Industrijski robot. Roboti u proizvodnji. Automati-roboti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Ovi uređaji su danas posebno traženi u nacionalnoj ekonomiji. Industrijski robot, koji malo liči na svoj prototip u knjizi Uspon robota K. Chapeka, uopće ne hrani revolucionarne ideje. Naprotiv, on savjesno i sa velikom preciznošću obavlja i glavne proizvodne procese (montaža, zavarivanje, farbanje) i pomoćne (utovar i istovar, fiksiranje proizvoda u toku proizvodnje, premještanje).

Upotreba ovakvih "pametnih" mašina doprinosi efikasnom rešavanju tri glavna proizvodna problema:

• poboljšanje produktivnosti rada;
• poboljšati uslove rada 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 ovakvog rada, čije izvođenje prevazilazi objektivne ljudske mogućnosti. Umjesto da zapošljavaju hiljade kvalificiranih radnika, rade moderne tehnološke fabrikebrojne automatske linije visokih performansi koje rade u povremenim ili kontinuiranim ciklusima.

Lideri u razvoju ovakvih 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 grupe. Njihove vrste određuju pripadnost dvije fundamentalno različite metode upravljanja:

• automatski manipulatori;
• uređaji kojima daljinski upravlja čovjek.

Za šta se koriste?

O potrebi njihovog stvaranja počelo se raspravljati početkom 20. stoljeća. Međutim, u to vrijeme nije postojala elementarna baza za implementaciju plana. Danas, prateći diktate vremena, robotske mašine se koriste u većini tehnološki najnaprednijih industrija.

Nažalost, preopremanje čitavih industrija ovakvim "pametnim" mašinama otežava nedostatak investicija. Iako koristi od njihovog korišćenja jasno premašuju početne novčane troškove, jer nam omogućavaju da govorimo ne samo i ne toliko o automatizaciji, već o dubokim promenama u sferi proizvodnje i rada.

Upotreba industrijskih robota omogućila je efikasnije obavljanje poslova koji su po intenzitetu rada i preciznosti 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 kablova; rezanjepraznine duž složene konture.

Manipulator kao dio industrijskog robota

Funkcionalno, ovakva “pametna” mašina se sastoji od reprogramabilnog ACS-a (automatskog upravljačkog sistema) i radnog tela (sistem za vožnju i mehanički manipulator). Ako je ACS obično prilično kompaktan, vizuelno 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 ugaoni pomak. Takve standardne karike koriste ili pneumatski ili hidraulični (snažniji) pogon za svoje kretanje.

Manipulator, kreiran po analogiji sa ljudskom rukom, opremljen je tehnološkom hvataljkom za rad sa delovima. U raznim uređajima ovog tipa, direktni hvat se najčešće vršio mehaničkim prstima. Prilikom rada sa ravnim površinama, objekti su hvatani mehaničkim usisnim čašama.

Ako je manipulator morao da radi istovremeno sa mnogo sličnih radnih komada, tada je hvatanje izvršeno zahvaljujući posebnom opsežnom dizajnu.

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

Kako se robot kreće

Automati-roboti se obično prilagođavaju na dva tipa kretanja u prostoru (iako se neki od njih mogu nazvati stacionarnim). Zavisi od uslova određene proizvodnje. Ako je potrebno osigurati kretanje po glatkoj površini, onda se to provodi pomoću usmjerene monošine. Ako je potrebno raditi na različitim nivoima, koriste se "hodeći" sistemi sa pneumatskim usisnim čašama. Robot koji se kreće savršeno je orijentisan iu prostornim i u ugaonim koordinatama. Savremeni uređaji za pozicioniranje ovakvih uređaja su objedinjeni, sastoje se od tehnoloških blokova i omogućavaju visoko precizno pomeranje obradaka težine od 250 do 4000 kg.

Dizajn

Upotreba dotičnih automatizovanih mašina 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 obrtnog momenta na osi (zahvaljujući njima, industrijski robot dobija potencijal za kretanje);
• sistem praćenja i upravljanja implementacijom programa koji su mu dodijeljeni; prihvatanje novih programa; analizu informacija koje dolaze od senzora, i, shodno tome,prebacivanje na uređaje za pružanje;
• sistem za pozicioniranje radnog dijela, mjerenje položaja i kretanja duž osi manipulacije.

Zora industrijskih robota

Vratimo se u nedavnu prošlost i prisjetimo se kako je započela historija stvaranja industrijskih automatskih mašina. Prvi roboti su se pojavili u SAD-u 1962. godine, a proizvodili su ih Union Incorporated i Versatran. Iako su, tačnije, ipak pustili industrijskog robota Unimate, koji je kreirao američki inženjer D. Devol, koji je patentirao vlastite samohodne topove programirane pomoću bušenih kartica. Bio je to očigledan tehnički proboj: "pametne" mašine pamtile su koordinate tačaka na svojoj ruti i obavljale posao prema programu.

Unimateov prvi industrijski robot bio je opremljen pneumatski aktiviranom hvataljkom s dva prsta i hidraulično aktiviranom rukom sa pet stupnjeva slobode. Njegove karakteristike su omogućile pomeranje dela od 12 kg sa preciznošću od 1,25 mm.

Još jedna robotska ruka Versatran, proizvedena od strane istoimene kompanije, utovarila je i istovarala 1.200 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 neke mašine ove marke nastavljaju raditi i u naše vrijeme. I to uprkos činjenici da je njihov resurs premašio stotine hiljada sati.

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

Robot mašine druge generacije

Ubrzo je postalo jasno: uprkos svim prednostima, mašine prve generacije su se pokazale nesavršenim… Druga generacija je preuzela suptilniju kontrolu industrijskih robota - adaptivnu. Već prvi uređaji zahtijevali su uređenje okruženja u kojem su radili. Ova posljednja okolnost često je značila visoke dodatne troškove. Ovo je postajalo kritično za razvoj masovne proizvodnje.

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

Vrste osnovnih proizvodnih operacija (zavarivanje, farbanje, montaža, razne vrste mašinske obrade) takođe podležu adaptaciji. Odnosno, prilikom izvođenja svakog od njih, pokreće se multivarijantnost kako bi se poboljšao kvalitet bilo koje vrste gore navedenih radova.

Industrijski manipulatori se uglavnom kontrolišu softverom. Kontrolni hardverfunkcije su industrijski mini-računari PC/104 ili MicroPC. Imajte na umu da je adaptivna kontrola zasnovana na multivarijantnom softveru. Štaviše, odluku o izboru vrste programske operacije donosi robot na osnovu informacija o okruženju koje opisuju detektori.

Karakteristična karakteristika funkcionisanja robota druge generacije je preliminarna prisutnost uspostavljenih načina rada, od kojih se svaki aktivira na određenim pokazateljima dobijenim iz vanjskog okruženja.

Treća generacija robota

Automatski roboti treće generacije su u stanju da samostalno generišu program svojih akcija, zavisno od zadatka i okolnosti spoljašnjeg okruženja. Nemaju “cheat sheets”, odnosno oslikane tehnološke radnje za određene varijante vanjskog okruženja. Imaju sposobnost da samostalno optimalno izgrade algoritam svog rada, kao i da ga brzo implementiraju u praksi. Cijena elektronike takvog industrijskog robota je deset puta veća od njegovog mehaničkog dijela.

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

Kao što razumete, "mozak" takvog uređaja je njegov kontrolni sistem. Najperspektivnija je regulacija koja se provodi po metodama vještačkihinteligencija.

Inteligenciju ovim mašinama daju paketi aplikacija, programabilni logički kontroleri, alati za modeliranje. U proizvodnji su industrijski roboti umreženi, obezbeđujući odgovarajući nivo interakcije između sistema čovek-mašina. Takođe, razvijeni su alati za predviđanje funkcionisanja ovakvih uređaja u budućnosti zahvaljujući implementiranoj softverskoj simulaciji, koja vam omogućava da odaberete najbolje opcije za akciju i konfiguracije mrežne veze.

Vodeće svjetske robotske kompanije

Danas korištenje industrijskih robota obezbjeđuju vodeće kompanije, 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? Fanuc-ova imovina uključuje najbržeg delta robota M-1iA do sada (takve mašine se obično koriste za pakovanje), najjačeg od serijskih robota - M-2000iA, ArcMate robote za zavarivanje priznatih širom svijeta.

Industrijski roboti koje proizvodi Kuka nisu ništa manje traženi. Ove mašine obavljaju obradu, zavarivanje, montažu, pakovanje, paletizaciju, utovar sa nemačkom preciznošću.

Impresivan je i asortiman japansko-američke kompanije Motoman (Yaskawa), koja posluje na američkom tržištu: 175 modela industrijskih robota, kao i više od 40 integrisanih rješenja. Industrijske robote koji se koriste u proizvodnji u SAD-u uglavnom proizvodi ova vodeća industrijakompanija.

Većina drugih firmi koje zastupamo ispunjavaju svoju nišu proizvodnjom užeg spektra specijalizovanih instrumenata. Na primjer, Daihen i Panasonic proizvode robote za zavarivanje.

Metode organizacije automatizovane 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. Mašine u ovom slučaju mogu duplicirati funkcije, a kvarovi su praktično isključeni. Međutim, u ovom slučaju se gubi brzina. Idealna organizacija procesa je hibrid ova dva. Zove se rotacioni transporter.

Industrijski robot kao element fleksibilne automatske proizvodnje

Moderni "pametni" uređaji se brzo rekonfigurišu, visoko produktivni i samostalno obavljaju posao koristeći svoju opremu, materijale za obradu i obratke. U zavisnosti od specifičnosti upotrebe, mogu funkcionisati kako u okviru jednog programa, tako i variranjem svog rada, odnosno biranjem pravog iz fiksnog broja ponuđenih programa.

Industrijski robot je sastavni element fleksibilne automatizovane proizvodnje (općeprihvaćena skraćenica - GAP). Lasttakođer uključuje:

• sistem kompjuterski potpomognutog dizajna;
• kompleks automatizovane kontrole tehnološke opreme proizvodnje;
• industrijske robotske ruke;
• Automatski proizvodni transport;
• uređaji za utovar/istovar i postavljanje;
• sistemi za kontrolu procesa proizvodnje;
• automatska kontrola proizvodnje.

Više o praksi korištenja robota

Prave industrijske aplikacije su moderni roboti. Njihove vrste su različite, a pružaju visoku produktivnost u strateški važnim oblastima industrije. Posebno, moderna njemačka privreda duguje veliki dio svog rastućeg potencijala njihovoj primjeni. U kojim industrijama rade ti "željezari"? U obradi metala funkcionišu u gotovo svim procesima: livenje, zavarivanje, kovanje, obezbeđujući najviši nivo kvaliteta rada.

Kao industrija sa ekstremnim uslovima za ljudski rad (što znači visoke temperature i zagađenje), livenje je u velikoj meri robotizovano. Mašine iz Kuke se sklapaju čak iu livnicama.

Prehrambena industrija je od Kuke dobila i opremu za proizvodne svrhe. "Roboti za hranu" (fotografije su predstavljene u članku) uglavnom zamjenjuju ljude u područjima s posebnim uvjetima. Distribuira se u proizvodnji mašina koje obezbeđuju mikroklimu u zagrejanim prostorijama satemperatura ne prelazi 30 stepeni Celzijusa. Roboti od nerđajućeg čelika majstorski obrađuju meso, učestvuju u proizvodnji mliječnih proizvoda i, naravno, slažu i pakuju proizvode na optimalan način.

Teško je precijeniti doprinos ovakvih uređaja automobilskoj industriji. Prema mišljenju stručnjaka, najmoćnije i najproduktivnije mašine danas su upravo „Cook“roboti. Fotografije takvih uređaja koji obavljaju čitav niz operacija automontaže su impresivne. U isto vrijeme, zaista je vrijeme da se priča o automatiziranoj proizvodnji.

Preradu plastike, proizvodnju plastike, izradu najsloženijih delova od raznih materijala obezbeđuju roboti u proizvodnji u zagađenom okruženju koje je zaista štetno po ljudsko zdravlje.

Još jedno važno područje primjene "Cook" agregata je obrada drveta. Štaviše, opisani uređaji omogućavaju kako ispunjavanje pojedinačnih narudžbi, tako i uspostavljanje masovne proizvodnje velikih razmera 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. Ovako impresivna razlika se objašnjava postojanjem različitih modela: standardni niskog kapaciteta (5-15 kg), specijalni (rešavanje posebnih zadataka), specijalizovani (rad u nestandardnom okruženju), velikog kapaciteta (do 4000 tona).

Zaključci

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

Potreba za povećanjem produktivnosti svjetske ekonomije i maksimiziranjem udjela intelektualnog ljudskog rada služe kao moćni poticaji za razvoj sve više i više novih tipova i modifikacija industrijskih robota.