Průmyslový robot. Roboti ve výrobě. Automaty-roboty

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Tato zařízení jsou dnes obzvláště žádaná v národním hospodářství. Průmyslový robot, který se jen málo podobá svému předobrazu z knihy Rise of the Robots od K. Chapka, revoluční myšlenky vůbec neživí. Naopak svědomitě a s velkou přesností provádí jak hlavní výrobní procesy (montáž, svařování, lakování), tak pomocné (nakládka a vykládka, fixace výrobku při výrobě, stěhování).

Použití takových „chytrých“strojů přispívá k efektivnímu řešení tří hlavních výrobních problémů:

• zlepšení produktivity práce;
• zlepšit pracovní podmínky lidí;
• optimalizovat využití lidských zdrojů.

Průmyslové roboty jsou duchovním dítětem velkovýroby

Roboti ve výrobě se masivně rozšířili na konci 20. století díky výraznému nárůstu průmyslové výroby. Velké série výrobků vedly k potřebě intenzity a kvality takové práce, jejíž výkon přesahuje objektivní lidské možnosti. Místo zaměstnávání mnoha tisíc kvalifikovaných pracovníků fungují moderní technologické továrnyčetné vysoce výkonné automatické linky pracující v přerušovaných nebo nepřetržitých cyklech.

Vůdci ve vývoji takových technologií, deklarující široké použití průmyslových robotů, jsou Japonsko, USA, Německo, Švédsko a Švýcarsko. Moderní průmyslové roboty vyráběné ve výše uvedených zemích se dělí do dvou velkých skupin. Jejich typy jsou určeny příslušností ke dvěma zásadně odlišným metodám řízení:

• automatické manipulátory;
• zařízení na dálku ovládaná člověkem.

K čemu se používají?

O nutnosti jejich vytvoření se začalo diskutovat na začátku 20. století. V té době však neexistovala elementová základna pro realizaci plánu. Dnes, podle diktátu doby, se robotické stroje používají ve většině technologicky nejvyspělejších průmyslových odvětví.

Převybavování celých průmyslových odvětví takovými „chytrými“stroji bohužel brání nedostatek investic. I když výhody jejich použití jasně převyšují počáteční peněžní náklady, protože nám umožňují mluvit nejen a ani ne tak o automatizaci, ale o hlubokých změnách ve sféře výroby a práce.

Použití průmyslových robotů umožnilo efektivněji vykonávat práce, které jsou z hlediska náročnosti a přesnosti práce nad lidské síly: nakládání / vykládání, stohování, třídění, orientace dílů; přesun polotovarů z jednoho robota do druhého a hotových výrobků do skladu; bodové svařování a švové svařování; montáž mechanických a elektronických částí; pokládání kabelů; řezánípolotovary podél složitého obrysu.

Manipulátor jako součást průmyslového robota

Funkčně se takový „chytrý“stroj skládá z přeprogramovatelného ACS (automatický řídicí systém) a pracovního těla (pojezdový systém a mechanický manipulátor). Pokud je ACS obvykle poměrně kompaktní, vizuálně skrytý a okamžitě nezaujme, pak má pracovní tělo tak charakteristický vzhled, že průmyslový robot je často nazýván takto: „robot-manipulátor“.

Podle definice je manipulátor zařízení, které pohybuje pracovními plochami a předměty práce v prostoru. Tato zařízení se skládají ze dvou typů spojů. První poskytuje progresivní pohyb. Druhým je úhlové posunutí. Takové standardní spoje používají pro svůj pohyb buď pneumatický nebo hydraulický (výkonnější) pohon.

Manipulátor, vytvořený analogicky s lidskou rukou, je vybaven technologickým uchopovacím zařízením pro práci s díly. U různých zařízení tohoto typu byl přímý úchop nejčastěji prováděn mechanickými prsty. Při práci s rovnými povrchy byly předměty zachycovány pomocí mechanických přísavek.

Pokud musel manipulátor pracovat současně s mnoha podobnými obrobky, pak bylo zachycení provedeno díky speciální rozsáhlé konstrukci.

Namísto chapadla je manipulátor často vybaven mobilním svařovacím zařízením, speciální technologickou stříkací pistolí, popř.šroubovák.

Jak se robot pohybuje

Automatické roboty se obvykle přizpůsobují dvěma typům pohybu v prostoru (ačkoli některé z nich lze nazvat stacionární). Záleží na podmínkách konkrétní výroby. Pokud je potřeba zajistit pohyb po hladkém povrchu, pak se realizuje pomocí směrové jednokolejky. Pokud je požadováno pracovat na různých úrovních, používají se „chodící“systémy s pneumatickými přísavkami. Pohybující se robot je dokonale orientován jak v prostorových, tak úhlových souřadnicích. Moderní polohovací zařízení těchto zařízení jsou unifikovaná, skládají se z technologických bloků a umožňují vysoce přesný pohyb obrobků o hmotnosti od 250 do 4000 kg.

Design

Použití předmětných automatů právě v multidisciplinárních odvětvích vedlo k určitému sjednocení jejich hlavních bloků. Moderní průmyslové robotické manipulátory mají ve svém designu:

• rám používaný k upevnění uchopovacího zařízení (drapáku) – druh „ruky“, která ve skutečnosti provádí zpracování;
• chyťte se vodítkem (ten určuje polohu „ruky“v prostoru);
• podporují zařízení, která pohánějí, převádějí a přenášejí energii ve formě točivého momentu na ose (díky nim získává průmyslový robot potenciál pohybu);
• systém monitorování a řízení pro implementaci jemu přidělených programů; přijímání nových programů; analýzu informací přicházejících ze senzorů, a podle tohopřenos do poskytujících zařízení;
• systém polohování pracovní části, měření poloh a pohybů podél os manipulace.

Úsvit průmyslových robotů

Vraťme se do nedávné minulosti a připomeňme si, jak začala historie vzniku průmyslových automatů. První roboti se objevili v USA v roce 1962 a vyráběly je společnosti Union Incorporated a Versatran. I když, abychom byli přesní, přesto vydali průmyslového robota Unimate, jehož autorem je americký inženýr D. Devol, který si nechal patentovat vlastní samohybná děla naprogramovaná pomocí děrných štítků. Byl to zřejmý technický průlom: „chytré“stroje si pamatovaly souřadnice průjezdních bodů na své trase a vykonávaly práci podle programu.

První průmyslový robot Unimate byl vybaven pneumaticky ovládaným dvouprstovým chapadlem a hydraulicky ovládaným ramenem s pěti stupni volnosti. Jeho vlastnosti umožnily přesunout 12 kg díl s přesností 1,25 mm.

Další robotické rameno Versatran, vyrobené stejnojmennou společností, nakládalo a vykládalo 1200 cihel za hodinu do pece. Úspěšně nahradil práci lidí v jejich zdraví škodlivém prostředí vysokou teplotou. Myšlenka jeho vytvoření se ukázala jako velmi úspěšná a design je tak spolehlivý, že některé stroje této značky fungují i v naší době. A to navzdory skutečnosti, že jejich zdroje přesáhly stovky tisíc hodin.

Upozorňujeme, že první generace průmyslových robotů vz hlediska hodnoty předpokládala 75 % mechaniky a 25 % elektroniky. Přenastavení takových zařízení vyžadovalo čas a způsobovalo odstávky zařízení. Aby bylo možné je znovu použít k provádění nové práce, byl řídicí program nahrazen.

Druhá generace robotických strojů

Brzy se ukázalo: přes všechny výhody se stroje první generace ukázaly jako nedokonalé… Druhá generace předpokládala jemnější ovládání průmyslových robotů – adaptivní. Úplně první přístroje vyžadovaly objednání prostředí, ve kterém pracovaly. Poslední okolnost často znamenala vysoké dodatečné náklady. To se stalo kritickým pro rozvoj hromadné výroby.

Nová etapa pokroku byla charakterizována vývojem mnoha senzorů. S jejich pomocí robot získal kvalitu zvanou „pocit“. Začal přijímat informace o vnějším prostředí a v souladu s nimi volit nejlepší postup. Získal například dovednosti, které mu umožňují zúčastnit se a obejít s ní překážku. K této akci dochází díky mikroprocesorovému zpracování přijatých informací, které dále, vložené do proměnných řídicích programů, ve skutečnosti řídí roboti.

Typy základních výrobních operací (svařování, lakování, montáž, různé druhy obrábění) také podléhají úpravě. To znamená, že při provádění každého z nich je spuštěna multivariance, aby se zlepšila kvalita jakéhokoli druhu výše uvedených prací.

Průmyslové manipulátory jsou ovládány především softwarem. Ovládací hardwarefunkcemi jsou průmyslové minipočítače PC/104 nebo MicroPC. Všimněte si, že adaptivní řízení je založeno na multivariantním softwaru. Navíc rozhodnutí o volbě typu činnosti programu činí robot na základě informací o prostředí popsaném detektory.

Charakteristickým rysem fungování robota druhé generace je předběžná přítomnost zavedených provozních režimů, z nichž každý je aktivován při určitých indikátorech získaných z vnějšího prostředí.

Třetí generace robotů

Automatické roboty třetí generace jsou schopny samostatně generovat program svých akcí v závislosti na úkolu a okolnostech vnějšího prostředí. Nemají „cheat sheety“, tedy namalované technologické akce pro určité varianty vnějšího prostředí. Mají schopnost samostatně optimálně sestavit algoritmus své práce a také jej rychle implementovat do praxe. Náklady na elektroniku takového průmyslového robota jsou desetkrát vyšší než jeho mechanická část.

Nejnovější robot, který zachytí součást díky senzorům, „ví“, jak dobře to udělal. Kromě toho je vlastní uchopovací síla (force feedback) regulována v závislosti na křehkosti materiálu dílu. Možná proto se zařízení nové generace průmyslových robotů nazývá inteligentní.

Jak jste pochopili, „mozkem“takového zařízení je jeho řídicí systém. Nejslibnější je regulace prováděná podle metod umělýchinteligence.

Inteligence těmto strojům je dána aplikačními balíčky, programovatelnými logickými automaty a modelovacími nástroji. Ve výrobě jsou průmyslové roboty propojeny sítí, což zajišťuje správnou úroveň interakce mezi systémem člověk-stroj. Byly také vyvinuty nástroje pro predikci fungování takových zařízení v budoucnu díky implementované softwarové simulaci, která vám umožní vybrat nejlepší možnosti pro akce a konfigurace síťového připojení.

Přední světové společnosti zabývající se roboty

Využití průmyslových robotů dnes zajišťují přední společnosti, včetně japonských (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerických (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), německých (Kuka).

Čím jsou tyto firmy známé ve světě? Mezi aktiva Fanuc patří dosud nejrychlejší delta robot M-1iA (takové stroje se obvykle používají k balení), nejsilnější ze sériových robotů - M-2000iA, svařovací roboty ArcMate uznávané po celém světě.

Průmyslové roboty z produkce Kuka nejsou o nic méně žádané. Tyto stroje provádějí zpracování, svařování, montáž, balení, paletizaci, nakládání s německou přesností.

Působivá je také produktová řada japonsko-americké společnosti Motoman (Yaskawa), působící na americkém trhu: 175 modelů průmyslových robotů a také více než 40 integrovaných řešení. Průmyslové roboty používané ve výrobě v USA jsou většinou vyráběny touto špičkou v oboruspolečnost.

Většina ostatních firem, které zastupujeme, zaplňuje jejich mezeru výrobou užšího sortimentu specializovaných nástrojů. Například Daihen a Panasonic vyrábějí svařovací roboty.

Metody organizace automatizované výroby

Pokud mluvíme o organizaci automatizované výroby, pak byl nejprve implementován rigidní lineární princip. Při dostatečně vysoké rychlosti výrobního cyklu má však významnou nevýhodu - prostoje kvůli poruchám. Jako alternativa byla vynalezena rotační technologie. Při takové organizaci výroby se obrobek i samotná automatizovaná linka (roboty) pohybují v kruhu. Stroje v tomto případě mohou duplikovat funkce a poruchy jsou prakticky vyloučeny. V tomto případě však dojde ke ztrátě rychlosti. Ideální procesní organizace je hybridem výše uvedených dvou. Říká se tomu rotační dopravník.

Průmyslový robot jako prvek flexibilní automatické výroby

Moderní „chytrá“zařízení jsou rychle překonfigurována, jsou vysoce produktivní a samostatně vykonávají práci pomocí svého vybavení, zpracovávajících materiálů a obrobků. V závislosti na specifikách použití mohou fungovat jak v rámci jednoho programu, tak obměnou své práce, tedy výběrem toho správného z pevně daného počtu poskytovaných programů.

Průmyslový robot je základním prvkem flexibilní automatizované výroby (obecně akceptovaná zkratka - GAP). Poslednítaké zahrnuje:

• počítačově podporovaný konstrukční systém;
• komplex automatizovaného řízení technologických zařízení výroby;
• průmyslové robotické paže;
• Automatická výrobní doprava;
• nakládací/vykládací a umísťovací zařízení;
• systémy řízení výrobního procesu;
• automatické řízení výroby.

Více o praxi používání robotů

Skutečné průmyslové aplikace jsou moderní roboti. Jejich typy jsou různé a poskytují vysokou produktivitu ve strategicky důležitých oblastech průmyslu. Zejména moderní německá ekonomika vděčí za svůj rostoucí potenciál jejich aplikaci. V jakých odvětvích tito „železáři“pracují? V kovoobrábění fungují téměř ve všech procesech: lití, svařování, kování, poskytují nejvyšší úroveň kvality práce.

Jako odvětví s extrémními podmínkami pro lidskou práci (což znamená vysoké teploty a znečištění) je odlévání z velké části robotizované. Stroje od Kuka se montují i ve slévárnách.

Potravinářský průmysl také obdržel od Kuky zařízení pro výrobní účely. "Potravinářští roboti" (fotografie jsou uvedeny v článku) z větší části nahrazují lidi v oblastech se zvláštními podmínkami. Distribuováno ve výrobě strojů, které zajišťují mikroklima ve vytápěných místnostech steplota nepřesahující 30 stupňů Celsia. Nerezoví roboti mistrovsky zpracovávají maso, podílejí se na výrobě mléčných výrobků a samozřejmě produkty optimálním způsobem skládají a balí.

Je těžké přeceňovat přínos takových zařízení pro automobilový průmysl. Podle odborníků jsou dnes nejvýkonnějšími a nejproduktivnějšími stroji právě roboti „Cook“. Fotografie takových zařízení, která provádějí celou řadu operací automatické montáže, jsou působivé. Zároveň je opravdu čas mluvit o automatizované výrobě.

Zpracování plastů, výroba plastů, výroba nejsložitějších dílů z různých materiálů je zajišťována roboty ve výrobě ve znečištěném prostředí, které je skutečně lidskému zdraví škodlivé.

Další důležitou oblastí použití kameniva "Cook" je zpracování dřeva. Popsaná zařízení navíc zajišťují jak plnění jednotlivých zakázek, tak zřízení velkosériové výroby ve všech fázích - od prvotního zpracování a řezání až po frézování, vrtání, broušení.

Ceny

Po robotech vyrobených společnostmi Kuka a Fanuc je v současnosti poptávka na trzích Ruska a SNS. Jejich ceny se pohybují od 25 000 do 800 000 rublů. Takový působivý rozdíl je vysvětlen existencí různých modelů: standardní nízkokapacitní (5-15 kg), speciální (řešení speciálních úkolů), specializované (práce v nestandardním prostředí), velkokapacitní (až 4000 tun).

Závěry

Je třeba uznat, že potenciál průmyslových robotů stále není plně využit. Moderní technologie zároveň díky úsilí specialistů umožňují realizovat stále odvážnější nápady.

Potřeba zvýšit produktivitu světové ekonomiky a maximalizovat podíl intelektuální lidské práce slouží jako silná pobídka pro vývoj stále více nových typů a modifikací průmyslových robotů.