Industriële robot. Robots in productie. Automaten-robots

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Deze apparaten zijn tegenwoordig vooral in trek in de nationale economie. Een industriële robot, die weinig lijkt op zijn prototype in het boek Rise of the Robots van K. Chapek, voedt helemaal geen revolutionaire ideeën. Integendeel, hij voert gewetensvol en met grote nauwkeurigheid zowel de belangrijkste productieprocessen (montage, lassen, schilderen) als de ondersteunende processen (laden en lossen, het product tijdens de productie fixeren, verplaatsen) uit.

Het gebruik van dergelijke "slimme" machines draagt bij aan de effectieve oplossing van drie grote productieproblemen:

• verbetering van de arbeidsproductiviteit;
• de arbeidsomstandigheden van mensen verbeteren;
• optimaliseer het gebruik van menselijke hulpbronnen.

Industriële robots zijn het geesteskind van grootschalige productie

Robots in productie verspreidden zich massaal aan het einde van de 20e eeuw als gevolg van een aanzienlijke toename van de industriële productie. Grote reeksen producten hebben geleid tot de behoefte aan de intensiteit en kwaliteit van dergelijk werk, waarvan de prestaties de objectieve menselijke capaciteiten overtreffen. In plaats van vele duizenden geschoolde arbeiders in dienst te hebben, werken moderne technologische fabriekentalrijke automatische lijnen met hoge prestaties die in intermitterende of continue cycli werken.

De leiders in de ontwikkeling van dergelijke technologieën, die het wijdverbreide gebruik van industriële robots verklaren, zijn Japan, de VS, Duitsland, Zweden en Zwitserland. Moderne industriële robots vervaardigd in de bovengenoemde landen zijn verdeeld in twee grote groepen. Hun typen worden bepaald door te behoren tot twee fundamenteel verschillende managementmethoden:

• automatische manipulatoren;
• apparaten op afstand bestuurd door een mens.

Waar worden ze voor gebruikt?

De noodzaak van hun creatie begon aan het begin van de 20e eeuw te worden besproken. Op dat moment was er echter geen basis voor de uitvoering van het plan. Tegenwoordig worden robotmachines, volgens de voorschriften van de tijd, gebruikt in de meeste van de technologisch meest geavanceerde industrieën.

Helaas wordt het opnieuw uitrusten van hele industrieën met dergelijke "slimme" machines gehinderd door een gebrek aan investeringen. Hoewel de voordelen van het gebruik ervan duidelijk de initiële geldkosten overtreffen, omdat ze ons niet alleen en niet zozeer in staat stellen om te praten over automatisering, maar ook over ingrijpende veranderingen op het gebied van productie en arbeid.

Het gebruik van industriële robots heeft het mogelijk gemaakt om effectiever werk uit te voeren dat de menselijke kracht te boven gaat in termen van arbeidsintensiteit en nauwkeurigheid: laden / lossen, stapelen, sorteren, oriëntatie van onderdelen; het verplaatsen van blanco's van de ene robot naar de andere, en afgewerkte producten naar een magazijn; puntlassen en naadlassen; montage van mechanische en elektronische onderdelen; kabel leggen; snijdenspaties langs een complexe contour.

Manipulator als onderdeel van een industriële robot

Functioneel gezien bestaat zo'n "slimme" machine uit een herprogrammeerbare ACS (automatisch besturingssysteem) en een werklichaam (reissysteem en een mechanische manipulator). Als de ACS meestal vrij compact is, visueel verborgen en niet meteen in het oog springt, dan heeft het werkende lichaam zo'n karakteristiek uiterlijk dat een industriële robot vaak als volgt wordt genoemd: "robot-manipulator".

Per definitie is een manipulator een apparaat dat werkoppervlakken en werkobjecten in de ruimte verplaatst. Deze apparaten bestaan uit twee soorten koppelingen. De eerste zorgen voor een progressieve beweging. De tweede is hoekverplaatsing. Dergelijke standaard schakels gebruiken een pneumatische of hydraulische (krachtigere) aandrijving voor hun beweging.

De manipulator, gemaakt naar analogie met de menselijke hand, is uitgerust met een technologisch grijpapparaat voor het werken met onderdelen. In verschillende apparaten van dit type werd de directe greep meestal uitgevoerd door mechanische vingers. Bij het werken met vlakke oppervlakken werden objecten vastgelegd met behulp van mechanische zuignappen.

Als de manipulator tegelijkertijd met veel vergelijkbare werkstukken moest werken, dan werd de opname uitgevoerd dankzij een speciaal uitgebreid ontwerp.

In plaats van een grijper is een manipulator vaak uitgerust met mobiele lasapparatuur, een speciaal technologisch spuitpistool of gewoonschroevendraaier.

Hoe de robot beweegt

Automaten-robots passen zich meestal aan twee soorten bewegingen in de ruimte aan (hoewel sommige stationair kunnen worden genoemd). Het hangt af van de omstandigheden van een bepaalde productie. Als het nodig is om beweging op een glad oppervlak te garanderen, wordt dit geïmplementeerd met behulp van een directionele monorail. Als het nodig is om op verschillende niveaus te werken, worden "loop"-systemen met pneumatische zuignappen gebruikt. Een bewegende robot is perfect georiënteerd, zowel in ruimtelijke als hoekcoördinaten. Moderne positioneringsapparaten van dergelijke apparaten zijn verenigd, ze bestaan uit technologische blokken en zorgen voor een zeer nauwkeurige beweging van werkstukken met een gewicht van 250 tot 4000 kg.

Ontwerp

Het gebruik van de geautomatiseerde machines in kwestie juist in multidisciplinaire industrieën leidde tot een zekere unificatie van hun belangrijkste samenstellende blokken. Moderne industriële robotmanipulatoren hebben in hun ontwerp:

• het frame dat wordt gebruikt om het deelgrijpende apparaat (grijper) vast te maken - een soort "hand" die de verwerking daadwerkelijk uitvoert;
• grijp met een gids (de laatste bepa alt de positie van de "hand" in de ruimte);
• ondersteunt apparaten die energie aandrijven, omzetten en overbrengen in de vorm van koppel op de as (dankzij krijgt de industriële robot het potentieel voor beweging);
• monitoring- en beheersysteem voor de uitvoering van de programma's die eraan zijn toegewezen; acceptatie van nieuwe programma's; analyse van informatie afkomstig van sensoren, en dienovereenkomstighet overbrengen naar het verstrekken van apparaten;
• positioneringssysteem van het werkende deel, meet posities en bewegingen langs de assen van manipulatie.

De dageraad van industriële robots

Laten we teruggaan naar het recente verleden en onthouden hoe de geschiedenis van de creatie van industriële automatische machines begon. De eerste robots verschenen in 1962 in de VS en werden geproduceerd door Union Incorporated en Versatran. Hoewel, om precies te zijn, ze toch de industriële robot Unimate hebben uitgebracht, gemaakt door de Amerikaanse ingenieur D. Devol, die zijn eigen zelfrijdende kanonnen patenteerde die met ponskaarten waren geprogrammeerd. Het was een duidelijke technische doorbraak: "slimme" machines herinnerden zich de coördinaten van de waypoints op hun route en voerden het werk uit volgens het programma.

Unimate's eerste industriële robot was uitgerust met een pneumatisch bediende tweevingergrijper en een hydraulisch bediende arm met vijf vrijheidsgraden. Zijn eigenschappen maakten het mogelijk om een onderdeel van 12 kg te verplaatsen met een nauwkeurigheid van 1,25 mm.

Een andere robotarm van Versatran, gemaakt door het gelijknamige bedrijf, laadde en loste 1.200 stenen per uur in een oven. Hij verving met succes het werk van mensen in een voor hun gezondheid schadelijke omgeving door een hoge temperatuur. Het idee van zijn creatie bleek zeer succesvol en het ontwerp is zo betrouwbaar dat sommige machines van dit merk in onze tijd blijven werken. En dit ondanks het feit dat hun hulpbron honderdduizenden uren overschreed.

Merk op dat de eerste generatie industriële robots inin termen van waarde ging het uit van 75% mechanica en 25% elektronica. Het opnieuw afstellen van dergelijke apparaten vergde tijd en veroorzaakte uitval van de apparatuur. Om ze opnieuw te gebruiken om nieuw werk uit te voeren, werd het besturingsprogramma vervangen.

Tweede generatie robotmachines

Het werd al snel duidelijk: ondanks alle voordelen bleken de machines van de eerste generatie onvolmaakt … De tweede generatie nam een meer subtiele besturing van industriële robots over - adaptief. De allereerste apparaten vereisten het bestellen van de omgeving waarin ze werkten. Die laatste omstandigheid bracht vaak hoge meerkosten met zich mee. Dit werd cruciaal voor de ontwikkeling van massaproductie.

De nieuwe fase van vooruitgang werd gekenmerkt door de ontwikkeling van veel sensoren. Met hun hulp ontving de robot een kwaliteit die 'gevoel' wordt genoemd. Hij begon informatie over de externe omgeving te ontvangen en koos in overeenstemming daarmee de beste manier van handelen. Hij verwierf bijvoorbeeld vaardigheden die hem in staat stellen om deel te nemen en daarmee een obstakel te omzeilen. Deze actie vindt plaats door de microprocessorverwerking van de ontvangen informatie, die verder, ingevoerd in de variabelen van de besturingsprogramma's, feitelijk wordt geleid door de robots.

Soorten basisproductiehandelingen (lassen, schilderen, assemblage, verschillende soorten bewerkingen) zijn ook onderhevig aan aanpassingen. Dat wil zeggen, bij het uitvoeren van elk van deze werken wordt multivariantie geïnitieerd om de kwaliteit van elk soort van bovenstaande werken te verbeteren.

Industriële manipulatoren worden voornamelijk door software bestuurd. Besturingshardwarefuncties zijn industriële minicomputers PC/104 of MicroPC. Merk op dat adaptieve besturing is gebaseerd op multivariante software. Bovendien wordt de beslissing over de keuze van het type programmabewerking door de robot genomen op basis van informatie over de door de detectoren beschreven omgeving.

Een kenmerkend kenmerk van het functioneren van de tweede generatie robot is de voorlopige aanwezigheid van gevestigde werkingsmodi, die elk worden geactiveerd op bepaalde indicatoren die zijn verkregen uit de externe omgeving.

Derde generatie robots

Automatische robots van de derde generatie zijn in staat om onafhankelijk een programma van hun acties te genereren, afhankelijk van de taak en de omstandigheden van de externe omgeving. Ze hebben geen "spiekbriefjes", d.w.z. geschilderde technologische acties voor bepaalde varianten van de externe omgeving. Ze hebben het vermogen om zelfstandig het algoritme van hun werk optimaal op te bouwen en snel in de praktijk te implementeren. De kosten van de elektronica van zo'n industriële robot zijn tien keer hoger dan het mechanische onderdeel.

De nieuwste robot, die een onderdeel vastlegt dankzij sensoren, "weet" hoe goed hij het deed. Bovendien wordt de grijpkracht zelf (forcefeedback) geregeld afhankelijk van de kwetsbaarheid van het onderdeelmateriaal. Misschien is dat de reden waarom het apparaat van de nieuwe generatie industriële robots intelligent wordt genoemd.

Zoals je begrijpt, is het "brein" van zo'n apparaat het besturingssysteem. De meest veelbelovende is de regulering die wordt uitgevoerd volgens de methoden van kunstmatigeintelligentie.

Intelligentie voor deze machines wordt geleverd door applicatiepakketten, programmeerbare logische controllers, modelleertools. In de productie zijn industriële robots met elkaar verbonden, wat zorgt voor het juiste niveau van interactie tussen het mens-machinesysteem. Er zijn ook tools ontwikkeld om het functioneren van dergelijke apparaten in de toekomst te voorspellen dankzij de geïmplementeerde softwaresimulatie, waarmee u de beste opties voor actie en netwerkverbindingsconfiguraties kunt kiezen.

's werelds toonaangevende robotbedrijven

Tegenwoordig wordt het gebruik van industriële robots verzorgd door toonaangevende bedrijven, waaronder Japans (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), Amerikaans (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), Duits (Kuka).

Waar staan deze bedrijven in de wereld om bekend? De activa van Fanuc omvatten de snelste delta-robot M-1iA tot nu toe (dergelijke machines worden meestal gebruikt voor verpakking), de sterkste van de seriële robots - M-2000iA, ArcMate-lasrobots die wereldwijd worden erkend.

Industriële robots geproduceerd door Kuka zijn niet minder gewild. Deze machines verwerken, lassen, assembleren, verpakken, palletiseren, laden met Duitse precisie.

Ook indrukwekkend is het productassortiment van het Japans-Amerikaanse bedrijf Motoman (Yaskawa), dat actief is op de Amerikaanse markt: 175 modellen industriële robots, evenals meer dan 40 geïntegreerde oplossingen. Industriële robots die in de VS bij de productie worden gebruikt, worden meestal gemaakt door deze toonaangevende fabrikantbedrijf.

De meeste andere bedrijven die we vertegenwoordigen vullen hun niche door een kleiner aantal gespecialiseerde instrumenten te vervaardigen. Daihen en Panasonic produceren bijvoorbeeld lasrobots.

Methoden voor het organiseren van geautomatiseerde productie

Als we het hebben over de organisatie van geautomatiseerde productie, dan werd eerst een rigide lineair principe geïmplementeerd. Bij een voldoende hoge snelheid van de productiecyclus heeft het echter een belangrijk nadeel: uitv altijd door storingen. Als alternatief werd de roterende technologie uitgevonden. Met een dergelijke organisatie van de productie bewegen zowel het werkstuk als de geautomatiseerde lijn zelf (robots) in een cirkel. Machines kunnen in dit geval functies dupliceren en storingen zijn praktisch uitgesloten. In dit geval gaat echter snelheid verloren. De ideale procesorganisatie is een hybride van bovenstaande twee. Het wordt roterende transportband genoemd.

Industriële robot als onderdeel van flexibele automatische productie

Moderne "slimme" apparaten worden snel opnieuw geconfigureerd, zijn zeer productief en voeren zelfstandig werk uit met behulp van hun apparatuur, verwerkingsmaterialen en werkstukken. Afhankelijk van de bijzonderheden van het gebruik, kunnen ze zowel functioneren binnen het kader van één programma als door hun werk te variëren, d.w.z. de juiste kiezen uit een vast aantal aangeboden programma's.

Industriële robot is een bestanddeel van flexibele geautomatiseerde productie (algemeen aanvaarde afkorting - GAP). Laatstbevat ook:

• computerondersteund ontwerpsysteem;
• complex van geautomatiseerde controle van technologische apparatuur van productie;
• industriële robotarmen;
• Automatisch productietransport;
• apparaten voor laden/lossen en plaatsen;
• productieprocesbesturingssystemen;
• automatische productiecontrole.

Meer over het gebruik van robots

Echte industriële toepassingen zijn moderne robots. Hun typen zijn verschillend en ze bieden een hoge productiviteit in strategisch belangrijke bedrijfstakken. Vooral de moderne Duitse economie dankt veel van haar groeipotentieel aan hun toepassing. In welke industrieën werken deze "ijzerarbeiders"? In de metaalbewerking werken ze in bijna alle processen: gieten, lassen, smeden, en bieden ze het hoogste niveau van werkkwaliteit.

Als een industrie met extreme omstandigheden voor menselijke arbeid (wat betekent hoge temperaturen en vervuiling), wordt gieten grotendeels gerobotiseerd. Machines van Kuka worden zelfs in gieterijen geassembleerd.

De voedingsindustrie kreeg van Kuka ook apparatuur voor productiedoeleinden. "Voedselrobots" (foto's worden in het artikel gepresenteerd) vervangen voor het grootste deel mensen in gebieden met speciale voorwaarden. Verdeeld in de productie van machines die zorgen voor een microklimaat in verwarmde ruimtes mettemperatuur niet hoger dan 30 graden Celsius. Roestvrijstalen robots verwerken op meesterlijke wijze vlees, werken mee aan de productie van zuivelproducten en natuurlijk stapelen en verpakken ze producten op een optimale manier.

Het is moeilijk om de bijdrage van dergelijke apparaten aan de auto-industrie te overschatten. Volgens experts zijn de krachtigste en meest productieve machines van vandaag precies "Cook" -robots. Foto's van dergelijke apparaten die het hele scala aan automatische assemblagewerkzaamheden uitvoeren, zijn indrukwekkend. Tegelijkertijd is het echt tijd om te praten over geautomatiseerde productie.

Verwerking van kunststoffen, productie van plastic, vervaardiging van de meest complexe onderdelen van verschillende materialen wordt verzorgd door robots in productie in een vervuilde omgeving die echt schadelijk is voor de menselijke gezondheid.

Een ander belangrijk toepassingsgebied voor "Cook" -aggregaten is houtbewerking. Bovendien bieden de beschreven apparaten zowel de uitvoering van individuele bestellingen als de totstandbrenging van grootschalige massaproductie in alle stadia - van primaire verwerking en zagen tot frezen, boren, slijpen.

Prijzen

Momenteel zijn er veel vraag naar robots van Kuka en Fanuc op de Russische en GOS-markten. Hun prijzen variëren van 25.000 tot 800.000 roebel. Zo'n indrukwekkend verschil wordt verklaard door het bestaan van verschillende modellen: standaard lage capaciteit (5-15 kg), speciaal (oplossen van speciale taken), gespecialiseerd (werken in een niet-standaard omgeving), grote capaciteit (tot 4000 ton).

Conclusies

Er moet worden erkend dat het potentieel van industriële robots nog steeds niet volledig wordt benut. Tegelijkertijd maken moderne technologieën het dankzij de inspanningen van specialisten mogelijk om steeds meer gedurfde ideeën te implementeren.

De noodzaak om de productiviteit van de wereldeconomie te verhogen en het aandeel van intellectuele menselijke arbeid te maximaliseren, vormt een krachtige stimulans voor de ontwikkeling van steeds meer nieuwe typen en modificaties van industriële robots.