботи - адаптивен. Още първите устройства изискваха подреждане на средата, в която са работили. Последното обстоятелство често означаваше високи допълнителни разходи. Това ставаше критично за развитието на масовото производство.

Новият етап на прогрес се характеризира с разработването на много сензори. С тяхна помощ роботът получи качество, наречено „усещане“. Той започна да получава информация за външната среда и в съответствие с нея да избира най-добрия начин на действие. Например, той придобива умения, които му позволяват да вземе участие и да заобиколи препятствие с него. Това действие се осъществява благодарение на микропроцесорната обработка на получената информация, която по-нататък, въведена в променливите на управляващите програми, всъщност се ръководи от роботите.

Видове основни производствени операции (заваряване, боядисване, монтаж, различни видове механична обработка) също подлежат на адаптиране. Тоест, при изпълнение на всеки един от тях се инициира многовариантност, за да се подобри качеството на всякакъв вид от горните произведения.

Промишлените манипулатори се управляват основно от софтуер. Контролен хардуерфункции са индустриални мини-компютри PC/104 или MicroPC. Имайте предвид, че адаптивното управление се основава на многовариантен софтуер. Освен това решението за избора на типа на програмната работа се взема от робота въз основа на информация за средата, описана от детекторите.

Характерна особеност на функционирането на робот от второ поколение е предварителното наличие на установени режими на работа, всеки от които се активира при определени показатели, получени от външната среда.

Трето поколение роботи

Автоматичните роботи от трето поколение могат самостоятелно да генерират програма за своите действия в зависимост от задачата и обстоятелствата на външната среда. Те нямат „измамници“, т.е. боядисани технологични действия за определени варианти на външната среда. Те имат способността самостоятелно да изграждат оптимално алгоритъма на своята работа, както и бързо да го прилагат на практика. Цената на електрониката на такъв индустриален робот е десет пъти по-висока от механичната му част.

Най-новият робот, улавящ част благодарение на сензорите, „знае“колко добре го е направил. Освен това самата сила на захващане (обратна връзка по силата) се регулира в зависимост от крехкостта на материала на детайла. Може би затова устройството от новото поколение индустриални роботи се нарича интелигентно.

Както разбирате, „мозъкът“на такова устройство е неговата система за управление. Най-обещаващо е регулирането, извършено по методите на изкуственияинтелигентност.

Интелигентността на тези машини се дава от пакети с приложения, програмируеми логически контролери, инструменти за моделиране. В производството индустриалните роботи са свързани в мрежа, осигурявайки правилното ниво на взаимодействие между системата човек-машина. Също така са разработени инструменти за прогнозиране на функционирането на такива устройства в бъдеще благодарение на внедрената софтуерна симулация, която ви позволява да изберете най-добрите опции за действия и конфигурации за мрежова връзка.

Водещите световни компании за роботи

Днес използването на индустриални роботи се осигурява от водещи компании, включително японски (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), американски (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), немски (Kuka).

С какво са известни тези фирми в света? Активите на Fanuc включват най-бързия делта робот M-1iA до момента (такива машини обикновено се използват за опаковане), най-силният от серийните роботи - M-2000iA, заваръчни роботи ArcMate, признати в цял свят.

Произведените от Kuka индустриални роботи са не по-малко търсени. Тези машини извършват обработка, заваряване, монтаж, опаковане, палетизиране, товарене с немска прецизност.

Впечатляваща е и продуктовата гама на японско-американската компания Motoman (Yaskawa), работеща на американския пазар: 175 модела индустриални роботи, както и повече от 40 интегрирани решения. Индустриалните роботи, използвани в производството в САЩ, се произвеждат предимно от тази водеща индустриякомпания.

Повечето от другите фирми, които представляваме, запълват своята ниша, като произвеждат по-тясна гама от специализирани инструменти. Например Daihen и Panasonic произвеждат роботи за заваряване.

Методи за организиране на автоматизирано производство

Ако говорим за организацията на автоматизирано производство, тогава в началото беше приложен твърд линеен принцип. Въпреки това, при достатъчно висока скорост на производствения цикъл, той има значителен недостатък - престой поради повреди. Като алтернатива беше изобретена ротационната технология. При такава организация на производството както детайлът, така и самата автоматизирана линия (роботи) се движат в кръг. Машините в този случай могат да дублират функции и повредите са практически изключени. В този случай обаче скоростта се губи. Идеалната организация на процеса е хибрид от горните две. Нарича се ротационен конвейер.

Индустриален робот като елемент от гъвкаво автоматично производство

Модерните "умни" устройства бързо се преконфигурират, високопроизводителни и самостоятелно извършват работа, използвайки своето оборудване, обработващи материали и детайли. В зависимост от спецификата на употреба, те могат да функционират както в рамките на една програма, така и като варират работата си, т.е. избират правилната от фиксиран брой предоставени програми.

Индустриалният робот е съставен елемент на гъвкавото автоматизирано производство (общоприето съкращение - GAP). Последновключва също:

• система за компютърно проектиране;
• комплекс за автоматизиран контрол на технологичното оборудване на производството;
• индустриални роботизирани ръце;
• Автоматичен производствен транспорт;
• устройства за зареждане/разтоварване и поставяне;
• системи за контрол на производствения процес;
• автоматичен контрол на производството.

Още за практиката на използване на роботи

Истинските индустриални приложения са модерни роботи. Техните видове са различни и осигуряват висока производителност в стратегически важни области на индустрията. По-специално, съвременната германска икономика дължи голяма част от нарастващия си потенциал на тяхното приложение. В какви индустрии работят тези "железни работници"? В металообработването те функционират в почти всички процеси: леене, заваряване, коване, осигурявайки най-високо ниво на качество на работа.

Като индустрия с екстремни условия за човешки труд (което означава високи температури и замърсяване), леенето е до голяма степен роботизирано. Машините от Kuka се сглобяват дори в леярни.

Хранителната индустрия също получи оборудване за производствени цели от Kuka. „Хранителни роботи“(снимките са представени в статията) в по-голямата си част заместват хората в райони със специални условия. Разпространява се в производството на машини, които осигуряват микроклимат в отопляеми помещения стемпература не по-висока от 30 градуса по Целзий. Роботите от неръждаема стомана майсторски обработват месо, участват в производството на млечни продукти и, разбира се, подреждат и опаковат продуктите по оптимален начин.

Трудно е да се надцени приносът на подобни устройства за автомобилната индустрия. Според експертите най-мощните и продуктивни машини днес са именно роботите „Кук“. Снимките на такива устройства, които извършват цялата гама от операции за автоматично сглобяване, са впечатляващи. В същото време наистина е време да говорим за автоматизирано производство.

Обработката на пластмаси, производството на пластмаса, изработката на най-сложните части от различни материали се осигурява от роботи в производство в замърсена среда, която е наистина вредна за човешкото здраве.

Друга важна област на приложение на инертните материали "Cook" е дървообработването. Освен това, описаните устройства осигуряват както изпълнението на индивидуални поръчки, така и създаването на мащабно масово производство на всички етапи - от първична обработка и рязане до фрезоване, пробиване, шлайфане.

Цени

В момента роботите, произведени от Kuka и Fanuc, са търсени на пазара на Русия и ОНД. Цените им варират от 25 000 до 800 000 рубли. Такава впечатляваща разлика се обяснява със съществуването на различни модели: стандартни с малък капацитет (5-15 кг), специални (решаване на специални задачи), специализирани (работи в нестандартна среда), с голям капацитет (до 4000 тона).

Заключения

Трябва да се признае, че потенциалът на индустриалните роботи все още не е напълно използван. В същото време, благодарение на усилията на специалисти, съвременните технологии дават възможност за реализиране на все по-смели идеи.

Необходимостта от повишаване на производителността на световната икономика и максимизиране на дела на интелектуалния човешки труд служи като мощен стимул за разработването на все повече и повече нови видове и модификации индустриални роботи.