Ipari robot. Robotok gyártásban. Automata-robotok

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Ezek az eszközök ma különösen keresettek a nemzetgazdaságban. Egy ipari robot, amely alig hasonlít a K. Chapek Rise of the Robots című könyvében szereplő prototípusra, egyáltalán nem táplál forradalmi ötleteket. Éppen ellenkezőleg, lelkiismeretesen és nagy pontossággal végzi mind a fő gyártási folyamatokat (összeszerelés, hegesztés, festés), mind a kiegészítő folyamatokat (be- és kirakodás, a termék rögzítése a gyártás során, költöztetés).

Az ilyen „okos” gépek használata három fő gyártási probléma hatékony megoldásához járul hozzá:

• munkatermelékenység javítása;
• az emberek munkakörülményeinek javítása;
• optimalizálja az emberi erőforrások felhasználását.

Az ipari robotok a nagyüzemi gyártás ötletei

A gyártásban használt robotok tömegesen elterjedtek a 20. század végén az ipari termelés jelentős növekedése miatt. A termékek nagy sorozata szükségessé tette az olyan munka intenzitását és minőségét, amelyek teljesítménye meghaladja az objektív emberi képességeket. Sok ezer szakképzett munkaerő alkalmazása helyett modern technológiai gyárak működnekszámos nagy teljesítményű automata vonal, amelyek szakaszos vagy folyamatos ciklusokban működnek.

Az ilyen, az ipari robotok széles körben elterjedt használatát deklaráló technológiák fejlesztésében Japán, az USA, Németország, Svédország és Svájc az élenjáró. A fenti országokban gyártott modern ipari robotokat két nagy csoportra osztják. Típusukat két alapvetően eltérő gazdálkodási módszerhez való tartozás határozza meg:

• automata manipulátorok;
• ember által távvezérelhető eszközök.

Mire használják?

Létrehozásuk szükségességéről a 20. század elején kezdtek beszélni. Ekkor azonban még nem volt elembázis a terv megvalósításához. Ma, követve az idők diktátumát, a legtöbb technológiailag legfejlettebb iparágban használják a robotgépeket.

Sajnos teljes iparágak ilyen "okos" gépekkel való újrafelszerelését nehezíti a beruházások hiánya. Noha használatuk előnyei egyértelműen meghaladják a kezdeti pénzköltségeket, mert lehetővé teszik, hogy ne csak és nem is annyira az automatizálásról beszéljünk, hanem a termelés és a munkaerő szférájának mélyreható változásairól.

Az ipari robotok alkalmazása lehetővé tette a munkaintenzitás és a pontosság szempontjából emberi erőn felüli munkák hatékonyabb elvégzését: be-/kirakodás, rakás, válogatás, az alkatrészek tájolása; nyersdarabok mozgatása egyik robotról a másikra, és késztermékek raktárba szállítása; ponthegesztés és varrathegesztés; mechanikus és elektronikus alkatrészek összeszerelése; kábelfektetés; vágásnyersdarabok egy összetett kontúr mentén.

Manipulátor egy ipari robot részeként

Funkcionálisan egy ilyen „okos” gép egy újraprogramozható ACS-ből (automatikus vezérlőrendszer) és egy működő testből (utazórendszerből és mechanikus manipulátorból) áll. Ha az ACS általában meglehetősen kompakt, vizuálisan rejtett és nem vonzza azonnal a tekintetet, akkor a munkatestnek olyan jellegzetes megjelenése van, hogy az ipari robotokat gyakran a következőképpen hívják: „robot-manipulátor”.

A manipulátor definíció szerint olyan eszköz, amely a munkafelületeket és a munkatárgyakat a térben mozgatja. Ezek az eszközök kétféle hivatkozásból állnak. Az első progresszív mozgást biztosít. A második a szögeltolódás. Az ilyen szabványos láncszemek pneumatikus vagy hidraulikus (erősebb) hajtást használnak a mozgatáshoz.

Az emberi kéz analógiájával létrehozott manipulátor technológiai megfogószerkezettel van felszerelve az alkatrészekkel való munkavégzéshez. Az ilyen típusú eszközökben a közvetlen fogást leggyakrabban mechanikus ujjak hajtották végre. Lapos felületekkel végzett munka során a tárgyakat mechanikus tapadókorongokkal rögzítették.

Ha a manipulátornak sok hasonló munkadarabbal kellett egyidejűleg dolgoznia, akkor a rögzítés egy speciális, kiterjedt kialakításnak köszönhetően történt.

A manipulátort a megfogó helyett gyakran mobil hegesztőberendezéssel, speciális technológiai szórópisztollyal vagy egyszerűencsavarhúzó.

Hogyan mozog a robot

Az automata-robotok általában kétféle térbeli mozgáshoz alkalmazkodnak (bár ezek egy részét állónak nevezhetjük). Ez az adott termelés körülményeitől függ. Ha a mozgást sima felületen kell biztosítani, akkor ez irányított egysín segítségével valósítható meg. Ha különböző szinteken kell dolgozni, akkor pneumatikus tapadókorongokkal ellátott "járó" rendszereket használnak. A mozgó robot tökéletesen tájékozódik mind térbeli, mind szögkoordinátákban. Az ilyen eszközök modern pozícionáló eszközei egységesek, technológiai blokkokból állnak, és lehetővé teszik a 250-4000 kg tömegű munkadarabok nagy pontosságú mozgatását.

Dizájn

A szóban forgó automatizált gépek használata pontosan a multidiszciplináris iparágakban a fő alkotóelemeik bizonyos egységesítéséhez vezetett. A modern ipari robotmanipulátorok kialakítása:

• az alkatrész-megfogó eszköz (markolat) rögzítésére használt keret – egyfajta „kéz”, amely ténylegesen elvégzi a feldolgozást;
• megragad egy vezetővel (ez utóbbi határozza meg a "kéz" helyzetét a térben);
• támogatja azokat az eszközöket, amelyek energiát hajtanak meg, alakítanak át és nyomaték formájában továbbítják a tengelyen (nekik köszönhetően az ipari robot megkapja a mozgási lehetőséget);
• monitoring és irányítási rendszer a hozzá rendelt programok végrehajtásához; új programok elfogadása; az érzékelőktől származó információk elemzése, és ennek megfelelőenátvitele biztosító eszközökre;
• a munkadarab pozicionáló rendszere, pozíciók és mozgások mérése a manipulációs tengelyek mentén.

Az ipari robotok hajnala

Térjünk vissza a közelmúltba, és emlékezzünk arra, hogyan kezdődött az ipari automaták létrehozásának története. Az első robotok 1962-ben jelentek meg az Egyesült Államokban, és az Union Incorporated és a Versatran gyártotta őket. Bár, hogy pontos legyek, mégis kiadták az Unimate ipari robotot, amelyet D. Devol amerikai mérnök alkotott meg, aki szabadalmaztatta saját lyukkártyákkal programozott önjáró fegyvereit. Ez nyilvánvaló technikai áttörés volt: az "okos" gépek emlékeztek az útvonalukon lévő fordulópontok koordinátáira, és a programnak megfelelően végezték a munkát.

Az Unimate első ipari robotját pneumatikusan működtetett kétujjas megfogóval és öt szabadságfokú hidraulikus működtetésű karral szerelték fel. Jellemzői lehetővé tették egy 12 kg-os alkatrész 1,25 mm-es pontosságú mozgatását.

Egy másik Versatran robotkar, amelyet az azonos nevű cég készített, óránként 1200 téglát töltött be és rakott ki egy kemencébe. Sikeresen helyettesítette az emberek egészségét káros környezetben végzett munkáját a magas hőmérséklettel. Létrehozásának ötlete nagyon sikeresnek bizonyult, és a tervezés annyira megbízható, hogy a márka egyes gépei korunkban is működnek. És ez annak ellenére, hogy erőforrásuk meghaladta a több százezer órát.

Ne feledje, hogy az ipari robotok első generációjaértékét tekintve 75% mechanikát és 25% elektronikát feltételezett. Az ilyen eszközök utánállítása időigényes, és a berendezés leállását okozta. Annak érdekében, hogy új munkákat végezzenek, a vezérlőprogramot lecseréltük.

Második generációs robotgépek

Hamar kiderült: minden előny ellenére az első generáció gépei tökéletlennek bizonyultak… A második generáció az ipari robotok finomabb irányítását vette át – adaptív. A legelső eszközökhöz meg kellett rendelni azt a környezetet, amelyben működtek. Ez utóbbi körülmény gyakran magas többletköltségeket jelentett. Ez kritikussá vált a tömegtermelés fejlődése szempontjából.

A fejlődés új szakaszát számos érzékelő fejlesztése jellemezte. Segítségükkel a robot egy „feeling” nevű tulajdonságot kapott. Elkezdett információkat kapni a külső környezetről, és ennek megfelelően kiválasztani a legjobb cselekvési módot. Például olyan készségekre tett szert, amelyek lehetővé teszik, hogy részt vegyen, és megkerüljön vele egy akadályt. Ez a művelet a kapott információ mikroprocesszoros feldolgozása miatt következik be, amelyet a továbbiakban a vezérlőprogramok változóiba beírva tulajdonképpen a robotok irányítanak.

A gyártási alapműveletek típusai (hegesztés, festés, szerelés, különféle megmunkálások) szintén adaptáció tárgyát képezik. Ez azt jelenti, hogy mindegyik végrehajtása során multivarianciát indítanak el a fenti munkák bármilyen minőségének javítása érdekében.

Az ipari manipulátorokat főként szoftver vezérli. Vezérlő hardverfunkciók ipari mini-számítógépek PC/104 vagy MicroPC. Vegye figyelembe, hogy az adaptív vezérlés többváltozatos szoftveren alapul. Sőt, a program működési típusának megválasztásáról a robot a detektorok által leírt környezetre vonatkozó információk alapján dönt.

A második generációs robot működésének jellemző vonása a kialakult működési módok előzetes jelenléte, amelyek mindegyike a külső környezetből származó bizonyos jelzésekre aktiválódik.

A robotok harmadik generációja

A harmadik generációs automata robotok a feladattól és a külső környezet körülményeitől függően önállóan is képesek cselekvési programot generálni. Nincsenek „csalólapjaik”, azaz festett technológiai műveleteik a külső környezet bizonyos változataihoz. Képesek önállóan optimálisan felépíteni munkájuk algoritmusát, valamint gyorsan megvalósítani a gyakorlatban. Az ilyen ipari robotok elektronikájának költsége tízszer magasabb, mint a mechanikus részének.

A legújabb robot, amely az érzékelőknek köszönhetően rögzít egy részt, „tudja”, milyen jól csinálta. Ezenkívül magát a megfogó erőt (erő-visszacsatolás) az alkatrész anyagának törékenységétől függően szabályozzák. Talán ezért is hívják az ipari robotok új generációjának eszközét intelligensnek.

Amint Ön is tudja, egy ilyen eszköz „agya” a vezérlőrendszere. A legígéretesebb a mesterséges módszerekkel végzett szabályozásintelligencia.

Ezeknek a gépeknek az intelligenciáját alkalmazáscsomagok, programozható logikai vezérlők, modellező eszközök adják. A gyártás során az ipari robotokat hálózatba kötik, biztosítva a megfelelő szintű interakciót az ember-gép rendszer között. Ezenkívül eszközöket fejlesztettek ki az ilyen eszközök jövőbeni működésének előrejelzésére a megvalósított szoftverszimulációnak köszönhetően, amely lehetővé teszi a műveletek és a hálózati csatlakozási konfigurációk legjobb lehetőségeinek kiválasztását.

A világ vezető robotvállalatai

Ma az ipari robotok használatát vezető cégek biztosítják, köztük japán (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerikai (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), német (Kuka).

Miről híresek ezek a cégek a világon? A Fanuc eszközei közé tartozik az eddigi leggyorsabb delta robot M-1iA (ilyen gépeket általában csomagolásra használnak), a soros robotok legerősebbje - M-2000iA, világszerte elismert ArcMate hegesztőrobotok.

A Kuka által gyártott ipari robotok nem kevésbé keresettek. Ezek a gépek német precizitással végzik a megmunkálást, hegesztést, összeszerelést, csomagolást, raklapozást, rakodást.

Szintén lenyűgöző az amerikai piacon működő japán-amerikai Motoman (Yaskawa) termékpalettája: 175 ipari robotmodell, valamint több mint 40 integrált megoldás. Az Egyesült Államokban a termelésben használt ipari robotokat többnyire ez az iparágvezető gyártjacég.

Az általunk képviselt többi cég többsége szűkebb speciális műszerek gyártásával tölti be a rést. Például a Daihen és a Panasonic hegesztőrobotokat gyárt.

Az automatizált termelés megszervezésének módszerei

Ha az automatizált termelés megszervezéséről beszélünk, akkor először egy merev lineáris elvet valósítottak meg. A gyártási ciklus kellően nagy sebességénél azonban jelentős hátránya van - meghibásodások miatti leállás. Alternatív megoldásként feltalálták a rotációs technológiát. A gyártás ilyen megszervezésével mind a munkadarab, mind maga az automatizált sor (robotok) körben mozog. A gépek ebben az esetben duplikálhatják a funkciókat, és a meghibásodás gyakorlatilag kizárt. Ebben az esetben azonban a sebesség elvész. Az ideális folyamatszervezés a fenti kettő hibridje. Forgó szállítószalagnak hívják.

Ipari robot, mint a rugalmas automata gyártás eleme

A modern „intelligens” eszközök gyorsan újrakonfigurálhatók, rendkívül termelékenyek, és önállóan végzik el a munkát berendezéseik, feldolgozó anyagok és munkadarabok felhasználásával. A felhasználási sajátosságoktól függően működhetnek egy program keretein belül és munkájuk variálásával, azaz fix számú rendelkezésre álló program közül a megfelelő kiválasztásával.

Az ipari robot a rugalmas automatizált gyártás (általánosan elfogadott rövidítés – GAP) alkotóeleme. Utolsótartalmazza még:

• számítógéppel támogatott tervezőrendszer;
• gyártástechnológiai berendezések automatizált vezérlésének komplexuma;
• ipari robotkarok;
• Automatikus gyártási szállítás;
• be-/kirakodó és elhelyezési eszközök;
• gyártási folyamatvezérlő rendszerek;
• automatikus gyártásvezérlés.

További információ a robotok használatának gyakorlatáról

Az igazi ipari alkalmazások a modern robotok. Típusaik eltérőek, és az ipar stratégiailag fontos területein magas termelékenységet biztosítanak. Különösen a modern német gazdaság köszönheti növekvő potenciálját ezek alkalmazásának. Milyen iparágakban dolgoznak ezek a "vasmunkások"? A fémmegmunkálásban szinte minden folyamatban működnek: öntés, hegesztés, kovácsolás, a legmagasabb szintű munkaminőség biztosítása.

Az öntés nagyrészt robotizált iparágként, ahol az emberi munka extrém körülményei vannak (értsd: magas hőmérséklet és környezetszennyezés). A Kuka gépeit még öntödékben is összeszerelik.

Az élelmiszeripar termelési célú berendezéseket is kapott a Kukatól. Az "élelmiszer-robotok" (a fényképek a cikkben találhatók) nagyrészt helyettesítik az embereket a különleges feltételekkel rendelkező területeken. A fűtött helyiségekben mikroklímát biztosító gépek gyártásában forgalmazzákhőmérséklete nem haladja meg a 30 Celsius fokot. A rozsdamentes acél robotok mesterien feldolgozzák a húst, részt vesznek a tejtermékek gyártásában, és természetesen a termékeket optimális módon egymásra rakják és csomagolják.

Nehéz túlbecsülni az ilyen eszközök hozzájárulását az autóiparhoz. A szakértők szerint manapság a legerősebb és legtermelékenyebb gépek pontosan a „Cook” robotok. Lenyűgözőek az ilyen eszközök fényképei, amelyek az automatikus összeszerelési műveletek teljes körét végzik. Ugyanakkor itt az ideje, hogy az automatizált gyártásról beszéljünk.

A műanyagok feldolgozását, műanyagok gyártását, a legösszetettebb alkatrészek gyártását különféle anyagokból robotok biztosítják szennyezett, az emberi egészségre valóban káros környezetben történő gyártás során.

A "Cook" aggregátumok másik fontos alkalmazási területe a fafeldolgozás. Sőt, a leírt készülékek mind az egyedi megrendelések teljesítését, mind a nagyüzemi tömegtermelés kialakítását biztosítják minden szakaszban - az elsődleges feldolgozástól és a fűrészeléstől a marásig, fúrásig, köszörülésig.

Árak

Jelenleg a Kuka és a Fanuc által gyártott robotok keresettek az orosz és a FÁK piacokon. Áruk 25 000 és 800 000 rubel között mozog. Az ilyen lenyűgöző különbséget a különféle modellek megléte magyarázza: normál kis kapacitású (5-15 kg), speciális (speciális feladatok megoldása), speciális (nem szabványos környezetben dolgozó), nagy kapacitású (4000 tonnáig)).

Következtetések

El kell ismerni, hogy az ipari robotokban rejlő lehetőségeket még mindig nem használják ki teljesen. Ugyanakkor a szakemberek erőfeszítéseinek köszönhetően a modern technológiák egyre merészebb ötletek megvalósítását teszik lehetővé.

A világgazdaság termelékenységének növelésének és a szellemi emberi munka részarányának maximalizálásának igénye erőteljes ösztönzőként szolgál az ipari robotok egyre több új típusának és módosításának kifejlesztéséhez.