Tööstusrobot. Robotid tootmises. Automaat-robotid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Need seadmed on tänapäeval rahvamajanduses eriti nõutud. Tööstusrobot, millel on vähe sarnasust oma prototüübiga K. Chapeki raamatus "Rise of the Robots", ei toida üldse revolutsioonilisi ideid. Vastupidi, ta teostab kohusetundlikult ja suure täpsusega nii peamisi tootmisprotsesse (monteerimine, keevitamine, värvimine) kui ka abiprotsesse (laadimine ja mahalaadimine, toote kinnitamine valmistamise ajal, teisaldamine).

Selliste "nutikate" masinate kasutamine aitab tõhus alt lahendada kolme peamist tootmisprobleemi:

• tööjõu tootlikkuse parandamine;
• parandada inimeste töötingimusi;
• optimeerige inimressursside kasutamist.

Tööstusrobotid on suurtootmise vaimusünnitus

Tootmises kasutatavad robotid levisid massiliselt 20. sajandi lõpus tööstustoodangu olulise suurenemise tõttu. Suured tooteseeriad on toonud kaasa vajaduse sellise töö intensiivsuse ja kvaliteedi järele, mille tulemuslikkus ületab inimese objektiivsed võimalused. Tuhandete oskustööliste palkamise asemel tegutsevad kaasaegsed tehnoloogilised tehasedarvuk alt suure jõudlusega automaatseid liine, mis töötavad katkendlike või pidevate tsüklitena.

Selliste tehnoloogiate väljatöötamise juhid, mis deklareerivad tööstusrobotite laialdast kasutamist, on Jaapan, USA, Saksamaa, Rootsi ja Šveits. Ül altoodud riikides toodetud kaasaegsed tööstusrobotid jagunevad kahte suurde rühma. Nende tüübid määratakse kahe põhimõtteliselt erineva juhtimismeetodi järgi:

• automaatsed manipulaatorid;
• inimese poolt kaugjuhitavad seadmed.

Milleks neid kasutatakse?

Nende loomise vajadusest hakati rääkima 20. sajandi alguses. Plaani elluviimiseks tollal aga elementaarbaas puudus. Tänapäeval, järgides aja diktaati, kasutatakse robotmasinaid enamikus tehnoloogiliselt arenenumates tööstusharudes.

Kahjuks takistab tervete tööstuste ümbervarustamist selliste "tarkade" masinatega investeeringute nappus. Kuigi nende kasutamisest saadav kasu ületab selgelt esialgsed rahalised kulud, sest need võimaldavad meil rääkida mitte ainult ja mitte niivõrd automatiseerimisest, vaid põhjalike muutuste kohta tootmis- ja tööjõusfääris.

Tööstusrobotite kasutamine on võimaldanud tõhusam alt teha töid, mis töömahukuse ja täpsuse poolest üle inimese jõu käivad: peale- / mahalaadimine, virnastamine, sorteerimine, detailide orienteerimine; tooriku teisaldamine ühest robotist teise ja valmistoodete lattu; punktkeevitus ja õmbluskeevitus; mehaaniliste ja elektrooniliste osade kokkupanek; kaabli paigaldamine; lõikaminetoorikud piki keerulist kontuuri.

Manipulaator tööstusroboti osana

Funktsionaalselt koosneb selline “tark” masin ümberprogrammeeritavast ACS-st (automaatjuhtimissüsteem) ja töötavast korpusest (reisisüsteem ja mehaaniline manipulaator). Kui tavaliselt on ACS üsna kompaktne, visuaalselt peidetud ega torka kohe silma, siis töökorpus on nii iseloomuliku välimusega, et tööstusrobotit kutsutakse sageli järgmiselt: “robot-manipulaator”.

Definitsiooni järgi on manipulaator seade, mis liigutab ruumis tööpindu ja tööobjekte. Need seadmed koosnevad kahte tüüpi linkidest. Esimesed pakuvad progressiivset liikumist. Teine on nurknihe. Sellised standardsed lülid kasutavad liikumiseks kas pneumaatilist või hüdraulilist (võimsamat) ajamit.

Inimkäega analoogia põhjal loodud manipulaator on varustatud tehnoloogilise haardeseadmega detailidega töötamiseks. Erinevates seda tüüpi seadmetes viidi otsehaarde kõige sagedamini läbi mehaaniliste sõrmedega. Lamedate pindadega töötamisel jäädvustati objekte mehaaniliste iminappadega.

Kui manipulaator pidi töötama samaaegselt paljude sarnaste toorikutega, siis püüdmine toimus tänu spetsiaalsele ulatuslikule disainile.

Haaratsi asemel on manipulaator sageli varustatud mobiilse keevitusseadme, spetsiaalse tehnoloogilise pihustuspüstoli või lihts altkruvikeeraja.

Kuidas robot liigub

Automaatrobotid kohanduvad tavaliselt kahte tüüpi liikumisega ruumis (kuigi mõnda neist võib nimetada statsionaarseks). See sõltub konkreetse tootmise tingimustest. Kui on vaja tagada liikumine siledal pinnal, siis teostatakse see suunatud monorööpa abil. Kui on vaja töötada erinevatel tasanditel, kasutatakse pneumaatiliste iminappadega "kõnnivaid" süsteeme. Liikuv robot on ideaalselt orienteeritud nii ruumiliste kui ka nurkkoordinaatide järgi. Selliste seadmete kaasaegsed positsioneerimisseadmed on ühtsed, koosnevad tehnoloogilistest plokkidest ja võimaldavad 250 kuni 4000 kg kaaluvate detailide ülitäpset liigutamist.

Disain

Asjaomaste automatiseeritud masinate kasutamine just multidistsiplinaarsetes tööstusharudes viis nende põhikoostisplokkide teatud ühtlustamiseni. Kaasaegsete tööstuslike robotmanipulaatorite disain on järgmine:

• raam, mida kasutatakse osade haaramise seadme (haara) kinnitamiseks - omamoodi "käsi", mis tegelikult töötleb;
• haarake juhikuga (viimane määrab "käe" asukoha ruumis);
• toetavad seadmeid, mis juhivad, muundavad ja edastavad energiat pöördemomendi kujul teljel (tänu neile saab tööstusrobot liikumispotentsiaali);
• seire- ja juhtimissüsteem talle määratud programmide elluviimiseks; uute programmide vastuvõtmine; anduritelt tuleva teabe analüüsimine ja vastav altselle ülekandmine pakkumisseadmetesse;
• tööosa positsioneerimissüsteem, positsioonide ja liikumiste mõõtmine piki manipuleerimistelge.

Tööstusrobotite koidik

Lähme tagasi lähiminevikku ja meenutame, kuidas algas tööstuslike automaatide loomise ajalugu. Esimesed robotid ilmusid USA-s 1962. aastal ning neid tootsid Union Incorporated ja Versatran. Kuigi kui täpne olla, lasid nad sellegipoolest välja tööstusroboti Unimate, mille lõi Ameerika insener D. Devol, kes patenteeris ise perfokaartide abil programmeeritud iseliikuvad relvad. See oli ilmselge tehniline läbimurre: "nutikad" masinad jätsid oma marsruudil olevate teekonnapunktide koordinaadid meelde ja tegid tööd vastav alt programmile.

Unimate esimene tööstusrobot oli varustatud pneumaatiliselt juhitava kahe sõrmega haaratsi ja viie vabadusastmega hüdrauliliselt käitatava käega. Selle omadused võimaldasid liigutada 12 kg kaaluvat detaili 1,25 mm täpsusega.

Teine Versatrani robotkäsi, mille valmistas samanimeline ettevõte, laadis ja laadis ahju 1200 tellist tunnis. Ta asendas eduk alt inimeste töö nende tervist kahjustavas keskkonnas kõrge temperatuuriga. Selle loomise idee osutus väga edukaks ja disain on nii usaldusväärne, et mõned selle kaubamärgi masinad töötavad meie ajal edasi. Ja seda hoolimata asjaolust, et nende ressurss ületas sadu tuhandeid tunde.

Pange tähele, et esimene tööstusrobotite põlvkond aastalväärtuse osas eeldas see 75% mehaanikat ja 25% elektroonikat. Selliste seadmete ümberseadistamine nõudis aega ja põhjustas seadmete seisakuid. Nende uute tööde tegemiseks asendati juhtimisprogramm.

Teise põlvkonna robotmasinad

Varsti sai selgeks: vaatamata kõikidele eelistele osutusid esimese põlvkonna masinad ebatäiuslikeks… Teine põlvkond võttis tööstusrobotite üle peenemat juhtimist – adaptiivset. Juba esimesed seadmed nõudsid töökeskkonna tellimist. Viimane asjaolu tähendas sageli suuri lisakulusid. See muutus masstootmise arendamiseks kriitiliseks.

Uut arenguetappi iseloomustas paljude andurite väljatöötamine. Nende abiga sai robot kvaliteedi, mida nimetatakse "tundeks". Ta hakkas saama teavet väliskeskkonna kohta ja vastav alt sellele valima parimat tegutsemisviisi. Näiteks omandas ta oskused, mis võimaldavad osa võtta ja sellega takistusest mööda minna. See toiming toimub tänu vastuvõetud teabe mikroprotsessori töötlemisele, mida edaspidi, juhtprogrammide muutujatesse sisestatuna, juhivad tegelikult robotid.

Kohandamisele kuuluvad ka põhilised tootmistoimingud (keevitus, värvimine, montaaž, mitmesugused töötlused). See tähendab, et nende kõigi teostamisel käivitatakse mitmekülgsus, et parandada ül altoodud tööde kvaliteeti.

Tööstuslikke manipulaatoreid juhitakse peamiselt tarkvara abil. Juhtimisriistvarafunktsioonid on tööstuslikud miniarvutid PC/104 või MicroPC. Pange tähele, et adaptiivne juhtimine põhineb mitme variandiga tarkvaral. Veelgi enam, otsuse programmi töötüübi valiku kohta teeb robot, tuginedes detektorite kirjeldatud keskkonna kohta käivale teabele.

Teise põlvkonna roboti toimimise iseloomulik tunnus on väljakujunenud töörežiimide esialgne olemasolu, millest igaüks aktiveerub teatud väliskeskkonnast saadavate indikaatorite korral.

Kolmas põlvkond robotid

Kolmanda põlvkonna automaatsed robotid suudavad olenev alt ülesandest ja väliskeskkonna asjaoludest iseseisv alt genereerida oma tegevuste programmi. Neil pole "petulehti", st maalitud tehnoloogilisi toiminguid väliskeskkonna teatud variantide jaoks. Neil on võimalus iseseisv alt optimaalselt üles ehitada oma töö algoritm ja seda kiiresti praktikas rakendada. Sellise tööstusroboti elektroonika maksumus on kümme korda kõrgem kui selle mehaaniline osa.

Uusim robot, mis jäädvustab osa tänu anduritele, "teab", kui hästi ta seda tegi. Lisaks reguleeritakse haardejõudu ennast (jõu tagasisidet) sõltuv alt detaili materjali haprusest. Võib-olla sellepärast nimetataksegi uue põlvkonna tööstusrobotite seadet intelligentseks.

Nagu te aru saate, on sellise seadme "aju" selle juhtimissüsteem. Kõige lootustandvam on tehismeetodite järgi läbi viidud määrusintelligentsus.

Nendele masinatele annavad intelligentsuse rakenduspaketid, programmeeritavad loogikakontrollerid, modelleerimisriistad. Tootmises ühendatakse tööstusrobotid võrku, pakkudes inimese ja masina vahelist koostoimet õigel tasemel. Samuti on välja töötatud tööriistu, mis võimaldavad ennustada selliste seadmete toimimist tulevikus tänu rakendatud tarkvarasimulatsioonile, mis võimaldab teil valida parimad valikud tegevuseks ja võrguühenduse konfigureerimiseks.

Maailma juhtivad robotifirmad

Tänapäeval pakuvad tööstusrobotite kasutamist juhtivad ettevõtted, sealhulgas Jaapani (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), Ameerika (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), Saksamaa (Kuka).

Mille poolest on need ettevõtted maailmas kuulsad? Fanuci varade hulka kuulub seni kiireim delta-robot M-1iA (sellisi masinaid kasutatakse tavaliselt pakendamiseks), seeriarobotidest tugevaim - M-2000iA, ülemaailmselt tunnustatud ArcMate keevitusrobotid.

Kuka toodetud tööstusrobotid pole vähem nõutud. Need masinad teostavad Saksa täpsusega töötlemist, keevitamist, montaaži, pakkimist, kaubaalustele panemist ja laadimist.

Muljetavaldav on ka USA turul tegutseva Jaapani-Ameerika ettevõtte Motoman (Yaskawa) tootevalik: 175 tööstusrobotite mudelit ning üle 40 integreeritud lahenduse. USA-s tootmises kasutatavaid tööstusroboteid valmistab enamasti see tööstusharu juhtivettevõte.

Enamik teisi ettevõtteid, mida me esindame, täidavad oma niši kitsama valiku spetsialiseeritud instrumentide tootmisega. Näiteks Daihen ja Panasonic toodavad keevitusroboteid.

Automatiseeritud tootmise korraldamise meetodid

Kui rääkida automatiseeritud tootmise korraldusest, siis algul rakendati jäik lineaarne põhimõte. Tootmistsükli piisav alt suurel kiirusel on sellel aga märkimisväärne puudus - riketest tingitud seisakud. Alternatiivina leiutati pöördtehnoloogia. Sellise tootmiskorralduse korral liiguvad nii toorik kui ka automatiseeritud liin ise (robotid) ringikujuliselt. Masinad võivad sel juhul funktsioone dubleerida ja tõrked on praktiliselt välistatud. Sel juhul läheb aga kiirus kaotsi. Ideaalne protsessikorraldus on kahe ül altoodud hübriid. Seda nimetatakse pöörlevaks konveieriks.

Tööstusrobot kui paindliku automaatse tootmise element

Kaasaegsed "nutikad" seadmed on kiiresti ümber konfigureeritud, väga tootlikud ja teevad iseseisv alt tööd, kasutades oma seadmeid, töötlevaid materjale ja toorikuid. Olenev alt kasutuse spetsiifikast võivad need toimida nii ühe programmi raames kui ka oma tööd varieerides ehk kindla arvu pakutavate programmide hulgast õiget valides.

Tööstusrobot on paindliku automatiseeritud tootmise (üldtunnustatud lühend – GAP) koostisosa. Viimanesisaldab ka:

• arvutipõhine projekteerimissüsteem;
• tootmise tehnoloogiliste seadmete automatiseeritud juhtimise kompleks;
• tööstuslikud robotkäed;
• Automaatne tootmistransport;
• laadimis-/mahalaadimis- ja paigutusseadmed;
• tootmisprotsessi juhtimissüsteemid;
• automaatne tootmiskontroll.

Lisateavet robotite kasutamise kohta

Tõelised tööstuslikud rakendused on kaasaegsed robotid. Nende tüübid on erinevad ja need tagavad kõrge tootlikkuse strateegiliselt olulistes tööstusvaldkondades. Eelkõige võlgneb tänapäevane Saksamaa majandus suure osa oma kasvavast potentsiaalist nende rakendamisele. Mis tööstusharudes need "raudtöölised" töötavad? Metallitöötlemisel toimivad need peaaegu kõigis protsessides: valamis, keevitamine, sepistamine, tagades kõrgeima töökvaliteedi.

Tööstusharuna, kus on inimtöö jaoks äärmuslikud tingimused (see tähendab kõrgeid temperatuure ja saastet), on valamine suures osas robotiseeritud. Kuka masinaid pannakse kokku isegi valukodades.

Ka toiduainetööstus sai Kuk alt seadmed tootmisotstarbeks. "Toidurobotid" (fotod on esitatud artiklis) asendavad enamasti inimesi eritingimustega piirkondades. Levitatakse masinate tootmisel, mis tagavad mikrokliima köetavates ruumidestemperatuur mitte üle 30 kraadi Celsiuse järgi. Roostevabast terasest robotid töötlevad meisterlikult liha, osalevad piimatoodete tootmises ning loomulikult virnastavad ja pakendavad tooteid optimaalselt.

Selliste seadmete panust autotööstusesse on raske üle hinnata. Ekspertide sõnul on tänapäeval kõige võimsamad ja tootlikumad masinad just “Cook”-robotid. Fotod sellistest seadmetest, mis teostavad kõiki automontaaži toiminguid, on muljetavaldavad. Samal ajal on tõesti aeg rääkida automatiseeritud tootmisest.

Plasti töötlemine, plastiku tootmine, kõige keerukamate detailide valmistamine erinevatest materjalidest tagavad robotid tootmises saastunud keskkonnas, mis on inimese tervisele tõesti kahjulik.

Teine oluline "Cooki" täitematerjalide kasutusvaldkond on puidutöötlemine. Veelgi enam, kirjeldatud seadmed võimaldavad nii individuaalsete tellimuste täitmist kui ka suuremahulise masstootmise rajamist kõikides etappides – alates esmasest töötlemisest ja saagimisest kuni freesimise, puurimise, lihvimiseni.

Hinnad

Praegu on Kuka ja Fanuci toodetud robotid Venemaa ja SRÜ turgudel nõutud. Nende hinnad jäävad vahemikku 25 000 kuni 800 000 rubla. Selline muljetavaldav erinevus on seletatav erinevate mudelite olemasoluga: standardsed väikese võimsusega (5-15 kg), spetsiaalsed (eriülesandeid lahendavad), spetsialiseerunud (töötavad ebastandardses keskkonnas), suure võimsusega (kuni 4000 tonni).).

Järeldused

Tuleb tunnistada, et tööstusrobotite potentsiaal pole ikka veel täielikult ära kasutatud. Samas võimaldavad kaasaegsed tehnoloogiad tänu spetsialistide pingutustele ellu viia üha julgemaid ideid.

Vajadus suurendada maailmamajanduse tootlikkust ja maksimeerida intellektuaalse inimtööjõu osakaalu on võimsaks stiimuliks üha uute ja uute tööstusrobotite tüüpide ja modifikatsioonide väljatöötamiseks.