Industriel robot. Robotter i produktion. Automater-robotter

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

Disse enheder er især efterspurgte i dag i den nationale økonomi. En industrirobot, som ikke minder meget om sin prototype i bogen Rise of the Robots af K. Chapek, nærer slet ikke revolutionære ideer. Tværtimod udfører han samvittighedsfuldt og med stor nøjagtighed både de vigtigste produktionsprocesser (montage, svejsning, maling) og hjælpeprocesser (af- og pålæsning, fastgørelse af produktet under fremstilling, flytning).

Brugen af sådanne "smarte" maskiner bidrager til den effektive løsning af tre store produktionsproblemer:

• forbedring af arbejdsproduktivitet;
• forbedre folks arbejdsforhold;
• optimer brugen af menneskelige ressourcer.

Industrirobotter er udtænkt af storstilet produktion

Robotter i produktion spredte sig massivt i slutningen af det 20. århundrede på grund af en betydelig stigning i industriel produktion. Store serier af produkter har ført til behovet for intensiteten og kvaliteten af et sådant arbejde, hvis ydeevne overstiger de objektive menneskelige evner. I stedet for at beskæftige mange tusinde faglærte arbejdere moderne teknologiske fabrikkertalrige højtydende automatiske linjer, der kører i periodiske eller kontinuerlige cyklusser.

De førende inden for udviklingen af sådanne teknologier, der erklærer den udbredte brug af industrirobotter, er Japan, USA, Tyskland, Sverige og Schweiz. Moderne industrirobotter fremstillet i ovennævnte lande er opdelt i to store grupper. Deres typer bestemmes ved at tilhøre to fundament alt forskellige ledelsesmetoder:

• automatiske manipulatorer;
• enheder fjernstyret af et menneske.

Hvad bruges de til?

Behovet for deres skabelse begyndte at blive diskuteret i begyndelsen af det 20. århundrede. På det tidspunkt var der dog ikke noget elementgrundlag for gennemførelsen af planen. I dag, efter tidens diktater, bruges robotmaskiner i de fleste af de mest teknologisk avancerede industrier.

Uheldigvis hæmmes omudstyret af hele industrier med sådanne "smarte" maskiner af manglende investeringer. Selvom fordelene ved at bruge dem klart overstiger de oprindelige monetære omkostninger, fordi de giver os mulighed for at tale ikke kun og ikke så meget om automatisering, men om dybtgående ændringer inden for produktion og arbejdskraft.

Brugen af industrirobotter har gjort det muligt mere effektivt at udføre arbejde, der er ud over menneskelig styrke med hensyn til arbejdsintensitet og nøjagtighed: lastning/losning, stabling, sortering, orientering af dele; flytning af emner fra en robot til en anden og færdige produkter til et lager; punktsvejsning og sømsvejsning; samling af mekaniske og elektroniske dele; kabellægning; skæringemner langs en kompleks kontur.

Manipulator som en del af en industrirobot

Funktionelt består en sådan "smart" maskine af en omprogrammerbar ACS (automatisk kontrolsystem) og en fungerende krop (rejsesystem og en mekanisk manipulator). Hvis ACS norm alt er ret kompakt, visuelt skjult og ikke umiddelbart fanger øjet, så har arbejdskroppen et så karakteristisk udseende, at en industrirobot ofte kaldes som følger: "robot-manipulator".

Pr definition er en manipulator en enhed, der flytter arbejdsflader og arbejdsgenstande i rummet. Disse enheder består af to typer links. De første giver en progressiv bevægelse. Den anden er vinkelforskydning. Sådanne standardled bruger enten pneumatisk eller hydraulisk (mere kraftfuld) drev til deres bevægelse.

Manipulatoren, der er skabt i analogi med den menneskelige hånd, er udstyret med en teknologisk gribeanordning til at arbejde med dele. I forskellige enheder af denne type blev det direkte greb oftest udført af mekaniske fingre. Ved arbejde med flade overflader blev genstande fanget ved hjælp af mekaniske sugekopper.

Hvis manipulatoren skulle arbejde samtidigt med mange lignende emner, så blev indfangningen udført takket være et særligt omfattende design.

I stedet for en griber er en manipulator ofte udstyret med mobilt svejseudstyr, en speciel teknologisk sprøjtepistol eller simpelthenskruetrækker.

Hvordan robotten bevæger sig

Automata-robotter tilpasser sig norm alt til to typer bevægelser i rummet (selvom nogle af dem kan kaldes stationære). Det afhænger af betingelserne for en bestemt produktion. Hvis det er nødvendigt at sikre bevægelse på en glat overflade, implementeres det ved hjælp af en retningsbestemt monorail. Hvis det er påkrævet at arbejde på forskellige niveauer, anvendes "gående" systemer med pneumatiske sugekopper. En robot i bevægelse er perfekt orienteret både i rumlige og vinkelmæssige koordinater. Moderne positioneringsanordninger af sådanne enheder er forenede, de består af teknologiske blokke og giver mulighed for højpræcisionsbevægelse af emner, der vejer fra 250 til 4000 kg.

Design

Brugen af de pågældende automatiserede maskiner netop i multidisciplinære industrier førte til en vis forening af deres hovedkonstituerende blokke. Moderne industrielle robotmanipulatorer har i deres design:

• rammen, der bruges til at fastgøre delgribeanordningen (grabben) - en slags "hånd", der faktisk udfører behandlingen;
• greb med en guide (sidstnævnte bestemmer positionen af "hånden" i rummet);
• understøtter enheder, der driver, konverterer og transmitterer energi i form af drejningsmoment på aksen (takket være dem, får industrirobotten mulighed for bevægelse);
• overvågnings- og styringssystem for gennemførelsen af de programmer, der er tildelt det; accept af nye programmer; analyse af information, der kommer fra sensorer, og følgeligoverføre det til leverede enheder;
• positioneringssystem for den arbejdende del, måling af positioner og bevægelser langs manipulationsakserne.

Industrirobotternes begyndelse

Lad os gå tilbage til den nyere fortid og huske, hvordan historien om skabelsen af industrielle automatiske maskiner begyndte. De første robotter dukkede op i USA i 1962, og de blev produceret af Union Incorporated og Versatran. Selvom de, for at være præcis, alligevel udgav industrirobotten Unimate, skabt af den amerikanske ingeniør D. Devol, som patenterede sine egne selvkørende kanoner programmeret ved hjælp af hulkort. Det var et åbenlyst teknisk gennembrud: "smarte" maskiner huskede koordinaterne for waypoints på deres rute og udførte arbejdet i henhold til programmet.

Unimates første industrirobot var udstyret med en pneumatisk aktiveret to-finger griber og en fem frihedsgrader hydraulisk aktiveret arm. Dens egenskaber gjorde det muligt at flytte en 12 kg del med en nøjagtighed på 1,25 mm.

En anden Versatran-robotarm, lavet af firmaet af samme navn, læssede og lossede 1.200 mursten i timen i en ovn. Han erstattede med succes folks arbejde i et miljø, der var skadeligt for deres sundhed, med en høj temperatur. Ideen om dens oprettelse viste sig at være meget vellykket, og designet er så pålideligt, at nogle maskiner af dette mærke fortsætter med at arbejde i vores tid. Og dette på trods af, at deres ressource oversteg hundredtusindvis af timer.

Bemærk, at den første generation af industrirobotter iværdimæssigt antog den 75 % mekanik og 25 % elektronik. Efterjusteringen af sådanne enheder krævede tid og forårsagede nedetid for udstyret. For at genbruge dem til at udføre nyt arbejde, blev kontrolprogrammet udskiftet.

Andengenerationsrobotmaskiner

Det stod hurtigt klart: På trods af alle fordelene viste første generations maskiner sig at være uperfekte … Anden generation påtog sig mere subtil kontrol af industrirobotter - adaptive. De allerførste enheder krævede at bestille det miljø, de arbejdede i. Sidstnævnte forhold betød ofte høje meromkostninger. Dette var ved at blive afgørende for udviklingen af masseproduktion.

Den nye fase af fremskridt var præget af udviklingen af mange sensorer. Med deres hjælp modtog robotten en kvalitet kaldet "følelse". Han begyndte at modtage information om det ydre miljø og i overensstemmelse med det vælge den bedste fremgangsmåde. For eksempel tilegnede han sig færdigheder, der gør det muligt for ham at tage en del og omgå en forhindring med den. Denne handling opstår på grund af mikroprocessorens behandling af den modtagne information, som yderligere, indtastet i variablerne i styreprogrammerne, faktisk styres af robotterne.

Typer af grundlæggende produktionsoperationer (svejsning, maling, montage, forskellige former for bearbejdning) er også underlagt tilpasning. Det vil sige, når hver af dem udføres, initieres multivarians for at forbedre kvaliteten af enhver form for ovenstående værker.

Industrielle manipulatorer styres hovedsageligt af software. Styr hardwarefunktioner er industrielle mini-computere PC/104 eller MicroPC. Bemærk, at adaptiv kontrol er baseret på multivariant software. Desuden træffes beslutningen om valget af type programdrift af robotten baseret på information om miljøet beskrevet af detektorerne.

Et karakteristisk træk ved funktionen af andengenerationsrobotten er den foreløbige tilstedeværelse af etablerede driftsformer, som hver især aktiveres ved visse indikatorer, der opnås fra det eksterne miljø.

Tredje generation af robotter

Automatiske robotter af tredje generation er i stand til selvstændigt at generere et program over deres handlinger, afhængigt af opgaven og omstændighederne i det eksterne miljø. De har ikke "snydeark", det vil sige malede teknologiske handlinger for visse varianter af det ydre miljø. De har evnen til selvstændigt at opbygge algoritmen for deres arbejde optim alt, samt hurtigt implementere den i praksis. Omkostningerne til elektronikken i en sådan industrirobot er ti gange højere end dens mekaniske del.

Den nyeste robot, der fanger en del takket være sensorer, "ved", hvor godt den gjorde det. Derudover reguleres selve gribekraften (force feedback) afhængigt af delmaterialets skrøbelighed. Måske er det derfor, enheden i den nye generation af industrirobotter kaldes intelligent.

Som du forstår, er "hjernen" i en sådan enhed dens kontrolsystem. Den mest lovende er reguleringen udført i henhold til metoderne til kunstigintelligens.

Intelligens til disse maskiner er givet af applikationspakker, programmerbare logiske controllere, modelleringsværktøjer. I produktionen er industrirobotter netværket, hvilket giver det rette niveau af interaktion mellem menneske-maskine-systemet. Der er også udviklet værktøjer til at forudsige sådanne enheders funktion i fremtiden takket være den implementerede softwaresimulering, som giver dig mulighed for at vælge de bedste muligheder for handling og netværksforbindelseskonfigurationer.

Verdens førende robotvirksomheder

I dag leveres brugen af industrirobotter af førende virksomheder, herunder japanske (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), amerikanske (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), tysk (Kuka).

Hvad er disse firmaer berømte for i verden? Fanucs aktiver omfatter den hidtil hurtigste delta-robot M-1iA (sådanne maskiner bruges norm alt til emballering), den stærkeste af de serielle robotter - M-2000iA, ArcMate-svejserobotter anerkendt i hele verden.

Industrirobotter produceret af Kuka er ikke mindre efterspurgte. Disse maskiner udfører bearbejdning, svejsning, montering, pakning, palletering, lastning med tysk præcision.

Det japansk-amerikanske firma Motoman (Yaskawa), der opererer på det amerikanske marked, er også imponerende: 175 modeller af industrirobotter samt mere end 40 integrerede løsninger. Industrielle robotter, der bruges i produktionen i USA, er for det meste lavet af denne brancheførendevirksomhed.

De fleste af de andre firmaer, vi repræsenterer, udfylder deres niche ved at fremstille et snævrere udvalg af specialiserede instrumenter. For eksempel producerer Daihen og Panasonic svejserobotter.

Metoder til at organisere automatiseret produktion

Hvis vi taler om organiseringen af automatiseret produktion, så blev der i første omgang implementeret et stift lineært princip. Men ved en tilstrækkelig høj hastighed af produktionscyklussen har den en betydelig ulempe - nedetid på grund af fejl. Som et alternativ blev rotationsteknologien opfundet. Med en sådan organisering af produktionen bevæger både emnet og selve den automatiserede linje (robotter) sig i en cirkel. Maskiner i dette tilfælde kan duplikere funktioner, og fejl er praktisk t alt udelukket. Men i dette tilfælde er hastigheden tabt. Den ideelle procesorganisation er en hybrid af de to ovenstående. Det kaldes roterende transportbånd.

Industriel robot som et element i fleksibel automatisk produktion

Moderne "smarte" enheder omkonfigureres hurtigt, yderst produktive og udfører selvstændigt arbejde ved hjælp af deres udstyr, forarbejdningsmaterialer og arbejdsemner. Afhængigt af brugsspecifikationerne kan de fungere både inden for rammerne af ét program og ved at variere deres arbejde, dvs. at vælge det rigtige blandt et fast antal udleverede programmer.

Industriel robot er en bestanddel af fleksibel automatiseret produktion (generelt accepteret forkortelse - GAP). Sidstinkluderer også:

• computerstøttet designsystem;
• kompleks af automatiseret kontrol af teknologisk produktionsudstyr;
• industrielle robotarme;
• Automatisk produktionstransport;
• indlæsning/aflæsning og placeringsenheder;
• fremstillingsproceskontrolsystemer;
• automatisk produktionskontrol.

Mere om praksis med at bruge robotter

Rigtige industrielle applikationer er moderne robotter. Deres typer er forskellige, og de giver høj produktivitet på strategisk vigtige områder af industrien. Især den moderne tyske økonomi skylder meget af sit voksende potentiale til deres anvendelse. I hvilke brancher arbejder disse "jernarbejdere"? Inden for metalbearbejdning fungerer de i næsten alle processer: støbning, svejsning, smedning, hvilket giver det højeste niveau af arbejdskvalitet.

Som en industri med ekstreme betingelser for menneskelig arbejdskraft (hvilket betyder høje temperaturer og forurening), er støbning stort set robotiseret. Maskiner fra Kuka samles selv i støberier.

Fødevareindustrien modtog også udstyr til produktionsformål fra Kuka. "Madrobotter" (billeder præsenteres i artiklen) erstatter for det meste mennesker i områder med særlige forhold. Fordelt i produktion af maskiner, der giver et mikroklima i opvarmede rum medtemperatur ikke over 30 grader Celsius. Rustfri stålrobotter behandler mesterligt kød, deltager i produktionen af mejeriprodukter og stabler og pakker naturligvis produkterne på en optimal måde.

Det er svært at overvurdere sådanne enheders bidrag til bilindustrien. Ifølge eksperter er de mest kraftfulde og produktive maskiner i dag netop "Cook"-robotter. Billeder af sådanne enheder, der udfører hele rækken af automonteringsoperationer, er imponerende. Samtidig er det virkelig tid til at tale om automatiseret produktion.

Bearbejdning af plast, produktion af plast, fremstilling af de mest komplekse dele af forskellige materialer leveres af robotter i produktion i et forurenet miljø, der er virkelig skadeligt for menneskers sundhed.

Et andet vigtigt anvendelsesområde for "Cook"-tilslag er træbearbejdning. Desuden giver de beskrevne enheder både opfyldelse af individuelle ordrer og etablering af storskala masseproduktion på alle stadier - fra primær forarbejdning og savning til fræsning, boring, slibning.

Priser

I øjeblikket er robotter fremstillet af Kuka og Fanuc efterspurgte på de russiske og SNG-markederne. Deres priser varierer fra 25.000 til 800.000 rubler. En sådan imponerende forskel forklares af eksistensen af forskellige modeller: standard lav kapacitet (5-15 kg), speciel (løsning af specielle opgaver), specialiseret (arbejder i et ikke-standard miljø), stor kapacitet (op til 4000 tons)).

Konklusioner

Det må erkendes, at industrirobotternes potentiale stadig ikke udnyttes fuldt ud. Samtidig gør moderne teknologier, takket være specialisters indsats, det muligt at implementere stadig mere vovede ideer.

Behovet for at øge produktiviteten i verdensøkonomien og maksimere andelen af intellektuelt menneskeligt arbejde tjener som kraftfulde incitamenter til udviklingen af flere og flere nye typer og modifikationer af industrirobotter.