Teollisuusrobotti. Robotit tuotannossa. Automaatti-robotit

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Näillä laitteilla on nykyään kansantaloudessa erityisen kysyntää. Teollisuusrobotti, joka muistuttaa vähän K. Chapekin kirjassa Rise of the Robots esitettyä prototyyppiä, ei syötä lainkaan vallankumouksellisia ideoita. Päinvastoin, hän suorittaa tunnollisesti ja erittäin tarkasti sekä päätuotantoprosessit (kokoonpano, hitsaus, maalaus) että apuprosessit (lastaus ja purku, tuotteen kiinnitys valmistuksen aikana, siirto).

Tällaisten "älykkäiden" koneiden käyttö auttaa ratkaisemaan tehokkaasti kolme suurta tuotantoongelmaa:

• työn tuottavuuden parantaminen;
• parantaa ihmisten työoloja;
• optimoi henkilöresurssien käyttö.

Teollisuusrobotit ovat suurtuotannon ideana

Tuotannossa olevat robotit levisivät massiivisesti 1900-luvun lopulla teollisuustuotannon merkittävän kasvun vuoksi. Suuret tuotesarjat ovat johtaneet tarpeeseen sellaisessa työssä, jonka suorituskyky ylittää objektiiviset ihmisen kyvyt. Sen sijaan, että ne työllistävät tuhansia ammattitaitoisia työntekijöitä, toimivat nykyaikaiset teknologiset tehtaatlukuisia korkean suorituskyvyn automaattisia linjoja, jotka toimivat jaksoittain tai jatkuvina jaksoina.

Tällaisten, teollisuusrobottien laajaa käyttöä julistavien teknologioiden kehittämisen johtajia ovat Japani, USA, Saksa, Ruotsi ja Sveitsi. Yllä mainituissa maissa valmistetut nykyaikaiset teollisuusrobotit on jaettu kahteen suureen ryhmään. Niiden tyypit määräytyvät kuulumalla kahteen pohjimmiltaan erilaiseen johtamismenetelmään:

• automaattiset manipulaattorit;
• ihmisen etäohjattavat laitteet.

Mihin niitä käytetään?

Niiden luomisen tarpeesta alettiin puhua 1900-luvun alussa. Suunnitelman toteuttamiselle ei kuitenkaan tuolloin ollut elementtipohjaa. Nykyään, ajan sanelua noudattaen, robottikoneita käytetään useimmilla teknologisesti edistyneimmillä teollisuudenaloilla.

Valitettavasti kokonaisten teollisuudenalojen uudelleen varustaminen tällaisilla "älykkäillä" koneilla vaikeutuu investointien puutteen vuoksi. Vaikka niiden käytön hyödyt ylittävät selvästi alkuperäiset rahalliset kustannukset, koska niiden avulla voimme puhua paitsi eikä niinkään automaatiosta, vaan syvällisistä muutoksista tuotannon ja työvoiman alueella.

Teollisuusrobottien käyttö on mahdollistanut tehokkaamman työn, joka on työvoimaintensiteetin ja -tarkkuuden kann alta ihmisvoimien ulkopuolella: lastaus / purkaminen, pinoaminen, lajittelu, osien suuntaaminen; aihioiden siirtäminen robotista toiseen ja valmiit tuotteet varastoon; pistehitsaus ja saumahitsaus; mekaanisten ja elektronisten osien kokoonpano; kaapelin asennus; leikkausaihiot monimutkaista ääriviivaa pitkin.

Manipulaattori osana teollisuusrobottia

Toiminnallisesti tällainen "älykäs" kone koostuu uudelleen ohjelmoitavasta ACS:stä (automaattinen ohjausjärjestelmä) ja työkappaleesta (matkajärjestelmä ja mekaaninen manipulaattori). Jos ACS on yleensä melko kompakti, visuaalisesti piilotettu eikä heti tartu silmään, niin työkappale on niin tyypillinen ulkonäkö, että teollisuusrobottia kutsutaan usein seuraavasti: "robotti-manipulaattori".

Määritelmän mukaan manipulaattori on laite, joka liikuttaa työpintoja ja työskentelykohteita avaruudessa. Nämä laitteet koostuvat kahdentyyppisistä linkeistä. Ensimmäiset tarjoavat progressiivisen liikkeen. Toinen on kulmasiirtymä. Tällaisissa vakionivelissä käytetään joko pneumaattista tai hydraulista (tehokkaampaa) käyttövoimaa.

Manipulaattori, joka on luotu analogisesti ihmiskäden kanssa, on varustettu teknologisella tartuntalaitteella osien käsittelyä varten. Erilaisissa tämän tyyppisissä laitteissa suora ote suoritettiin useimmiten mekaanisilla sormilla. Tasaisilla pinnoilla työskenneltäessä esineet siepattiin mekaanisilla imukupeilla.

Jos manipulaattorin täytyi työskennellä samanaikaisesti useiden samanlaisten työkappaleiden kanssa, sieppaus onnistui erityisen kattavan suunnittelun ansiosta.

Manipulaattori on usein varustettu tarttujan sijaan siirrettävällä hitsauslaitteistolla, erityisellä teknologisella ruiskupistoolilla tai yksinkertaisestiruuvimeisseli.

Miten robotti liikkuu

Automaattirobotit mukautuvat yleensä kahdentyyppiseen avaruudessa tapahtuvaan liikkeeseen (vaikka joitain niistä voidaan kutsua paikallaan pysyviksi). Se riippuu tietyn tuotannon olosuhteista. Jos on tarpeen varmistaa liike tasaisella pinnalla, se toteutetaan suuntaavalla yksikiskolla. Jos vaaditaan työskentelyä eri tasoilla, käytetään "käveleviä" järjestelmiä pneumaattisilla imukupeilla. Liikkuva robotti on suunnattu täydellisesti sekä tila- että kulmakoordinaateissa. Tällaisten laitteiden nykyaikaiset paikannuslaitteet ovat yhtenäisiä, ne koostuvat teknisistä lohkoista ja mahdollistavat 250 - 4000 kg painavien työkappaleiden erittäin tarkan siirron.

Design

Kyseisten automatisoitujen koneiden käyttö nimenomaan monitieteisillä teollisuudenaloilla johti niiden pääkomponenttien tiettyyn yhtenäistämiseen. Nykyaikaisten teollisten robottimanipulaattorien suunnittelussa on:

• kehys, jota käytetään osien tartuntalaitteen (tarraimen) kiinnittämiseen - eräänlainen "käsi", joka todella suorittaa käsittelyn;
• tarrata ohjaimella (jälkimmäinen määrittää "käden" sijainnin avaruudessa);
• tuki laitteita, jotka ajavat, muuntavat ja siirtävät energiaa vääntömomentin muodossa akselilla (niiden ansiosta teollisuusrobotti saa potentiaalin liikkua);
• seuranta- ja hallintojärjestelmä sille osoitettujen ohjelmien toteuttamiseksi; uusien ohjelmien hyväksyminen; antureilta tulevan tiedon analysointi ja vastaavastisen siirtäminen tarjoaville laitteille;
• työosan asemointijärjestelmä, asemien ja liikkeiden mittaaminen käsittelyakseleilla.

Teollisuusrobottien aamunkoitto

Palataanpa lähimenneisyyteen ja muistetaan, miten teollisuusautomaattien luomisen historia alkoi. Ensimmäiset robotit ilmestyivät Yhdysvalloissa vuonna 1962, ja niitä valmistivat Union Incorporated ja Versatran. Tarkemmin sanottuna he kuitenkin julkaisivat Unimaten teollisuusrobotin, jonka loi amerikkalainen insinööri D. Devol, joka patentoi omat itseliikkuvat aseensa, jotka oli ohjelmoitu reikäkorteilla. Se oli ilmeinen tekninen läpimurto: "älykkäät" koneet muistivat reittinsä reittipisteiden koordinaatit ja suorittivat työn ohjelman mukaan.

Unimaten ensimmäinen teollisuusrobotti varustettiin pneumaattisesti toimivalla kaksisormeisella tarttujalla ja viiden vapausasteen hydraulisesti toimivalla varrella. Sen ominaisuudet mahdollistivat 12 kg:n osan siirtämisen 1,25 mm:n tarkkuudella.

Toinen Versatran-robottivarsi, samannimisen yrityksen valmistama, lastasi ja purki uuniin 1 200 tiiliä tunnissa. Hän korvasi menestyksekkäästi ihmisten työn terveydelle haitallisessa ympäristössä korkealla lämpötilalla. Ajatus sen luomisesta osoittautui erittäin onnistuneeksi, ja suunnittelu on niin luotettava, että jotkut tämän tuotemerkin koneet jatkavat toimintaamme meidän aikanamme. Ja tämä huolimatta siitä, että heidän resurssinsa ylitti satoja tuhansia tunteja.

Huomaa, että teollisuusrobottien ensimmäinen sukupolviArvoltaan siinä oletettiin 75 % mekaniikkaa ja 25 % elektroniikkaa. Tällaisten laitteiden uudelleensäätö vaati aikaa ja aiheutti laitteiden seisokkeja. Ohjausohjelma korvattiin niiden käyttämiseksi uudelleen suorittamaan uutta työtä.

Toisen sukupolven robottikoneet

Pian kävi selväksi: kaikista eduista huolimatta ensimmäisen sukupolven koneet osoittautuivat epätäydellisiksi… Toinen sukupolvi omaksui teollisuusrobottien hienovaraisemman ohjauksen - mukautuvan. Ensimmäiset laitteet vaativat sen ympäristön tilaamista, jossa ne työskentelivät. Jälkimmäinen seikka merkitsi usein suuria lisäkustannuksia. Tästä oli tulossa kriittistä massatuotannon kehittämisen kann alta.

Uudelle kehitysvaiheelle oli ominaista monien antureiden kehitys. Heidän avullaan robotti sai "tuntemukseksi" kutsutun laadun. Hän alkoi vastaanottaa tietoa ulkoisesta ympäristöstä ja sen mukaisesti valita parhaan toimintatavan. Hän esimerkiksi hankki taitoja, joiden avulla hän voi osallistua ja ohittaa esteen sillä. Tämä toiminta johtuu vastaanotetun tiedon mikroprosessorikäsittelystä, jota edelleen ohjausohjelmien muuttujiin syötettynä robotit itse asiassa ohjaavat.

Myös tuotannon perustoimintojen tyypit (hitsaus, maalaus, kokoonpano, erilaiset koneistukset) ovat mukauttamisen alaisia. Toisin sanoen kutakin niistä suoritettaessa käynnistetään monivarianssi minkä tahansa edellä mainitun työn laadun parantamiseksi.

Teollisia manipulaattoreita ohjataan pääasiassa ohjelmistoilla. Ohjauslaitteistotoiminnot ovat teollisia minitietokoneita PC/104 tai MicroPC. Huomaa, että mukautuva ohjaus perustuu monimuunnelmiin ohjelmistoihin. Lisäksi robotti tekee päätöksen ohjelman toimintatavan valinnasta ilmaisimien kuvaaman ympäristön tiedon perusteella.

Toisen sukupolven robotin toiminnalle tyypillinen piirre on vakiintuneiden toimintatapojen alustava läsnäolo, joista jokainen aktivoituu tiettyjen ulkoisesta ympäristöstä saatavien indikaattoreiden vaikutuksesta.

Kolmas sukupolvi robotteja

Kolmannen sukupolven automaattiset robotit pystyvät luomaan itsenäisesti ohjelman toimistaan riippuen tehtävästä ja ulkoisen ympäristön olosuhteista. Heillä ei ole "huijauslehtiä", eli maalattuja teknisiä toimia tietyille ulkoisen ympäristön muunnelmille. He pystyvät itsenäisesti rakentamaan työnsä algoritmin optimaalisesti sekä toteuttamaan sen nopeasti käytännössä. Tällaisen teollisuusrobotin elektroniikan hinta on kymmenen kertaa korkeampi kuin sen mekaaninen osa.

Uusin robotti, joka vangitsee osan antureiden ansiosta, "tietää", kuinka hyvin se onnistui. Lisäksi itse tartuntavoimaa (voiman takaisinkytkentää) säädetään kappalemateriaalin haurauden mukaan. Ehkä siksi uuden sukupolven teollisuusrobottien laitetta kutsutaan älykkääksi.

Kuten ymmärrätte, tällaisen laitteen "aivot" ovat sen ohjausjärjestelmä. Lupaavin on keinotekoisin menetelmin toteutettu sääntelyälykkyys.

Älykkyyttä näille koneille antavat sovelluspaketit, ohjelmoitavat logiikkaohjaimet ja mallinnustyökalut. Tuotannossa teollisuusrobotit verkotetaan, mikä takaa oikean tason vuorovaikutuksen ihmisen ja koneen välillä. Lisäksi on kehitetty työkaluja tällaisten laitteiden tulevaisuuden toiminnan ennustamiseen toteutetun ohjelmistosimuloinnin ansiosta, jonka avulla voit valita parhaat vaihtoehdot toimintaan ja verkkoyhteyskonfiguraatioihin.

Maailman johtavat robottiyritykset

Nykyään teollisuusrobottien käyttöä tarjoavat johtavat yritykset, mukaan lukien japanilaiset (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerikkalaiset (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), saksalaiset (Kuka).

Mistä nämä yritykset ovat kuuluisia maailmassa? Fanucin omaisuuteen kuuluu tähän mennessä nopein delta-robotti M-1iA (tällaisia koneita käytetään yleensä pakkaamiseen), vahvin sarjaroboteista - M-2000iA, maailmanlaajuisesti tunnustetut ArcMate-hitsausrobotit.

Kukan valmistamilla teollisuusrobotilla ei ole vähemmän kysyntää. Nämä koneet suorittavat käsittelyn, hitsauksen, kokoonpanon, pakkaamisen, lavaamisen ja lastauksen saksalaisella tarkkuudella.

Vaikuttava on myös Yhdysv altain markkinoilla toimivan japanila-amerikkalaisen Motomanin (Yaskawa) tuotevalikoima: 175 teollisuusrobottimallia sekä yli 40 integroitua ratkaisua. Yhdysvalloissa tuotannossa käytetyt teollisuusrobotit ovat enimmäkseen tämän alan johtavan valmistamiayritys.

Useimmat muista edustamistamme yrityksistä täyttävät markkinaraon valmistamalla suppeamman valikoiman erikoisinstrumentteja. Esimerkiksi Daihen ja Panasonic valmistavat hitsausrobotteja.

Automatisoidun tuotannon organisointimenetelmät

Jos puhumme automatisoidun tuotannon organisoinnista, niin aluksi otettiin käyttöön jäykkä lineaarinen periaate. Riittävän suurella tuotantosyklin nopeudella sillä on kuitenkin merkittävä haittapuoli - vioista johtuvat seisokit. Vaihtoehtona keksittiin pyörivä tekniikka. Tällaisessa tuotannon organisoinnissa sekä työkappale että itse automatisoitu linja (robotit) liikkuvat ympyrässä. Koneet voivat tässä tapauksessa kopioida toimintoja, ja viat ovat käytännössä poissuljettuja. Tässä tapauksessa nopeus kuitenkin menetetään. Ihanteellinen prosessiorganisaatio on kahden edellä mainitun yhdistelmä. Sitä kutsutaan pyöriväksi kuljettimeksi.

Teollisuusrobotti joustavan automaattisen tuotannon osana

Modernit "älykkäät" laitteet konfiguroidaan nopeasti uudelleen, ne ovat erittäin tuottavia ja suorittavat itsenäisesti työtä käyttämällä laitteitaan, työstömateriaaleja ja työkappaleita. Käyttötarkoituksesta riippuen ne voivat toimia sekä yhden ohjelman puitteissa että työskentelyään vaihtelemalla, eli valitsemalla sopivan kiinteästä määrästä tarjotuista ohjelmista.

Teollisuusrobotti on joustavan automatisoidun tuotannon (yleisesti hyväksytty lyhenne - GAP) osa. Kestääsisältää myös:

• tietokoneavusteinen suunnittelujärjestelmä;
• tuotannon teknisten laitteiden automatisoitu ohjaus;
• teollisuuden robottikädet;
• Automaattinen tuotannon kuljetus;
• lataus-/purku- ja sijoituslaitteet;
• valmistusprosessin ohjausjärjestelmät;
• automaattinen tuotannonohjaus.

Lisätietoja robottien käytöstä

Todelliset teolliset sovellukset ovat nykyaikaisia robotteja. Niiden tyypit ovat erilaisia, ja ne tarjoavat korkean tuottavuuden strategisesti tärkeillä teollisuuden aloilla. Erityisesti nykyaikainen Saksan talous on suurelta osin velkaa kasvavaan potentiaalistaan niiden soveltamisesta. Millä aloilla nämä "rautatyöläiset" työskentelevät? Metallintyöstössä ne toimivat lähes kaikissa prosesseissa: valussa, hitsauksessa, takomisessa ja tarjoavat korkeimman tason työn.

Valu on suurelta osin robotisoitu toimialalla, jolla on äärimmäiset olosuhteet ihmistyölle (eli korkeita lämpötiloja ja saasteita). Kukan koneita kootaan jopa valimoissa.

Myös elintarviketeollisuus sai Kuk alta laitteet tuotantotarkoituksiin. "Ruokarobotit" (kuvat on esitetty artikkelissa) korvaavat suurimmaksi osaksi ihmiset alueilla, joilla on erityisolosuhteet. Jaetaan sellaisten koneiden valmistukseen, jotka tarjoavat mikroilmaston lämmitetyissä huoneissalämpötila ei ylitä 30 astetta. Ruostumattomasta teräksestä valmistetut robotit käsittelevät mestarillisesti lihaa, osallistuvat maitotuotteiden tuotantoon ja tietysti pinoavat ja pakkaavat tuotteita optimaalisella tavalla.

Tällaisten laitteiden merkitystä autoteollisuudelle on vaikea yliarvioida. Asiantuntijoiden mukaan tehokkaimmat ja tuottavimmat koneet nykyään ovat juuri "Cook"-robotit. Valokuvat sellaisista laitteista, jotka suorittavat koko valikoiman automaattisia kokoonpanotoimintoja, ovat vaikuttavia. Samalla on todella aika puhua automatisoidusta tuotannosta.

Muovien käsittely, muovin valmistus, monimutkaisimpien osien valmistus erilaisista materiaaleista tapahtuu robottien avulla tuotannossa saastuneessa ympäristössä, joka on todella haitallista ihmisten terveydelle.

Toinen tärkeä Cook-kiviaineksen käyttöalue on puuntyöstö. Lisäksi kuvatut laitteet mahdollistavat sekä yksittäisten tilausten toteuttamisen että laajamittaisen massatuotannon perustamisen kaikissa vaiheissa - alkujalostuksesta ja sahauksesta jyrsintään, poraukseen, hiontaan.

Hinnat

Tällä hetkellä Kukan ja Fanucin valmistamilla roboteilla on kysyntää Venäjän ja IVY-markkinoilla. Niiden hinnat vaihtelevat 25 000 - 800 000 ruplaa. Tällainen vaikuttava ero selittyy eri mallien olemassaololla: tavallinen pienikapasiteetti (5-15 kg), erityinen (erityisten tehtävien ratkaiseminen), erikoistunut (työskentely epätyypillisessä ympäristössä), suuri kapasiteetti (jopa 4000 tonnia)).

Johtopäätökset

On myönnettävä, että teollisuusrobottien potentiaalia ei ole vieläkään täysin hyödynnetty. Samaan aikaan asiantuntijoiden ponnistelujen ansiosta nykyaikainen teknologia mahdollistaa entistä rohkeampien ideoiden toteuttamisen.

Tarve lisätä maailmantalouden tuottavuutta ja maksimoida älyllisen ihmistyövoiman osuus toimivat voimakkaina kannustimina yhä useamman uudentyyppisten ja muunnelmien teollisuusrobottien kehittämiselle.