Промисловий робот. Роботи на виробництві. Автомати-роботи

Ці пристрої сьогодні особливо затребувані в народному господарстві. Промисловий робот, мало схожий на свій прообраз в книзі К. Чапека «Повстання роботів», - аж ніяк не живить революційні ідеї. Навпаки, він сумлінно виконує, причому з великою точністю, як основні процеси виробництва (складання, зварювання, фарбування), так і допоміжні (завантаження-вивантаження, фіксацію вироби при виготовленні, переміщення).

Застосування таких «розумних» машин сприяє ефективному вирішенню трьох найважливіших проблем виробництва:

• - підвищення продуктивності праці;
• - поліпшення умов праці людей;
• - оптимізації використання людських ресурсів.

Промислові роботи - дітище великого виробництва

Роботи на виробництві масово поширилися в кінці XX століття у зв`язку зі значним зростанням промислового виробництва. Великі серії продукції зумовили потребу в інтенсивності та якості такої роботи, виконання якої перевищує об`єктивні людські можливості. Замість того, щоб задіяти багато тисяч кваліфікованих робітників, на сучасних технологічних заводах функціонують численні високоефективні автоматичні лінії, що працюють в режимі перериваного або безперервного циклів.

Лідерами у розвитку подібних технологій, які декларують широке застосування промислових роботів, виступають Японія, США, Німеччина, Швеція і Швейцарія. На дві великі групи поділяються виготовляються в перерахованих вище країнах сучасні промислові роботи. Види їх визначаються приналежністю до двох принципово різних способів управління:

• - автоматичні маніпулятори;
• - пристрою, дистанційно керовані людиною.

Для чого їх використовують?

Про потребу в їх створенні почали говорити ще на початку XX століття. Однак на той час ще не існувало елементної бази для здійснення задуманого. Сьогодні, слідуючи велінням часу, роботи-машини використовуються в більшості найбільш технологічних виробництв.

На жаль, переоснащення такими «розумними» машинами цілих галузей промисловості утруднено дефіцитом інвестицій. Хоча плюси від їх використання явно перевищують початкові грошові витрати, адже вони дозволяють говорити не тільки і не стільки про автоматизацію, скільки про глибокі зміни в сфері виробництва і праці.

Застосування промислових роботів дозволило ефективніше виконувати непосильні людині по трудомісткості і точності роботи: завантаження / розвантаження, укладання, сортування, орієнтацію деталей- переміщення заготовок від одного робота до іншого, а готових виробів - на склад- точкове зварювання та зварювання швов- збірку механічних та електронних деталей- прокладання кабеля- розрізання заготовок по складному контуру.

Маніпулятор як складова промислового робота

Функціонально складається така «розумна» машина з перепрограммируемой САУ (системи автоматичного управління) і робочого тіла (системи пересування і механічного маніпулятора). Якщо САУ зазвичай досить компактна, візуально прихована і не кидається відразу в очі, то робоче тіло має настільки характерним виглядом, що промислового робота часто називають наступним чином: «робот-маніпулятор».

За визначенням, маніпулятором називають пристрій, що здійснює переміщення в просторі робочих поверхонь і предметів праці. Ці прилади складаються з ланок двох видів. Перші забезпечують рух поступального характеру. Другі - кутові переміщення. Такі стандартні ланки для свого руху використовують або пневматичний, або гідравлічний (більш потужний) привід.

Маніпулятор, створений за аналогією з людською рукою, для роботи з деталями оснащений технологічним загарбним пристроєм. В різних пристроях подібного типу безпосередньо захоплення найчастіше здійснювали механічні пальці. При роботі з плоскими поверхнями предмети захоплювалися за допомогою механічних присосок.

Якщо ж маніпулятор повинен був працювати одночасно з багатьма однотипними заготовками, то захоплення здійснювався завдяки спеціальній обширної конструкції.

Замість загарбного пристрої маніпулятор часто оснащують мобільним зварювальним устаткуванням, особливим технологічним пульверизатором або ж просто викруткою.

Як робот переміщається

Автомати-роботи зазвичай пристосовують до двох видів переміщення в просторі (хоча частина з них можна назвати стаціонарними). Це залежить від умов конкретного виробництва. Якщо необхідно забезпечити рух по гладкій поверхні, то його реалізують за допомогою направленого монорельса. Якщо потрібно працювати на різних рівнях, використовують «крокуючі» системи з пневматичними присосками. Рухомий робот прекрасно орієнтується як у просторових, так і в кутових координатах. Сучасні пристрої позиціонування подібних пристроїв уніфіковані, вони складаються з технологічних блоків і дозволяють забезпечити високоточне переміщення оброблюваних деталей вагою від 250 до 4000 кг.

Конструкція

Використання розглянутих автоматизованих машин саме на багатопрофільних виробництвах зумовило якусь уніфікацію їх основних складових блоків. Сучасні промислові роботи-маніпулятори мають в своїй конструкції:

• -станину, використовувану для кріплення деталезахвативающего пристрої (грейфера), - своєрідну «руку», власне і виконує обработку;
• -грейфер з направляючою (остання визначає положення «руки» в просторі) ;
• -пристрої забезпечення, що призводять, перетворюють і передають енергію у вигляді крутного моменту на осі (завдяки їм промисловий робот отримує потенціал руху) ;
• -систему контролю та управління виконання покладених на нього программ- прийому нових программ- аналізу надходять від датчиків інформації, і, відповідно, передачі її на забезпечують устрою;
• -систему позиціонування робочої частини, вимірювання позицій і переміщень по осях маніпуляції.

Зоря створення індустріальних роботів

Повернемося в недалеке минуле і згадаємо, як починалася історія створення промислових машин-автоматів. Перші роботи з`явилися в США в 1962 р, і вироблені вони були компаніями «Юнімейшн Інкорпорейтед» і «Версатран». Хоча, якщо бути точними, то раніше все-таки випустили промислового робота «Юнімейт», створеного американським інженером Д. Деволь, запатентував власну САУ, програмовану за допомогою перфокарт. Це був очевидний технічний прорив: «розумні» машини запам`ятовували координати точок свого маршруту і виконували роботу згідно з програмою.

Перший промисловий робот «Юнімейт» був оснащений двухпальцевим пристроєм для захоплення на пневмоприводе і «рукою» на гідроприводі з п`ятьма ступенями свободи. Його характеристики дозволяли переміщати 12-кілограмову деталь з точністю до 1,25 мм.

Інший робот-маніпулятор «Версатран», створений однойменною компанією, завантажував і розвантажував 1200 цеглин у годину в піч для випалу. Він успішно заміняв працю людей під шкідливою для їхнього здоров`я середовищі з високою температурою. Ідея його створення виявилася досить вдалою, а конструкція - настільки надійною, що окремі машини цієї марки продовжують працювати і в наш час. І це незважаючи на те, що їх ресурс перевищив сотні тисяч годин.

Відзначимо, що пристрій промислових роботів першого покоління у вартісному вираженні передбачало 75% механіки і 25% електроніки. Переналагодження таких приладів вимагала часу і обумовлювала простої устаткування. Для перепрофілювання їх з метою виконання нової роботи проводилася заміна програми управління.

Друге покоління машин-роботів

Незабаром з`ясувалося: незважаючи на всі плюси, машини першого покоління виявилися недосконалими ... Друге покоління передбачало більш тонке управління промисловими роботами - адаптивне. Найперші пристрої вимагали впорядкування середовища, в якому вони працювали. Остання обставина часто позначало високі додаткові витрати. Це ставало критичним для розвитку масового виробництва.

Новий етап прогресу характеризувався розробкою безлічі датчиків. З їх допомогою робот отримав якість, назване «очувствленние». Він став отримувати інформацію про зовнішнє середовище і, погодившись з нею, вибирати оптимальний варіант дій. Наприклад, знайшов навички, що дозволяють взяти деталь і обійти з нею перешкоду. Відбувається така дія завдяки мікропроцесорної обробці отриманої інформації, яку далі, введеної в змінні керуючих програм, реально керуються роботи.

Види основних виробничих операцій (зварювання, фарбування, складання, різного роду механічна обробка) також підлягають адаптації. Тобто при виконанні кожної з них ініціюється багатоваріантність для поліпшення якості будь-якого виду вищеперелічених робіт.

Управління промисловими маніпуляторами в основному здійснюється програмно. Апаратним забезпеченням керуючої функції служать промислові міні-комп`ютери PC / 104 або MicroPC. Зауважимо, що адаптивне управління засноване на багатоваріантному програмному забезпеченні. Причому рішення про вибір типу роботи програми приймається роботом на підставі інформації про середовище, описаної детекторами.

Характерною рисою функціонування робота другого покоління є попереднє наявність встановлених режимів роботи, кожен з яких активується при певних показниках, отриманих із зовнішнього середовища.

Третє покоління роботів

Автомати-роботи третього покоління здатні самостійно генерувати програму своїх дій залежно від поставленого завдання і обставин зовнішнього середовища. У них немає «шпаргалок», т. Е. Розписаних технологічних дій при певних варіантах зовнішнього середовища. Вони володіють умінням самостійно оптимально вибудовувати алгоритм своєї роботи, а також оперативно реалізовувати його практично. Вартість електроніки такого промислового робота в десятки разів вище його механічної частини.

Новітній робот, здійснюючи захоплення деталі завдяки сенсорам, «знає», наскільки вдало він це зробив. Крім того, регулюється сама сила захоплення (зворотний зв`язок по зусиллю) в залежності від крихкості матеріалу деталі. Можливо, саме тому пристрій промислових роботів нового покоління називають інтелектуальним.

Як ви розумієте, «мозком» такого приладу є система його управління. Найбільш перспективним є регулювання, здійснюване згідно методам штучного інтелекту.

Інтелект цим машинам задають пакети прикладних програм, програмовані логічні контролери, інструменти моделювання. На виробництві промислові роботи об`єднуються в мережу, забезпечуючи належний рівень взаємодії системи «людина - машина». Також розроблені інструменти прогнозування функціонування таких приладів в майбутньому завдяки реалізованому програмному моделюванню, що дозволяє вибирати оптимальні варіанти дії і конфігурації підключення в мережу.

Провідні світові компанії, що виробляють роботів

Сьогодні застосування промислових роботів забезпечується провідними компаніями, серед яких японські (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), американські (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), німецька (Kuka).

Чим відомі в світі ці фірми? В активі Fanuc - найбільш швидкий на сьогоднішній день дельта-робот M-1iA (такі машини використовуються зазвичай при упаковці), найсильніший з роботів-серійників - M-2000iA, визнані в усьому світі роботи-зварювальники ArcMate.

Не менш затребувані промислові роботи на виробництві, випущені компанією Kuka. Ці машини з німецькою точністю здійснюють обробку, зварювання, складання, упаковку, паллетизацію, навантаження.

Також значний модельний ряд японсько-американської компанії Motoman (Yaskawa), що працює на американський ринок: 175 моделей промислових роботів, а також більше 40 інтегрованих рішень. Промислові роботи, на виробництві використовуються в США, в більшості своїй виготовлені саме цієї провідної у своїй галузі компанією.

Більшість інших представлених нами фірм займають свою нішу шляхом виготовлення більш вузького асортименту спеціалізованих приладів. Наприклад, Daihen і Panasonic випускають зварювальних роботів.

Способи організації автоматизованого виробництва

Якщо говорити про організацію автоматизованого виробництва, то спочатку був реалізований жорсткий лінійний принцип. Однак він при досить високій швидкості виробничого циклу має істотний недолік - простої через збої. В якості альтернативи була винайдена роторна технологія. При такій організації виробництва по колу рухається і оброблювана деталь, і сама автоматизована лінія (роботи). Машини в такому випадку можуть дублювати функції, і збої при цьому практично виключені. Однак у цьому випадку втрачається швидкість. Ідеальний варіант організації процесу - гібрид двох вищезазначених. Називається він роторно-конвеєрним.

Промисловий робот як елемент гнучкого автоматичного виробництва

Сучасні «розумні» пристрої швидко переналаштовуються, високопродуктивно і самостійно виконують роботи за допомогою своєї оснастки, обробляючи матеріали та заготовки. Залежно від специфіки використання вони можуть функціонувати як в рамках однієї програми, так і варіюючи свою роботу, т. Е. Вибираючи з фіксованої кількості наданих програм потрібну.

Промисловий робот є складовим елементом гнучкого автоматизованого виробництва (загальноприйняте скорочення - ГАП). Останнім також входять:

• -система, що здійснює автоматизоване проектування;
• -комплекс автоматизованого управління технологічним оснащенням виробництва;
• -промислові роботи-маніпулятори;
• -автоматично працюючий виробничий транспорт;
• -пристрої, які здійснюють завантаження / вивантаження і розміщення;
• -системи контролю над виробничими технологічними процессамі;
• -автоматичне керування виробництвом.

Детальніше про практику застосування роботів

Справжніми промисловими додатками є сучасні роботи. Види їх різні, і вони забезпечують високу продуктивність стратегічно важливих сфер промисловості. Зокрема, в чому економіка сучасної Німеччини зобов`язана своїм зростаючим потенціалом їх застосування. В яких галузях трудяться ці «залізні працівники»? У металообробці вони функціонують практично у всіх процесах: лиття, зварювання, кування, забезпечуючи найвищий рівень якості роботи.

Лиття як галузь з екстремальними умовами для людської праці (маються на увазі високі температури і забруднення) значною мірою роботизоване. Машини від Kuka монтують навіть в ливарних цехах.

Харчова промисловість також отримала від Kuka обладнання для виробничих цілей. «Харчові роботи» (фото представлені в статті) здебільшого заміщають людей на ділянках з особливими умовами. Поширені на виробництвах машини, що забезпечують у нагріваються приміщеннях мікроклімат з температурою, яка не перевищує 30 градусів за Цельсієм. Роботи з нержавіючої сталі віртуозно обробляють м`ясо, беруть участь у виробництві молочних продуктів, а також, звичайно, укладають і упаковують продукти оптимальним чином.

Важко переоцінити внесок таких приладів в автомобілебудівну промисловість. За визнанням фахівців, найпотужнішими і продуктивними машинами на сьогоднішній день є саме «Куковський» роботи. Фото таких пристроїв, що здійснюють весь спектр автоскладальних операцій, вражають. При цьому дійсно пора говорити про автоматизованому виробництві.

Обробку пластмас, випуск пластика, виготовлення найскладніших за формою деталей з різноманітних матеріалів забезпечують роботи на виробництві в дійсно шкідливою для здоров`я людини забрудненому середовищі.

Ще однією найважливішою сферою застосування «Куковський» агрегатів є деревообробка. Причому описувані пристрої забезпечують як виконання індивідуальних замовлень, так і налагодження великого серійного виробництва на всіх стадіях - від первинної обробки та розпилювання до фрезерування, свердління, шліфування.

Ціни

В даний час на ринку Росії і країн СНД затребувані вироблені компаніями Kuka і Fanuc роботи. Ціни їх коливаються в межах від 25 000 до 800 000 руб. Така значна разбежка пояснюється існуванням різних моделей: стандартних малої вантажопідйомності (5-15 кг), спеціальних (вирішальних особливі завдання), спеціалізованих (що працюють в нестандартній довкіллю), великої вантажопідйомності (до 4000 т).

Висновки

Слід визнати, що потенціал використання промислових роботів все ще не задіюється в повній мірі. При цьому стараннями фахівців сучасні технології дозволяють реалізовувати все більш сміливі ідеї.

Потреби в збільшенні продуктивності світового господарства і максимізація частки інтелектуального людської праці служать потужними стимулами розвитку все нових і нових типів і модифікацій промислових роботів.