Rūpnieciskais robots. Roboti ražošanā. Automāti-roboti

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Šīs ierīces mūsdienās ir īpaši pieprasītas valsts ekonomikā. Rūpnieciskais robots, kuram ir maz līdzības ar savu prototipu K. Čapeka grāmatā Rise of the Robots, nepavisam nebaro revolucionāras idejas. Tieši otrādi, viņš apzinīgi un ar lielu precizitāti veic gan galvenos ražošanas procesus (montāža, metināšana, krāsošana), gan palīgprocesus (iekraušana un izkraušana, izstrādājuma nostiprināšana ražošanas laikā, pārvietošana).

Šādu "viedo" iekārtu izmantošana palīdz efektīvi atrisināt trīs galvenās ražošanas problēmas:

• darba ražīguma uzlabošana;
• uzlabot cilvēku darba apstākļus;
• optimizēt cilvēkresursu izmantošanu.

Rūpnieciskie roboti ir liela mēroga ražošanas ideja

Ražošanā izmantotie roboti masveidā izplatījās 20. gadsimta beigās, pateicoties ievērojamam rūpnieciskās ražošanas pieaugumam. Liela produktu sērija ir radījusi nepieciešamību pēc tāda darba intensitātes un kvalitātes, kura veiktspēja pārsniedz cilvēka objektīvās iespējas. Tā vietā, lai nodarbinātu daudzus tūkstošus kvalificētu darbinieku, darbojas modernas tehnoloģiskās rūpnīcasdaudzas augstas veiktspējas automātiskās līnijas, kas darbojas ar pārtraukumiem vai nepārtrauktiem cikliem.

Līderes šādu tehnoloģiju izstrādē, deklarējot industriālo robotu plašu izmantošanu, ir Japāna, ASV, Vācija, Zviedrija un Šveice. Mūsdienu industriālie roboti, kas ražoti iepriekš minētajās valstīs, ir sadalīti divās lielās grupās. To veidus nosaka piederība divām principiāli atšķirīgām vadības metodēm:

• automātiskie manipulatori;
• ierīces, ko attālināti vada cilvēks.

Kam tos izmanto?

Par to izveides nepieciešamību sāka runāt 20. gadsimta sākumā. Taču tobrīd plāna īstenošanai nebija elementu bāzes. Mūsdienās, sekojot laika diktātam, robotizētās mašīnas tiek izmantotas lielākajā daļā tehnoloģiski progresīvāko nozaru.

Diemžēl veselu nozaru aprīkošanu ar tik "gudrām" mašīnām apgrūtina investīciju trūkums. Lai gan ieguvumi no to izmantošanas nepārprotami pārsniedz sākotnējās naudas izmaksas, jo tie ļauj runāt ne tikai un ne tik daudz par automatizāciju, bet gan par pamatīgām izmaiņām ražošanas un darbaspēka sfērā.

Industriālo robotu izmantošana ļāvusi efektīvāk veikt darbus, kas darbietilpības un precizitātes ziņā ir ārpus cilvēka spēka: iekraušana/izkraušana, sakraušana, šķirošana, detaļu orientēšana; sagatavju pārvietošana no viena robota uz otru un gatavās produkcijas pārvietošana uz noliktavu; punktmetināšana un šuvju metināšana; mehānisko un elektronisko detaļu montāža; kabeļu ieguldīšana; griešanasagataves gar sarežģītu kontūru.

Manipulators kā daļa no rūpnieciskā robota

Funkcionāli šāda “gudra” mašīna sastāv no pārprogrammējamas ACS (automātiskās vadības sistēmas) un darba korpusa (ceļošanas sistēmas un mehāniskā manipulatora). Ja ACS parasti ir diezgan kompakts, vizuāli slēpts un uzreiz nekrīt acīs, tad darba korpusam ir tik raksturīgs izskats, ka industriālo robotu mēdz dēvēt šādi: “robots-manipulators”.

Pēc definīcijas manipulators ir ierīce, kas pārvieto darba virsmas un darba objektus telpā. Šīs ierīces sastāv no divu veidu saitēm. Pirmie nodrošina progresīvu kustību. Otrais ir leņķiskā nobīde. Šādas standarta saites to kustībai izmanto vai nu pneimatisko, vai hidraulisko (jaudīgāku) piedziņu.

Manipulators, kas izveidots pēc analoģijas ar cilvēka roku, ir aprīkots ar tehnoloģisku satveršanas ierīci darbam ar detaļām. Dažādās šāda veida ierīcēs tiešo satvērienu visbiežāk veica ar mehāniskiem pirkstiem. Strādājot ar plakanām virsmām, objekti tika fiksēti, izmantojot mehāniskus piesūcekņus.

Ja manipulatoram bija jāstrādā vienlaikus ar daudzām līdzīgām sagatavēm, tad uztveršana tika veikta, pateicoties īpašam plašam dizainam.

Satvērēja vietā manipulators bieži tiek aprīkots ar pārvietojamu metināšanas iekārtu, speciālu tehnoloģisku smidzināšanas pistoli vai vienkāršiskrūvgriezis.

Kā robots pārvietojas

Automāti-roboti parasti pielāgojas diviem kustības veidiem telpā (lai gan dažus no tiem var saukt par stacionāriem). Tas ir atkarīgs no konkrētas ražošanas apstākļiem. Ja nepieciešams nodrošināt kustību pa gludu virsmu, tad to īsteno, izmantojot virziena monosliedes. Ja nepieciešams strādāt dažādos līmeņos, tiek izmantotas "staigājošas" sistēmas ar pneimatiskajiem piesūcekņiem. Kustīgs robots ir lieliski orientēts gan telpiskajās, gan leņķiskajās koordinātēs. Mūsdienu šādu ierīču pozicionēšanas ierīces ir vienotas, tās sastāv no tehnoloģiskiem blokiem un nodrošina augstas precizitātes sagatavju pārvietošanu no 250 līdz 4000 kg.

Dizains

Attiecīgo automatizēto iekārtu izmantošana tieši daudznozaru nozarēs noveda pie zināmas to galveno bloku apvienošanas. Mūsdienu rūpniecisko robotizēto manipulatoru dizainā ir:

• rāmis, ko izmanto detaļu satveršanas ierīces (greifera) nostiprināšanai - sava veida "roka", kas faktiski veic apstrādi;
• greifers ar vadotni (pēdējais nosaka "rokas" pozīciju telpā);
• atbalsta ierīces, kas virza, pārveido un pārraida enerģiju griezes momenta veidā uz asi (pateicoties tām, industriālais robots saņem kustības potenciālu);
• uzraudzības un vadības sistēma tai noteikto programmu īstenošanai; jaunu programmu pieņemšana; no sensoriem saņemtās informācijas analīzi un attiecīgipārsūtot to uz nodrošināšanas ierīcēm;
• darba daļas pozicionēšanas sistēma, pozīciju un kustību mērīšana pa manipulācijas asīm.

Industriālo robotu rītausma

Atgriezīsimies nesenā pagātnē un atcerēsimies, kā sākās rūpniecisko automātu radīšanas vēsture. Pirmie roboti parādījās ASV 1962. gadā, un tos ražoja Union Incorporated un Versatran. Lai gan, ja precīzāk, viņi tomēr izlaida Unimate industriālo robotu, ko radīja amerikāņu inženieris D. Devols, kurš patentēja pats savus pašpiedziņas ieročus, kas programmēti, izmantojot perfokartes. Tas bija acīmredzams tehniskais izrāviens: "gudrās" mašīnas atcerējās maršruta punktu koordinātas un veica darbu saskaņā ar programmu.

Unimate pirmais rūpnieciskais robots bija aprīkots ar pneimatiski darbināmu divu pirkstu satvērēju un piecu brīvības pakāpju hidrauliski darbināmu roku. Tās raksturlielumi ļāva pārvietot 12 kg smagu detaļu ar 1,25 mm precizitāti.

Vēl viena Versatran robotu roka, ko izgatavoja tāda paša nosaukuma uzņēmums, krāsnī iekrauj un izkrauj 1200 ķieģeļu stundā. Viņš veiksmīgi aizstāja cilvēku darbu veselībai kaitīgā vidē ar augstu temperatūru. Tās izveides ideja izrādījās ļoti veiksmīga, un dizains ir tik uzticams, ka dažas šīs markas mašīnas turpina darboties mūsu laikā. Un tas neskatoties uz to, ka viņu resursi pārsniedza simtiem tūkstošu stundu.

Ņemiet vērā, ka pirmās paaudzes industriālie robotiVērtības ziņā tas paredzēja 75% mehānikas un 25% elektronikas. Šādu ierīču pārregulēšana prasīja laiku un izraisīja iekārtu dīkstāvi. Lai tos izmantotu jaunam darbam, kontroles programma tika aizstāta.

Otrās paaudzes robotu mašīnas

Drīz kļuva skaidrs: neskatoties uz visām priekšrocībām, pirmās paaudzes mašīnas izrādījās nepilnīgas… Otrā paaudze uzņēma smalkāku rūpniecisko robotu vadību – adaptīvu. Pašas pirmās ierīces prasīja pasūtīt vidi, kurā tās strādāja. Pēdējais apstāklis bieži nozīmēja lielas papildu izmaksas. Tas kļuva kritiski masveida ražošanas attīstībai.

Jauno progresa posmu raksturoja daudzu sensoru attīstība. Ar viņu palīdzību robots ieguva kvalitāti, ko sauc par “sajūtu”. Viņš sāka saņemt informāciju par ārējo vidi un saskaņā ar to izvēlēties labāko rīcību. Piemēram, viņš apguva prasmes, kas ļauj piedalīties un ar to apiet šķērsli. Šī darbība notiek, pateicoties saņemtās informācijas mikroprocesora apstrādei, kuru tālāk, ievadot vadības programmu mainīgajos, faktiski vada roboti.

Arī ražošanas pamatoperāciju veidi (metināšana, krāsošana, montāža, dažāda veida apstrāde) ir pakļauti pielāgošanai. Tas nozīmē, ka, veicot katru no tiem, tiek iniciēta multivariance, lai uzlabotu jebkura veida iepriekšminēto darbu kvalitāti.

Rūpnieciskos manipulatorus galvenokārt kontrolē programmatūra. Kontroles aparatūrafunkcijas ir industriālie minidatori PC/104 vai MicroPC. Ņemiet vērā, ka adaptīvās vadības pamatā ir vairāku variantu programmatūra. Turklāt lēmumu par programmas darbības veida izvēli pieņem robots, pamatojoties uz informāciju par detektoru aprakstīto vidi.

Otrās paaudzes robota funkcionēšanas raksturīga iezīme ir iepriekš noteiktu darbības režīmu klātbūtne, no kuriem katrs tiek aktivizēts pie noteiktiem indikatoriem, kas iegūti no ārējās vides.

Trešās paaudzes roboti

Trešās paaudzes automātiskie roboti spēj patstāvīgi ģenerēt savu darbību programmu atkarībā no uzdevuma un ārējās vides apstākļiem. Tiem nav “blēžu loksnes”, t.i., krāsotas tehnoloģiskās darbības atsevišķiem ārējās vides variantiem. Viņiem ir iespēja patstāvīgi optimāli izveidot sava darba algoritmu, kā arī ātri to ieviest praksē. Šāda rūpnieciskā robota elektronikas izmaksas ir desmit reizes augstākas nekā tā mehāniskās daļas.

Jaunākais robots, kas tver daļu, pateicoties sensoriem, “zina”, cik labi tas to paveica. Turklāt pats satveršanas spēks (spēka atgriezeniskā saite) tiek regulēts atkarībā no detaļas materiāla trausluma. Iespējams, tāpēc jaunās paaudzes industriālo robotu ierīci sauc par viedo.

Kā jūs saprotat, šādas ierīces “smadzenes” ir tās vadības sistēma. Visdaudzsološākais ir regulējums, kas veikts pēc mākslīgās metodesinteliģence.

Inteliģenci šīm mašīnām nodrošina lietojumprogrammu pakotnes, programmējami loģiskie kontrolleri, modelēšanas rīki. Ražošanā rūpnieciskie roboti ir savienoti tīklā, nodrošinot atbilstošu mijiedarbības līmeni starp cilvēka un mašīnas sistēmu. Tāpat ir izstrādāti rīki, lai prognozētu šādu ierīču darbību nākotnē, pateicoties ieviestajai programmatūras simulācijai, kas ļauj izvēlēties labākās darbības iespējas un tīkla savienojuma konfigurācijas.

Pasaules vadošie robotu uzņēmumi

Šodien industriālo robotu izmantošanu nodrošina vadošie uzņēmumi, tostarp japāņu (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerikāņu (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), vācu (Kuka).

Ar ko šīs firmas ir slavenas pasaulē? Fanuc aktīvos ietilpst līdz šim ātrākais delta robots M-1iA (šādas iekārtas parasti tiek izmantotas iepakošanai), spēcīgākais no sērijveida robotiem - M-2000iA, visā pasaulē atzīti metināšanas roboti ArcMate.

Ne mazāk pieprasīti ir Kuka ražotie rūpnieciskie roboti. Šīs iekārtas veic apstrādi, metināšanu, montāžu, iepakošanu, paletēšanu, iekraušanu ar vācu precizitāti.

Iespaidīgs ir arī japāņu-amerikāņu kompānijas Motoman (Yaskawa), kas darbojas ASV tirgū, preču klāsts: 175 industriālo robotu modeļi, kā arī vairāk nekā 40 integrētie risinājumi. Rūpnieciskos robotus, ko izmanto ražošanā ASV, galvenokārt ražo šis nozares vadošais uzņēmumsuzņēmums.

Lielākā daļa citu mūsu pārstāvēto firmu aizpilda savu nišu, ražojot šaurāku specializēto instrumentu klāstu. Piemēram, Daihen un Panasonic ražo metināšanas robotus.

Automatizētas ražošanas organizēšanas metodes

Ja runājam par automatizētās ražošanas organizāciju, tad sākumā tika ieviests stingrs lineārais princips. Tomēr pie pietiekami liela ražošanas cikla ātruma tam ir būtisks trūkums - dīkstāve kļūmju dēļ. Kā alternatīva tika izgudrota rotācijas tehnoloģija. Ar šādu ražošanas organizāciju gan sagatave, gan pati automatizētā līnija (roboti) pārvietojas pa apli. Mašīnas šajā gadījumā var dublēt funkcijas, un kļūmes ir praktiski izslēgtas. Tomēr šajā gadījumā ātrums tiek zaudēts. Ideāla procesa organizācija ir divu iepriekš minēto hibrīds. To sauc par rotējošo konveijeru.

Rūpnieciskais robots kā elastīgas automātiskās ražošanas elements

Mūsdienu "viedās" ierīces tiek ātri pārkonfigurētas, ļoti produktīvas un patstāvīgi veic darbu, izmantojot savu aprīkojumu, apstrādājot materiālus un sagataves. Atkarībā no lietošanas specifikas tās var darboties gan vienas programmas ietvaros, gan variējot savu darbu, t.i., izvēloties īsto no fiksēta nodrošināto programmu skaita.

Rūpnieciskais robots ir elastīgas automatizētas ražošanas (vispārpieņemts saīsinājums - GAP) sastāvdaļa. Pēdējaisietver arī:

• datorizēta projektēšanas sistēma;
• ražošanas tehnoloģisko iekārtu automatizētas vadības komplekss;
• industriālās robotizētās rokas;
• Automātiskais ražošanas transports;
• iekraušanas/izkraušanas un izvietošanas ierīces;
• ražošanas procesa vadības sistēmas;
• automātiska ražošanas kontrole.

Vairāk par robotu lietošanas praksi

Īsti rūpnieciski lietojumi ir moderni roboti. To veidi ir dažādi, un tie nodrošina augstu produktivitāti stratēģiski svarīgās rūpniecības jomās. Jo īpaši mūsdienu Vācijas ekonomika lielā mērā ir parādā tās pieaugošajam potenciālam, pateicoties to izmantošanai. Kurās nozarēs strādā šie "dzelzs strādnieki"? Metālapstrādē tie funkcionē gandrīz visos procesos: liešanā, metināšanā, kalšanā, nodrošinot visaugstāko darba kvalitātes līmeni.

Kā nozare ar ārkārtējiem cilvēka darba apstākļiem (tas nozīmē augstu temperatūru un piesārņojumu), liešana lielā mērā ir robotizēta. Mašīnas no Kuka tiek montētas pat lietuvēs.

Arī pārtikas rūpniecība no Kuka saņēma iekārtas ražošanas vajadzībām. "Pārtikas roboti" (fotoattēli ir parādīti rakstā) lielākoties aizstāj cilvēkus apgabalos ar īpašiem apstākļiem. Izplatīts tādu mašīnu ražošanā, kas nodrošina mikroklimatu apsildāmās telpās artemperatūra nepārsniedz 30 grādus pēc Celsija. Nerūsējošā tērauda roboti meistarīgi apstrādā gaļu, piedalās piena produktu ražošanā un, protams, optimāli sakrauj un iepako produktus.

Ir grūti pārvērtēt šādu ierīču ieguldījumu autobūves nozarē. Pēc ekspertu domām, mūsdienās jaudīgākās un produktīvākās mašīnas ir tieši “Cook” roboti. Šādu ierīču fotoattēli, kas veic visas automātiskās montāžas darbības, ir iespaidīgi. Tajā pašā laikā patiešām ir pienācis laiks runāt par automatizētu ražošanu.

Plastmasas apstrādi, plastmasas ražošanu, sarežģītāko detaļu izgatavošanu no dažādiem materiāliem nodrošina roboti ražošanā piesārņotā, cilvēka veselībai reāli kaitīgā vidē.

Vēl viena svarīga "Cook" pildvielu pielietošanas joma ir kokapstrāde. Turklāt aprakstītās iekārtas nodrošina gan individuālu pasūtījumu izpildi, gan liela mēroga masveida ražošanas izveidi visos posmos - no pirmapstrādes un zāģēšanas līdz frēzēšanai, urbšanai, slīpēšanai.

Cenas

Šobrīd Kuka un Fanuc ražotie roboti ir pieprasīti Krievijas un NVS tirgos. To cenas svārstās no 25 000 līdz 800 000 rubļu. Tik iespaidīga atšķirība izskaidrojama ar dažādu modeļu esamību: standarta mazjaudas (5-15 kg), speciālais (risina īpašus uzdevumus), specializētais (strādā nestandarta vidē), lielas ietilpības (līdz 4000 tonnām).).

Secinājumi

Jāatzīst, ka industriālo robotu potenciāls joprojām nav pilnībā izmantots. Tajā pašā laikā, pateicoties speciālistu pūlēm, modernās tehnoloģijas ļauj īstenot arvien pārdrošākas idejas.

Nepieciešamība palielināt pasaules ekonomikas produktivitāti un maksimāli palielināt intelektuālā cilvēka darbaspēka īpatsvaru kalpo kā spēcīgs stimuls arvien vairāk jaunu industriālo robotu veidu un modifikāciju attīstībai.