В чем главная особенность промышленных роботов

Промышленные роботы. Виды и устройство. Работа и применение

Промышленные роботы все чаще применяются на заводах и предприятиях. Их используют для осуществления функций управления, перемещения и движения в различных производственных процессах. Главная их особенность в том, что они не устают. Роботы могут работать круглосуточно без какого-либо участия человека, ведь для их функционирования нужна только заложенная программа, по которой они будут действовать. Они могут выполнять только определенные действия, но чаще всего их используют в автоматизированных производственных системах.

Благодаря использованию роботов удается создать полный цикл производства, который обеспечивает производительность и точность на весьма высоком уровне. Кроме того, практически полностью исключаются ошибки в производстве, которые так свойственны людям. Промышленная робототехника заявила о себе в 1961 году. Именно тогда был получен первый патент на робота. Однако первое серийное производство роботов началось в далеком в 1956 году. Основное развитие роботы для промышленности получили в 60-70-ых годах двадцатого века. Именно в этот период был создан прототип современного робота, который напоминал человеческую руку и имел шесть степеней свободы.

На текущий момент промышленные роботы условно можно поделить на три категории, в которых также можно выделить свои подвиды:

— Программные представляют самую простейшую разновидность роботов, которые управляются автоматически. Эта разновидность широко применяется вследствие их не дороговизны. Они находят широкое применение на предприятиях для совершения простых операций по запланированной технологии. В большей части случаев у таких устройств нет сенсоров. При этом все действия производятся по циклической программе, которая заранее закладывается в блок памяти.

— Адаптивные. В отличие от первой разновидности такие роботы имеют сенсоры, а также ряд сопутствующих программ. Благодаря сигналам, которые идут к управляющей системе от всевозможных датчиков, происходит анализ окружающей обстановки. В результате полученных данных, робот может принимать решение, как ему действовать дальше. К примеру, он может начать выполнять другую операцию, если невозможно выполнить первую.

— Обучаемые. Подобные роботы способны учиться, то есть они выполняют действия согласно предыдущему обучению. К примеру, люди создают порядок действий, которые закладываются в блок управления робота.

— Интеллектуальные. Данные роботы имеют зачатки искусственного интеллекта, то есть они при помощи сенсорных датчиков могут без помощи людей воспринимать окружающую обстановку. То есть они создают виртуальное пространство, в котором могут ориентироваться и принимать решения о последующих действиях. То есть они могут обучаться по мере поступления опыта.

— Командные. Это своего рода манипуляторы, которые дистанционно управляются оператором. Оператор подает команды на движение каждому его сочленению. Если говорить прямо, то это роботы только наполовину.
— Копирующие. Это манипуляторы, которые производят копирование действия, совершаемые оператором в заданный момент времени. К примеру, человек надевает перчатку и двигает пальцами, то и копирующий робот также будет двигать своими железными пальцами.
— Полуавтоматические. Для их управления оператору необходимо лишь задавать перемещение органа манипулятора. При этом система управления устройства сама согласует все необходимые движения и при необходимости выполнит их корректировку.

— Автоматизированные. Это роботы, где чередуются режимы автоматического управленческого процесса с биотехническими.
— Супервизорные. Это роботы, которые выполняют работу автоматически по заданному циклу, однако перемещение от одного этапа к следующему осуществляется по командам оператора.
— Диалоговые. Это автоматические роботы различного действия, которые могут взаимодействовать с оператором, применяя язык определенного уровня. К примеру, с помощью команд голосом.

Устройство

Промышленные роботы могут иметь различное устройство, что во многом определяется задачами, которые стоят перед ними. Однако на данный момент наиболее распространенными видами подобных устройств являются роботизированные манипуляторы.

Стандартный манипулятор выполнен из семи сегментов, которые соединяются с помощью шести суставов. Каждый сегмент выполнен из металлического корпуса и проводов. В каждом сегменте присутствуют шаговые двигатели, которые заставляют суставы двигаться. Управление суставами и роботом в целом осуществляется с помощью компьютера, который заставляет вращаться конкретные шаговые двигатели. В некоторых манипуляторах вместо двигателей могут применяться пневматические или гидравлические элементы.

Главная особенность шаговых двигателей в том, что они могут обеспечивать очень точные движения. Если компьютер даст команду суставу передвинуться ровно на 15 мм, то двигатель сделает то, что от него попросят. При этом движение будет точным каждый раз при совершении одного и того же действия.

Чтобы контролировать, правильно ли робот выполняет необходимые действия, применяются датчики движения. Если происходит малейшее отклонение от заданной программы, то происходит корреляция движения. Если же наблюдается значительное отклонение и невозможность его исправления, то сигнал подается на главный компьютер. В результате робот может быть остановлен, чтобы его можно было отремонтировать.

Манипулятор также имеет устройства захвата, которые выполнены в виде человеческой руки с механическими пальцами. При необходимости захвата плоского предмета вместо механических пальцев может применяться пневматическая присоска. В случае необходимости захвата множества деталей может быть задействована конструкция в виде приспособления, специально разработанная для этого. К тому же вместо захватного устройства могут применяться и иные рабочие инструменты, к примеру, пульверизатор, отвертка и так далее.

Промышленные роботы также могут перемещаться по колее, выполненной на полу в виде монорельсов. В случае необходимости движения по неровной поверхности, используются другие конструкции, к примеру, пневматические присоски и тому подобное. Для питания роботов может использоваться аккумулятор, но чаще всего применяется промышленная электрическая сеть. Для управления используется компьютер, который командует роботом через провода или беспроводную связь. Также в самих роботах может быть установлен блок памяти, куда записывается необходимая программа.

Принцип действия

Промышленные роботы, которые имеют 6 суставов, внешне напоминают человеческую руку (плечо, локоть и запястье). В большинстве случаев плечо монтируется на неподвижной основе. В результате такой робот может иметь 6 степеней свободы, а это значит, что он способен двигаться по 6 различным направлениям.

Подобно человеческой руке манипулятор также перемещает концевой эффектор с одного места на другое. При оснащении концевого эффектора различными устройствами, у робота появляется возможность выполнять определенные технологические операции. Одним из наиболее распространенных вариантов является подобие руки, которая позволяет роботу хватать и перемещать объекты с места на место.

Довольно часто манипуляторы имеют встроенные датчики давления, благодаря чему они могут контролировать силу захвата и не ломать все подряд. К примеру, в задачу робота может входить перемещение лампочки с одного места на другое, чтобы проверить работает ли она. Если сила будет высока, то лампочка просто лопнет. Контролирование силы сжатия гарантирует, что лампочка не пострадает. При помощи других конечных эффекторов могут использоваться распылители порошка, различные дрели и так далее.

Управление такими роботами может быть выполнено:

Применение

Промышленные роботы могут применяться практически повсеместно. Уровень автоматизации сегодня достиг таких высот, что они могут полностью заменить человека. При этом один робот способен заменить усилия нескольких и даже десятков специалистов. Робот не будет знать отдыха и покоя, ему не нужна зарплата и отчисления в многочисленные социальные фонды, ему не нужно спать и есть. Ему не знакомы человеческие ошибки, приводящие к браку или поломке дорогостоящего инструмента и оборудования. Именно поэтому сегодня многие производства стараются автоматизировать.

Источник

Роботека

О сайте

Вы здесь

Промышленные роботы. История и развитие

Роботостроение развивается очень быстро. Каждый год на мировом рынке появляются новые усовершенствованные модели, которые невозможно не заметить.

Промышленные роботы – это машины, которые создавались для выполнения каких-то функций на производстве. Устройство состоит из манипулятора и непрограммируемого устройства управления. Это устройство и задает темп работы манипулятору.

Промышленный робот – незаменимый помощник при перевозке предметов, перемещении и запаковки упаковок, при погрузке и разгрузке. Немалую роль они играют и при выполнении сложных технологических операций.

(Промышленный робот-манипулятор)

Особенность роботов заключается в том, что они могут работать круглосуточно без какого-то либо отдыха. Человек, в процессе осуществления деятельности электронной машины, не принимает участия. Чтобы робот функционировал, нужно правильно задать программу. Они действуют по строго установленному алгоритму. Система запрограммирована под определенное действие и устройство выполняет только их.

Промышленные роботы позволяют создать полный цикл производства. Производительность и точность действий осуществляется на высоком уровне. К тому же, благодаря устройствам удается избежать ошибок почти полностью. Одним словом, полностью исключается человеческий фактор.

Виды промышленных роботов

На сегодняшний день промышленных роботов можно разделить на три вида:

Автоматические

В эту категорию роботов входят:

Биотехнические роботы

Категория состоит из следующих видов:

Интерактивные роботы

Вид состоит из следующих подвидов:

Диалоговые. Эти роботы могут не только осуществлять какие-то действия, но и общаться с оператором на специальном языке.

Хронология развития промышленных роботов

Первый промышленный робот Джорджа Дэвола был создан в 1959 году. Его звали Unimate. В начале 60-х эти роботы стали выходить в массовом производстве. Они стали появляться на крупных заводах.

И сегодня ведутся разработки по созданию нового вида промышленных машин, которые смогут работать намного быстрее и полностью заменят человека на производстве.

Источник

Промышленный робот

Промышленные роботы играют важную роль в автоматизированных гибких производственных системам (ГПС), позволяющих увеличить производительность труда, а также позволяющие переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.

История появления первых промышленных роботов

С появлением станков с числовым программным управлением (ЧПУ) возникла необходимость в создании программируемых манипуляторов для разных операций по загрузке и разгрузке станков. Так в 1954 году американский инженер Д. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Компанию назвали «Unimation» (Юнимейшн), что является сокращением термина «Universal Automation» (универсальная автоматика).

Позже в 1962 году в Соединенных Штатах были созданы первые промышленные роботы названные «Юнимейт» и «Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Что интересно, некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

«Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. «Юнимейт» мог перемещать объекты массой до 12 кг с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель, имевшего вид кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения в пространстве. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.

Робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка.

Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Функциональные особенности промышленного робота

Робот состоит механической части и системы управления этой механической частью. Система управления в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота подразделяется на манипуляционную систему и систему передвижения.

Манипуляторы
Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

Движения в звеньях могут обеспечивать электрические, гидравлический или пневматический приводы. Частью манипуляторов (но не всегда) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции. Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочные клещи, отвёртка и т. д.

Система передвижения

Внутри промышленных объектов для передвижения промышленных роботов используются передвижения вдоль монорельс, по напольной колее и т.д.

Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.

Управление промышленными роботами

Принципы управления

Современные промышленные роботы функционируют на основе принципов обратной связи, подчинённого управления и иерархичности системы управления роботом.

Иерархия системы управления роботом подразумевает деление системы управления на горизонтальные слои, управляющие общим поведением робота, расчётом необходимой траектории движения манипулятора, поведением отдельных его приводов, и слои, непосредственно осуществляющие управление двигателями приводов.

Источник

Промышленные роботы в современном производстве

Современное производство трудно представить без автоматики и поточных линий. Промышленная робототехника позволила сделать огромный прыжок в повышении производительности и обеспечении качества продукции. Сегодня выпускается множество роботов различного назначения, в их особенностях стоит разобраться подробнее.

Что такое промышленная робототехника?

Представляет собой специфическую отрасль, связанную с разработкой и изготовлением роботизированных аппаратов и систем, используемых для автоматизации производственных процессов и замены ручного труда человека. Она заявила о себе в 30–50 годах прошлого столетия, а активное развитие получила в 70–80 гг.

Что называют промышленными роботами?

В общем случае промышленные роботы (ПР) — это автоматические устройства, способные осуществлять двигательные и управляющие действия в производственном процессе по заданной программе. Они используются для выполнения разнообразных технологических операций и перемещения предметов без участия человека или под его контролем.

В настоящее время применяются следующие основные типы ПР:

По своему назначению промышленные роботы разделяются на такие виды:

Во всех указанных категориях ПК могут подразделяться на несколько разновидностей. По грузоподъемности выделяются легкие (до 10 кг), средние (11–200 кг), тяжелые (от 200 кг до 1 тн) и сверхтяжелые (более 1 тн) роботы. По маневренности выпускаются подвижные и стационарные аппараты. По способу установки предлагаются напольные, подвесные и встроенные ПК. Выбор робота осуществляется с учетом конкретных производственных задач и условий эксплуатации.

Из чего состоит ПР: устройство

Конструкции ПР зависят от их назначения и типа и могут существенно отличаться друг от друга по форме элементов, компоновке и сложности. Однако функциональная схема у них аналогична. В состав всех роботов входят: механическая часть и система управления. В более сложных аппаратах присутствует информационно-сенсорная система со средствами очувствления.

Механическая часть включает такие элементы:

Система управления базируется на промышленных компьютерах мобильного типа (например, РС/104, MicroPC), а само управление манипулятором осуществляется с ПК и программируемого контроллера. Для программирования используются языки: Forth, Оберон, Компонентный Паскаль, Си. Управление роботами согласовывается с общей системой управления производством (ERP-системой).

Информационно-сенсорная система позволяет адаптировать роботов к изменяющимся внешним условиям. Для обеспечения необходимой чувствительности применяются внутренние датчики перемещения, линейных и угловых скоростей, сил сочленения, а также внешние датчики для получения сведений о состоянии окружающей среды (тактильные, акустические, визуальные, локационные, температурные, химические датчики).

Функции ПР: принцип работы

Современные ПР могут использоваться для перемещения или удержания предметов, а также осуществления технологических операций. Необходимые движения обеспечиваются манипулятором. Часто принцип его работы сравнивается с человеческой рукой, а потому и форму он обычно имеет аналогичную. Движения манипулятора подразделяются на 2 этапа: захват (аналог — кисть руки) и перемещение (плечо и суставы рук) предмета или инструмента. Для этого в сочленениях обеспечивается поступательное и вращательное движение.

Алгоритм действий робота задается программой. Он включает несколько характерных этапов:

Современные ПР оснащены сенсорной системой, способной обеспечить обратную связь. При изменении внешних условий (например, изменился размер предмета или его местонахождение) датчики фиксируют расхождение с программой и сообщают фактические данные.

Важно! Интеллектуальные ПР способны сами принять решение и внести коррективу в УП. Другие роботы передают информацию оператору, который вносит нужные коррективы.

Назначение и схема

Технологические ПР находят применение при осуществлении следующих процессов: контактная и дуговая сварка, плазменная резка, литье, штамповка, фрезерование и сверление, шлифовка и полировка, резание и раскрой материалов, покраска и лакирование, комбинированная обработка, сборка конструкций, упаковка, транспортировка, контроль и измерения и т. д.

Стандартная схема работы технологического ПР приведена на рис. Для осуществления технологического процесса вводится УП. Захват заготовки производится по команде. Для этого обеспечивается поступательное перемещение манипулятора и вращательное движение захватывающего устройства. Далее заготовка перемещается в рабочую зону, где подвергается обработке. При этом рабочий орган обладает возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения. Через датчики обеспечивается обратная связь, учитывающая изменение внешних условий.

Топовые производители

При выборе ПР особое внимание следует обратить на его производителя. Только проверенные компании гарантируют необходимое качество и надежность. Можно выделить несколько топовых производителей.

Fanuc

Компания Fanuc выпускает большой ассортимент роботов различного назначения. Идеальным вариантом для промышленных предприятий, специализирующихся на выпуске небольших электронных устройств, является модель FANUC M-1iA. Она обладает гибким модулем, хорошо имитирующим человеческую руку. Для нее характерна высокая точность и повышенная производительность. При небольшой грузоподъемности она способна обеспечить различные технологические операции. Исполнительный орган имеет форму шарнирного параллелограмма, обеспечивающую высокоскоростную сборку деталей.

Hanwha

Среди продукции компании Hanwha выделяется коллаборативный промышленный робот Hanwha HCR-5 cobot. Он относится к группе легкой грузоподъемности. Может использоваться в автомобилестроении, пищевой и фармацевтической промышленности, при обработке пластика и изготовлении электронных устройств. Имеет манипулятор шарнирного типа. Робот реагирует на внешние изменения. Эффективен при складировании и упаковке, сборке и паллетировании.

Источник

Классификация промышленных роботов

В современном мире процесс автоматизации затронул практически все отрасли, оптимизируя процессы и повышая эффективность производства. Уровень развития технологии стал настолько высоким, что потребовалось создание четкой научно обоснованной классификационной системы, позволяющей разделить промышленную робототехнику на группы.

Что такое промышленные роботы?

Промышленные роботы представляют собой устройства, которые предназначены для выполнения тех или иных функций (двигательных или управляющих) в производственном процессе. Это устройства автоматического типа, состоящие из манипулятора и управляющего устройства, программируемого оператором. В соответствии с параметрами, заданными программой, робот совершает движения, выполняя заложенную функцию: перемещая предметы или осуществляя разнообразные технологические операции.

Промышленные роботы являются частью автоматизированных систем, которые применяются в гибком автоматизированном производстве.

Классификация: основные признаки

Существует огромное количество различных роботов, которые отличаются друг от друга назначением, функционалом, характеристиками и т. д., но независимо от своего вида, каждый из них в обязательном порядке имеет манипулятор и управляющий блок, предназначенный для воздействия на исполнительные органы прибора.

Стандартная классификация включает в себя несколько видов роботов.

По сфере применения

Роботы применяются практически во всех отраслях, но основными при этом являются:

По назначению

Промышленные роботы можно разделить на несколько больших групп:

По типу операций

По типу выполняемых операций все промышленные роботы делятся на три группы, различающиеся между собой по производственно-технологическим признакам:

По степени специализации

В зависимости от степени специализации промышленные роботы могут быть:

По типу управления

В зависимости от типа управления промышленные роботы делятся на следующие группы:

По грузоподъемности

Под грузоподъемностью промышленного робота понимается предельная масса объекта, которую механизированный агрегат может гарантированно взять и удержать, не снижая при этом своих эксплуатационных характеристик.

Промышленные роботы по грузоподъемности делятся:

Популярные фирмы производители

Существует множество производителей, поставляющих промышленных роботов, но лидерами заслуженно могут называться лишь несколько из них.

Hanwha

Это высокотехнологичная компания, основанная в Южной Корее. Она представила рынку сверхсовременный робот коллаборативного типа HCR-5A, быстро завоевавший популярность по всему миру.

Этот робот обладает высокой точностью и может успешно выполнять следующие работы:

KUKA KR QUANTEC PA

Kuka – немецкая компания, которая специализируется на выпуске промышленных роботов. Продукция этого разработчика характеризуется высокой степенью надежности и эффективностью.

Одной из самых популярных моделей промышленных роботов производителя стала KUKA KR QUANTEC PA. Этот робот был разработан для работы в экстремальных условиях. Идеально подходит для использования в пищевой промышленности.

Модель имеет следующие особенности:

FANUC M-2000iA/1200

Fanuc – компания, основанная в Японии и специализирующаяся на разработке роботов-манипуляторов. Лучшей моделью производителя считается робот FANUC M-2000iA/1200, обладающий высокой степенью досягаемости и отличающийся производительностью. Его грузоподъемность составляет более 1000 кг. На сегодняшний день это один из самых сильных роботов на рынке.

Universal Robots UR10

Модель представляет собой робот манипулятор с радиусом действия 1300 мм. Чаще всего используется совместно с сельскохозяйственным, фармацевтическим или технологическим оборудованием. Подходит для работы в небольших помещениях, прост в настройке и может работать с весом до 10 кг. Обладает высокой точностью – отклонение от заданной позиции составляет не более 0,1 мм.

Область применения робота широка:

3D Systems – Figure 4

Представляет собой модульную робототехническую систему, которая предназначена для автоматизации процесса стереолитографической 3D-печати. Это комплекс устройств, который способен производить новые изделия с периодичностью в 2–3 минуты. На обычных SLS-принтерах такая скорость не представляется возможной. Благодаря модульной системе, на основе Figure 4 можно создавать крупные автоматические линии, которые будут применять в работе только стандартные компоненты.

Промышленные роботы используются в любой сфере экономики. Они есть практически в любом цеху и в любой производственной сфере. Они снижают затраты на производство, повышают качество изготавливаемых деталей, безопасность и эффективность производственного процесса.

Источник