Industrirobot. Robotar i produktion. Automat-robotar

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Dessa enheter är särskilt efterfrågade idag i den nationella ekonomin. En industrirobot, som inte påminner mycket om sin prototyp i boken Rise of the Robots av K. Chapek, matar inte alls revolutionära idéer. Tvärtom, han utför samvetsgrant, och med stor noggrannhet, både de huvudsakliga produktionsprocesserna (montering, svetsning, målning) och hjälpprocesser (lastning och lossning, fixering av produkten under tillverkning, flyttning).

Användningen av sådana "smarta" maskiner bidrar till en effektiv lösning av tre stora produktionsproblem:

• förbättra arbetsproduktiviteten;
• förbättra människors arbetsvillkor;
• optimera användningen av mänskliga resurser.

Industrirobotar är idén om storskalig produktion

Robotar i produktion spreds massivt i slutet av 1900-talet på grund av en betydande ökning av industriproduktionen. Stora serier av produkter har lett till behovet av intensiteten och kvaliteten på sådant arbete, vars prestanda överstiger den objektiva mänskliga förmågan. Istället för att anställa många tusen kvalificerade arbetare, fungerar moderna tekniska fabrikermånga högpresterande automatiska linjer som arbetar i intermittenta eller kontinuerliga cykler.

Ledarna inom utvecklingen av sådan teknik, som förklarar den utbredda användningen av industrirobotar, är Japan, USA, Tyskland, Sverige och Schweiz. Moderna industrirobotar tillverkade i ovanstående länder är indelade i två stora grupper. Deras typer bestäms av att de tillhör två fundament alt olika förv altningsmetoder:

• automatiska manipulatorer;
• enheter som fjärrstyrs av en människa.

Vad används de till?

Behovet av deras skapelse började diskuteras i början av 1900-talet. På den tiden fanns det dock ingen grund för genomförandet av planen. Idag, i enlighet med tidens föreskrifter, används robotmaskiner i de flesta av de mest tekniskt avancerade industrierna.

Tyvärr försvåras omutrustningen av hela industrier med sådana "smarta" maskiner av bristande investeringar. Även om fördelarna med att använda dem klart överstiger de initiala monetära kostnaderna, eftersom de tillåter oss att prata inte bara och inte så mycket om automatisering, utan om djupgående förändringar inom området för produktion och arbete.

Användningen av industrirobotar har gjort det möjligt att mer effektivt utföra arbete som är bortom mänsklig styrka när det gäller arbetsintensitet och noggrannhet: lastning/lossning, stapling, sortering, orientering av delar; flytta ämnen från en robot till en annan och färdiga produkter till ett lager; punktsvetsning och sömsvetsning; montering av mekaniska och elektroniska delar; kabelläggning; skärandeämnen längs en komplex kontur.

Manipulator som en del av en industrirobot

Funktionellt sett består en sådan "smart" maskin av en omprogrammerbar ACS (automatiskt styrsystem) och en arbetskropp (färdsystem och en mekanisk manipulator). Om ACS vanligtvis är ganska kompakt, visuellt dold och inte omedelbart fångar ögat, så har arbetskroppen ett så karakteristiskt utseende att en industrirobot ofta kallas enligt följande: "robotmanipulator".

Per definition är en manipulator en anordning som flyttar arbetsytor och arbetsobjekt i rymden. Dessa enheter består av två typer av länkar. Den första ger en progressiv rörelse. Den andra är vinkelförskjutning. Sådana standardlänkar använder antingen pneumatisk eller hydraulisk (kraftfullare) drivning för sin rörelse.

manipulatorn, skapad i analogi med den mänskliga handen, är utrustad med en teknisk gripanordning för att arbeta med delar. I olika enheter av denna typ utfördes det direkta greppet oftast av mekaniska fingrar. När man arbetade med plana ytor fångades föremål med hjälp av mekaniska sugkoppar.

Om manipulatorn var tvungen att arbeta samtidigt med många liknande arbetsstycken, så utfördes infångningen tack vare en speciell omfattande design.

Istället för en gripare är en manipulator ofta utrustad med mobil svetsutrustning, en speciell teknisk sprutpistol eller helt enkeltskruvmejsel.

Hur roboten rör sig

Automata-robotar anpassar sig vanligtvis till två typer av rörelser i rymden (även om vissa av dem kan kallas stationära). Det beror på förutsättningarna för en viss produktion. Om det är nödvändigt att säkerställa rörelse på en slät yta, implementeras den med en riktad monorail. Om det krävs att arbeta på olika nivåer används "walking"-system med pneumatiska sugkoppar. En rörlig robot är perfekt orienterad både i rumsliga och vinkelmässiga koordinater. Moderna positioneringsanordningar för sådana enheter är förenade, de består av tekniska block och möjliggör högprecisionsrörelse av arbetsstycken som väger från 250 till 4000 kg.

Design

Användningen av de aktuella automatiserade maskinerna just i multidisciplinära industrier ledde till en viss sammanslagning av deras huvudsakliga beståndsdelar. Moderna industriella robotmanipulatorer har i sin design:

• ramen som används för att fästa den delgripande enheten (grip) - en slags "hand" som faktiskt utför bearbetningen;
• greppa med en guide (den senare bestämmer positionen för "handen" i rymden);
• stödjer enheter som driver, omvandlar och överför energi i form av vridmoment på axeln (tack vare dem får industriroboten rörelsepotential);
• övervaknings- och ledningssystem för genomförandet av de tilldelade programmen; accepterande av nya program; analys av information som kommer från sensorer, och följaktligen,överföra den till tillhandahållande enheter;
• positioneringssystem för den arbetande delen, mätning av positioner och rörelser längs manipulationsaxlarna.

Industrirobotarnas gryning

Låt oss gå tillbaka till det senaste förflutna och komma ihåg hur historien om skapandet av industriella automatiska maskiner började. De första robotarna dök upp i USA 1962, och de tillverkades av Union Incorporated och Versatran. Även om de, för att vara exakt, ändå släppte industriroboten Unimate, skapad av den amerikanske ingenjören D. Devol, som patenterade sina egna självgående pistoler programmerade med hjälp av hålkort. Det var ett uppenbart tekniskt genombrott: "smarta" maskiner kom ihåg koordinaterna för waypoints på sin rutt och utförde arbetet enligt programmet.

Unimates första industrirobot var utrustad med en pneumatiskt manövrerad tvåfingergripare och en fem frihetsgrader hydrauliskt manövrerad arm. Dess egenskaper gjorde det möjligt att flytta en 12 kg del med en noggrannhet på 1,25 mm.

Ännu en Versatran-robotarm, tillverkad av företaget med samma namn, lastade och lossade 1 200 tegelstenar i timmen i en ugn. Han ersatte framgångsrikt människors arbete i en miljö som var skadlig för deras hälsa med en hög temperatur. Idén om dess skapelse visade sig vara mycket framgångsrik, och designen är så pålitlig att vissa maskiner av detta märke fortsätter att fungera i vår tid. Och detta trots att deras resurs översteg hundratusentals timmar.

Observera att den första generationen industrirobotar ivärdemässigt antog den 75 % mekanik och 25 % elektronik. Omjusteringen av sådana anordningar krävde tid och orsakade driftstopp. För att återanvända dem för att utföra nytt arbete byttes kontrollprogrammet ut.

Andra generationens robotmaskiner

Det stod snart klart: trots alla fördelar visade sig maskinerna från den första generationen vara ofullkomliga … Den andra generationen antog mer subtil kontroll av industrirobotar - adaptiva. De allra första enheterna krävde beställning av miljön där de arbetade. Den senare omständigheten innebar ofta höga merkostnader. Detta höll på att bli avgörande för utvecklingen av massproduktion.

Det nya steget av framsteg kännetecknades av utvecklingen av många sensorer. Med deras hjälp fick roboten en egenskap som kallas "känsla". Han började få information om den yttre miljön och i enlighet med den välja det bästa tillvägagångssättet. Till exempel skaffade han sig färdigheter som gör att han kan ta en del och kringgå ett hinder med det. Denna åtgärd uppstår på grund av mikroprocessorns bearbetning av den mottagna informationen, som vidare, införd i styrprogrammens variabler, faktiskt styrs av robotarna.

Typer av grundläggande produktionsoperationer (svetsning, målning, montering, olika typer av bearbetning) är också föremål för anpassning. Det vill säga, när man utför var och en av dem, initieras multivarians för att förbättra kvaliteten på alla typer av ovanstående verk.

Industriella manipulatorer styrs huvudsakligen av programvara. Styr hårdvarafunktioner är industriella minidatorer PC/104 eller MicroPC. Observera att adaptiv kontroll är baserad på multivariant programvara. Dessutom fattas beslutet om valet av typ av programdrift av roboten baserat på information om miljön som beskrivs av detektorerna.

Ett kännetecken för andra generationens robotars funktion är den preliminära närvaron av etablerade driftsätt, som var och en aktiveras vid vissa indikatorer som erhålls från den yttre miljön.

Tredje generationens robotar

Automatiska robotar av tredje generationen kan självständigt generera ett program för sina handlingar, beroende på uppgiften och omständigheterna i den yttre miljön. De har inte "cheat sheets", det vill säga målade tekniska åtgärder för vissa varianter av den yttre miljön. De har förmågan att självständigt optim alt bygga algoritmen för sitt arbete, samt snabbt implementera den i praktiken. Kostnaden för elektroniken i en sådan industrirobot är tio gånger högre än dess mekaniska del.

Den nyaste roboten, som fångar en del tack vare sensorer, "vet" hur bra den gjorde det. Dessutom regleras själva gripkraften (kraftåterkoppling) beroende på delmaterialets skörhet. Kanske är det därför enheten i den nya generationens industrirobotar kallas intelligent.

Som du förstår är "hjärnan" i en sådan enhet dess kontrollsystem. Det mest lovande är regleringen som utförs enligt metoderna för konstgjordaintelligens.

Intelligens till dessa maskiner ges av applikationspaket, programmerbara logiska styrenheter, modelleringsverktyg. I produktionen är industrirobotar sammankopplade, vilket ger rätt nivå av interaktion mellan människa-maskin-systemet. Verktyg har också utvecklats för att förutsäga hur sådana enheter fungerar i framtiden tack vare den implementerade mjukvarusimuleringen, som låter dig välja de bästa alternativen för åtgärder och nätverksanslutningskonfigurationer.

Världens ledande robotföretag

Idag tillhandahålls användningen av industrirobotar av ledande företag, inklusive japanska (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerikanska (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), tyska (Kuka).

Vad är dessa företag kända för i världen? Fanucs tillgångar inkluderar den hittills snabbaste deltaroboten M-1iA (sådana maskiner används vanligtvis för förpackning), den starkaste av serierobotarna - M-2000iA, ArcMate-svetsrobotar som är kända över hela världen.

Industrirobotar tillverkade av Kuka är inte mindre efterfrågade. Dessa maskiner utför bearbetning, svetsning, montering, paketering, palletering, lastning med tysk precision.

Också imponerande är produktutbudet från det japansk-amerikanska företaget Motoman (Yaskawa), verksamt på den amerikanska marknaden: 175 modeller av industrirobotar, samt mer än 40 integrerade lösningar. Industrirobotar som används i produktionen i USA tillverkas oftast av denna branschledandeföretag.

De flesta andra företag vi representerar fyller sin nisch genom att tillverka ett snävare utbud av specialiserade instrument. Till exempel tillverkar Daihen och Panasonic svetsrobotar.

Metoder för att organisera automatiserad produktion

Om vi talar om organisationen av automatiserad produktion, så implementerades till en början en stel linjär princip. Men vid en tillräckligt hög hastighet i produktionscykeln har den en betydande nackdel - stillestånd på grund av fel. Som ett alternativ uppfanns rotationstekniken. Med en sådan organisation av produktionen rör sig både arbetsstycket och själva den automatiserade linjen (robotar) i en cirkel. Maskiner i det här fallet kan duplicera funktioner, och fel är praktiskt taget uteslutna. Men i det här fallet går hastigheten förlorad. Den ideala processorganisationen är en hybrid av de två ovanstående. Den kallas roterande transportör.

Industrirobot som en del av flexibel automatisk produktion

Moderna "smarta" enheter omkonfigureras snabbt, mycket produktiva och utför arbete självständigt med sin utrustning, bearbetningsmaterial och arbetsstycken. Beroende på specifika användningsområden kan de fungera både inom ramen för ett program och genom att variera sitt arbete, d.v.s. välja rätt bland ett fast antal tillhandahållna program.

Industriell robot är en del av flexibel automatiserad produktion (allmänt accepterad förkortning - GAP). Sistainkluderar även:

• datorstödt designsystem;
• komplex för automatiserad kontroll av teknisk produktionsutrustning;
• industrirobotar;
• Automatisk produktionstransport;
• lastning/avlastning och placeringsenheter;
• tillverkning av processkontrollsystem;
• automatisk produktionskontroll.

Mer om hur robotar används

Verkliga industriella applikationer är moderna robotar. Deras typer är olika och de ger hög produktivitet inom strategiskt viktiga industriområden. I synnerhet den moderna tyska ekonomin har mycket av sin växande potential att tacka deras tillämpning. I vilka branscher arbetar dessa "järnarbetare"? Inom metallbearbetning fungerar de i nästan alla processer: gjutning, svetsning, smide, vilket ger högsta nivå av arbetskvalitet.

Som en industri med extrema villkor för mänskligt arbete (vilket betyder höga temperaturer och föroreningar) är gjutning till stor del robotiserad. Maskiner från Kuka monteras även i gjuterier.

Livsmedelsindustrin fick också utrustning för produktionsändamål från Kuka. "Matrobotar" (bilder presenteras i artikeln) ersätter för det mesta människor i områden med speciella förhållanden. Distribueras i tillverkning av maskiner som ger ett mikroklimat i uppvärmda rum medtemperatur som inte överstiger 30 grader Celsius. Robotar i rostfritt stål bearbetar mästerligt kött, deltar i produktionen av mejeriprodukter och, naturligtvis, staplar och packar produkter på ett optim alt sätt.

Det är svårt att överskatta bidraget från sådana enheter till bilindustrin. Enligt experter är de mest kraftfulla och produktiva maskinerna idag just "Cook"-robotar. Foton av sådana enheter som utför hela utbudet av automonteringsoperationer är imponerande. Samtidigt är det verkligen dags att prata om automatiserad produktion.

Bearbetning av plast, tillverkning av plast, tillverkning av de mest komplexa delarna från olika material tillhandahålls av robotar i produktion i en förorenad miljö som verkligen är skadlig för människors hälsa.

Ett annat viktigt användningsområde för "Cook"-aggregat är träbearbetning. Dessutom ger de beskrivna enheterna både fullgörandet av individuella beställningar och etableringen av storskalig massproduktion i alla led - från primär bearbetning och sågning till fräsning, borrning, slipning.

Priser

För närvarande efterfrågas robotar tillverkade av Kuka och Fanuc på de ryska och OSS-marknaderna. Deras priser sträcker sig från 25 000 till 800 000 rubel. En sådan imponerande skillnad förklaras av förekomsten av olika modeller: standard låg kapacitet (5-15 kg), special (löser speciella uppgifter), specialiserad (arbetar i en icke-standard miljö), stor kapacitet (upp till 4000 ton)).

slutsatser

Det måste erkännas att potentialen hos industrirobotar fortfarande inte utnyttjas fullt ut. Samtidigt, tack vare insatser från specialister, gör modern teknik det möjligt att implementera allt mer vågade idéer.

Behovet av att öka produktiviteten i världsekonomin och maximera andelen intellektuellt mänskligt arbete tjänar som kraftfulla incitament för utvecklingen av fler och fler nya typer och modifieringar av industrirobotar.