Az ipari robot egy olyan manipulációs robot , amelyet a gyártási folyamatban motoros és vezérlő funkciók elvégzésére terveztek , azaz egy manipulátorból és egy újraprogramozható vezérlőeszközből álló automata eszköz, amely olyan vezérlési műveleteket generál, amelyek beállítják a manipulátor végrehajtó szerveinek szükséges mozgásait. . Gyártási cikkek mozgatására és különféle technológiai műveletek elvégzésére szolgál [1] [2] .
Az orosz nyelvű szakirodalomban az ipari robotnak a [3] -ból átvett következő definíciója terjedt el: „egy automata gép, álló vagy mobil, amely több mozgékonyságú manipulátor formájú működtető szerkezetből áll. , valamint egy újraprogramozható programvezérlő eszköz a motor- és vezérlőfunkciók gyártási folyamatának végrehajtására. Az iparban azonban a legelterjedtebb manipulációs robotok mellett mobil (mozgásos), információs, információs és vezérlési, komplex és más típusú ipari robotokat is alkalmaznak [4] .
Az ipari robotok általában a rugalmas automatizált termelésben alkalmazott automatizált gyártórendszerek ( RTK , RTYa , RTU , RTL , RTS , GPL stb.) egyik alkotóelemei, amelyek állandó minőségi szint mellett általánosságban növelhetik a munkatermelékenységet .
Gazdaságilag előnyös az ipari robotokat más termelési automatizálási eszközökkel (automatizált sorok, szakaszok és komplexumok) együtt használni.
Az ipari felhasználásra szánt manipulátorok megjelenésének lendülete az atomkorszak kezdete volt . 1947 - ben az Egyesült Államokban az Argonne Nemzeti Laboratórium munkatársainak egy csoportja R. Görtz vezetésével kifejlesztette az első automatikus elektromechanikus manipulátort másolásvezérléssel, amely megismétli az emberi kezelő mozdulatait, és radioaktív anyagok mozgatására tervezték. Ezzel a manipulátorral nehéz volt végrehajtani olyan műveleteket, mint a csavarkulcs elfordítása vagy tárgyak elhelyezése egy felületen, mivel nem adott visszacsatolást erővel; a General Electric cég azonban már 1948 -ban kifejlesztette a Handy Man másolómanipulátort , amelyben ilyen visszacsatolás volt elérhető, és a kezelő érzékelhette a manipulátor markolatára ható erőket [5] [6] .
Az első ipari robotokat e szavak helyes értelmében az 1950-es évek közepén kezdték megalkotni az Egyesült Államokban. 1954 - ben George Devol amerikai mérnök kifejlesztett egy módszert a be- és kirakodó manipulátor cserélhető lyukkártyákkal történő vezérlésére, és szabadalmi kérelmet nyújtott be egy általa tervezett "programozható tárgyhordozó eszközre", azaz egy ipari robotra (Devol szabadalma). 1961-ben adták ki [7] ). 1956- ban J. Engelberggel közösen megszervezte a világ első ipari robotokat gyártó vállalatát. Neve "Unimation" ( angolul Unimation ) az "Universal Automation" "univerzális automatizálás" [8] [9] [10] kifejezés rövidítése .
1959-ben a Consolidated Corporation (USA) közzétette egy numerikus vezérlésű (CNC) manipulátor leírását, majd 1960-1961 között jelentek meg az első hírek az amerikai sajtóban a „Transferrobot” és „Eleximan” programvezérlésű manipulátorokról. szerelési és egyéb munkák automatizálása.
Az 1960-as évek elején az Egyesült Államokban megalkották a világ első ipari robotjait, az Unimate (Unimation, 1961) és a Versatran ( American Machine and Foundry , 1962). Az emberekhez való hasonlóságuk egy olyan manipulátor jelenlétére korlátozódott, amely homályosan hasonlít egy emberi kézre. Néhányan még mindig dolgoznak, túllépték a 100 ezer munkaórát [11] [12] .
Az Unimate robot kísérleti prototípusát már 1959-ben elkészítették, majd 1961 tavaszán ezt az ipari robotot (jelenleg a Smithsonian Intézetben állítják ki) a General Motors autóipari vállalat egyik gyárának öntödéjében helyezték üzembe . Ewing városában Trenton egyik külvárosa . A robot felfogta az ajtókilincsek és az autó egyéb alkatrészeinek vörösen izzó öntvényeit, leeresztette egy hűtőfolyadék-medencébe, és szállítószalagra szerelte, majd elmentek a munkásokhoz vágni és polírozni [13] [14] . A nap 24 órájában dolgozó robot három műszakos dolgozót helyettesített kemény, piszkos és veszélyes munkában [15] . Ennek a robotnak 5 szabadságfoka volt hidraulikus hajtással és kétujjas megfogója pneumatikus meghajtással. A legfeljebb 12 kg súlyú tárgyak mozgatását 1,25 mm -es pontossággal végeztük . Vezérlőrendszerként egy programhordozót használtak bütykös dob formájában , léptetőmotorral , amelyet 200 vezérlőparancsra terveztek, és kódoló helyzetérzékelőket. A betanítási módban a kezelő beállít egy olyan pontsorozatot, amelyen a manipulátor hivatkozásainak át kell haladniuk a munkaciklus során. A robot megjegyezte a pontok koordinátáit, és automatikusan tudott mozogni egyik pontból a másikba egy adott sorrendben, többször megismételve a munkaciklust. Az Unimate fröccsöntő gép ürítési üzemében óránként 135 alkatrész sebességgel működött 2% selejttel, míg a kézi ürítés 108 alkatrész óránként 20% selejtig.
A „Versatran” ipari robot, amely három fokozatú mozgékonysággal és mágnesszalagról irányítható, óránként akár 1200 izzó téglát tudott be- és kirakni a kemencébe. Ekkor az elektronika és a mechanika költségének a robot költségéhez viszonyított aránya 75% és 25% volt, így sok irányítási feladatot a mechanika rovására oldottak meg; most ez az arány megfordult, és az elektronikai termékek ára tovább csökken .
1967-ben megkezdődött az ipari robotok alkalmazása az európai vállalkozásokban: az első ipari robotot (ugyanaz az Unimate) a svédországi Upplands-Väsby városában [12] egy kohászati üzemben telepítették . Ugyanebben az évben Japán is belépett a robotika korszakába , amely megszerezte a Versatran robotot. Hamarosan Japánban és Svédországban, valamint Nagy-Britanniában , Németországban , Olaszországban és Norvégiában megkezdődött a saját gyártású ipari robotok gyártása (Japánban elsőként a Kawasaki Heavy Industries cég gyártott robotokat, amely 1968-ban felvásárolt egy az Unió engedélye ipari robotok gyártására [16] ). Az 1970-es évek végére Japán a világ élvonalába került mind az éves robotgyártás, mind az ország vállalataiba telepített ipari robotok száma tekintetében [17] .
A Szovjetunióban az első ipari robotok 1971-ben jelentek meg; P. N. Beljanin professzor (UM-1 robot) és a Szovjetunió Állami Díjas B. N. Surnin ("Universal-50" robot ) irányítása alatt jöttek létre . 1972-1975-ben a szovjet ipari robotok egész sorát hozták létre (különböző kutató- és gyártószervezetek erőfeszítései révén) (beleértve a Universal sorozatú robotokat, PR-5, Brig-10, IES-690, MP-9S, TUR). -10 és mások) [18] [19] .
1960 óta az Egyesült Államokban robotokat fejlesztenek visszacsatolási elven alapuló vezérlőrendszerekkel . Kezdetben ezekben a rendszerekben a meghajtó eszközöket a kommutátor táblán alakították ki; 1974-ben a Cincinnati Milacron cég volt az első, aki számítógépet használt robotvezérlő rendszerben , és létrehozta a T3 ipari robotot ( eng . The Tomorrow Tool „a jövő eszköze”) [9] [20] .
A manipulátorok szokatlan kinematikai sémáit kínálják. A technológiai robotok gyorsan fejlődnek, és olyan műveleteket hajtanak végre, mint a nagy sebességű vágás , festés , hegesztés . A mikroprocesszoros vezérlőrendszerek megjelenése az 1970-es években és a speciális vezérlőberendezések programozható vezérlőkre cseréje lehetővé tette a robotok költségének háromszoros csökkentését, így nyereségessé vált tömeges ipari bevezetésük. Ezt elősegítették az ipari termelés fejlesztésének objektív előfeltételei.
Az ipari robot tartalmaz egy mechanikus részt (beleértve egy vagy több manipulátort) és egy vezérlőrendszert ehhez a mechanikai részhez. Ezenkívül a robot rendelkezhet érzékelő eszközökkel (amelyek együtt egy információ-érzékelő rendszert alkotnak ), amelyek jelei a vezérlőrendszerbe kerülnek [21] .
A manipulátor egy olyan vezérelt mechanizmus (vagy gép ), amely az emberi kéz funkcióihoz hasonló motoros funkciókat lát el, amikor tárgyakat mozgat a térben, és munkatesttel van felszerelve [22] . Egyes esetekben egy ipari robot két (vagy több) manipulátort tartalmazhat [23] .
AktorA manipulátor működtető mechanizmusa általában egy nyitott kinematikus lánc , amelynek láncszemei különböző típusú csuklókkal vannak sorba kötve; az esetek túlnyomó többségében azonban vannak V. osztályú (egy fokú mobilitású) kinematikai párok , és ez utóbbiak között vannak transzlációs és rotációs ízületek [24] [25] .
A láncszemek és kötések kombinációja és kölcsönös elrendezése határozza meg a mobilitási fokok számát, valamint a robot manipulációs rendszerének hatókörét. Általában feltételezik, hogy a manipulátor működtető mechanizmusának első három csuklója szállító (vagy hordozható ) mobilitási fokozatokat valósít meg (a munkatest kimenetét biztosítva egy adott helyre), a többi pedig a mozgékonyság orientáló fokát (felelős a a munkatest kívánt tájolása) [26] . Az első három csukló típusától függően a legtöbb robot a négy kategória valamelyikébe tartozik [27] [28] :
Egyes manipulátorok esetében nem fogadják el a szabadsági fokok felosztását hordozhatóra és tájékozódásra. Példa erre a kinematikai redundanciával rendelkező manipulátorok (azaz hatnál nagyobb szabadságfokszámú); itt a munkatest mozgásának vezérlése és tájolásának szabályozása nincs „lekötve” külön kötéscsoportokra [26] .
Egyes esetekben egy ipari robotkar egy mozgatható alapra van felszerelve, ami azt jelenti, hogy további mobilitási fokokkal rendelkezik. Tehát a manipulátort sínekre vagy mozgatható kocsira szerelik fel, amely a padlópálya mentén vagy a függősínek mentén mozog [29] .
Vannak zárt kinematikus láncú ipari robotok. Példaként szolgálhatnak a párhuzamos robotok - olyan manipulációs robotok, amelyeknél a munkatest legalább két független kinematikai láncon keresztül kapcsolódik az alaphoz. A manipulatív robotok ebbe az osztályába tartozik különösen a Hugh-Stewart platform és a delta robotok [30] [31] .
Working bodyA manipulátor végén (a "csuklóján") található a munkatest - egy speciális feladat elvégzésére tervezett eszköz. Munkatestként egy megfogó eszköz vagy technológiai eszköz működhet [32] .
A megfogóeszközök legsokoldalúbb típusa a megfogó - olyan eszköz, amelyben egy tárgy rögzítése és megtartása az eszköz alkatrészeinek relatív mozgásával történik [33] . Általános szabály, hogy a markolat kialakítása hasonló az emberi kézhez : egy tárgy megfogása mechanikus " ujjak " segítségével történik. A pneumatikus tapadókorongos megfogókat lapos tárgyak megfogására használják. Horgokat is használnak (alkatrészek emelésére szállítószalagról), kanalakat vagy kanalakat (folyékony, ömlesztett vagy szemcsés anyagokhoz). Az azonos típusú alkatrészek azonos halmazának rögzítésére speciális kialakításokat használnak (például mágneses megfogókat) [32] .
A tárgy tartásának módja szerint a megfogó eszközöket a következőkre osztják [34] :
Az olyan ipari robotalkalmazások száma, amelyekben a megfogót egy munkaeszköz megtartására használják, viszonylag kicsi. A legtöbb esetben a technológiai művelet végrehajtásához szükséges eszköz közvetlenül a robot csuklójára van rögzítve, annak munkatestévé válik. Ez lehet szórópisztoly , ponthegesztő pisztoly , ívhegesztő fej , körkés , fúró , maró , csavarhúzó , csavarkulcs stb. [32] [35]
MeghajtókA manipulátor és a megfogó szerkezet láncszemeinek mozgásba hozásához elektromos, hidraulikus vagy pneumatikus hajtásokat használnak [36] . A hidraulikus hajtásokat előnyben részesítjük olyan esetekben, amikor jelentős erőfeszítésre vagy nagy sebességre van szükség; Az ilyen meghajtókat általában nagy, nagy hasznos teherbírású robotokkal látják el. Az elektromos hajtóművek nem rendelkeznek akkora teljesítménnyel vagy sebességgel, de jobb pontossági jellemzőket tudnak elérni. Végül a pneumatikus működtetőket általában olyan kis robotokhoz használják, amelyek egyszerű és gyors ciklikus műveleteket hajtanak végre [37] .
Becslések szerint a mai ipari robotok mintegy 50%-a elektromos hajtást, 30%-a hidraulikus hajtást, 20%-a pedig pneumatikus hajtást használ [38] .
Az ipari robotok irányítórendszereinek fejlesztésében két irányvonal követhető. Az egyik a szerszámgépek szoftveres vezérlőrendszereiből származik, és az automatikusan vezérelt ipari manipulátorok létrehozását eredményezte. A második olyan félautomata biotechnikai és interaktív rendszerek megjelenéséhez vezetett, amelyekben egy emberi kezelő vesz részt egy ipari robot tevékenységének irányításában [39] .
Így az ipari robotok a következő három típusra oszthatók (amelyek mindegyike több fajtára oszlik [40] [41]) :
A legtöbb modern robot a visszacsatolás , az alárendelt vezérlés és a robotvezérlő rendszer hierarchiájának elvei alapján működik [42] [43] .
A robotvezérlő rendszer hierarchikus felépítése magában foglalja a vezérlőrendszer vízszintes rétegekre (szintekre) való felosztását: a legfelső szinten a robot általános viselkedését, a mozgástervezés szintjén pedig a munkadarab mozgásának szükséges pályáját szabályozzák. a test kiszámítása, a test és végül a hajtás szintjén közvetlenül a motor vezérlése történik, amely a manipulátor meghatározott fokú mobilitásáért felelős [42] [43] .
Az első programozott robotokat általában kézzel programozták. Később megjelentek speciális programozási nyelvek a robotokhoz (például a VAL nyelv az Union PUMA robothoz vagy a McDonnell Douglas által az APT programozási nyelven alapuló MCL nyelv ) [44] . Jelenleg az ilyen robotok programozásához olyan programozási környezetek használhatók , mint a VxWorks / Eclipse , vagy olyan programozási nyelvek, mint a Forth , Oberon , Component Pascal , C. Hardverként általában a PC / 104 mobil verziójú ipari számítógépeket használják , ritkábban a MicroPC-t . A vezérlés történhet PC -vel vagy programozható logikai vezérlővel .
Alárendelt irányításA slave vezérlést a hajtásvezérlő rendszer felépítésére használják. Ha pozíciónkénti hajtásszabályozó rendszert kell kiépíteni (például a manipulátorkar elfordulási szöge szerint), akkor a vezérlőrendszert helyzetvisszacsatolás zárja, a helyzetszabályozó rendszeren belül pedig fordulatszám-szabályozó rendszer található saját fordulatszám-visszacsatolása, melyen belül vezérlőköri áram van - annak visszacsatolásával is.
Egy modern robot nem csak a linkek helyzetére, sebességére és gyorsulására vonatkozó visszajelzéssel rendelkezik. Az alkatrészek rögzítésekor a robotnak tudnia kell, hogy sikeresen rögzítette-e az alkatrészt. Ha az alkatrész törékeny, vagy a felülete nagyfokú tisztaságú, akkor összetett erő-visszacsatoló rendszereket építenek ki, amelyek lehetővé teszik a robot számára, hogy meg tudja ragadni az alkatrészt anélkül, hogy a felületét károsítaná vagy tönkretenné.
A robotot általában egy ipari vállalatirányítási rendszer (ERP-rendszer) vezérli, amely összehangolja a robot tevékenységét a munkadarabok és a numerikus vezérlésű szerszámgépek technológiai műveletek végrehajtására való felkészültségével.
Az 1990-es évek közepére megjelentek a piacon az adaptív ipari robotok , amelyek érintési eszközökkel vannak felszerelve . A robotikában használt modern információs-érzékelő rendszerek funkcionálisan integrált mérő- és számítástechnikai eszközök készletei, amelyek feladata a különböző érzékelőktől származó információk beszerzése és feldolgozása a későbbi vezérlőrendszer általi felhasználásra [45] .
A modern robotrendszerekben használt szenzorok sokfélék, és a következő fő csoportokba sorolhatók [46] [47] [48] :
Az ipari robotok használatának különféle szempontjait általában a szabványos ipari termelési projektek keretében veszik figyelembe: a meglévő követelmények alapján kiválasztják a legjobb megoldást, amely meghatározza az ehhez a feladathoz szükséges robotok típusát, számát, valamint megoldja a villamosenergia-infrastruktúra (áramcsatlakozások, betáplálás hűtőfolyadék - szerszámelemek folyékony hűtése esetén) és a gyártási folyamatba való integráció (nyerstermékek/félkész termékek biztosítása és a késztermék automatikus sorra történő visszajuttatása) kérdéseit is. át a következő technológiai műveletre).
A gyártási folyamatban lévő ipari robotok alapvető és kiegészítő technológiai műveletek elvégzésére képesek .
A fő technológiai műveletek közé tartoznak a közvetlen formázás műveletei, a munkadarab lineáris méreteinek megváltoztatása stb.
A kisegítő technológiai műveletek közé tartoznak a szállítási műveletek, beleértve a technológiai berendezések be- és kirakodási műveleteit is.
Az ipari robotok által leggyakrabban végzett műveletek közé tartoznak a következők [49] [50] :
A 21. század elején az ipari robotok széles körben elterjedtek, csővezetékeken belül mozogtak, és a hibák észlelésére és belső felületeik tisztítására tervezték [51] [52] . Az ilyen robotok a mobil robotok osztályába tartoznak, és mozgásuk módja szerint a következő csoportokba sorolhatók [52] [53] : kígyószerű mozgáselvű kúszó robotok [54] ; féregszerű mozgáselvű kúszó robotok [55] ; csúszóütközős robotok [56] [57] ; kerekes robotok [58] ; hernyórobotok [59] ; vibrációs robotok [51] ; robotok rugalmas és rugalmas láncszemekkel [60] ; változó testalkatú robotok [61] ; folyadék vagy gáz áramlása által mozgatott robotok [62] .
A robotok ipari termelésben való alkalmazása számos előnnyel jár, különösen [63] :
2004 -ben Japánban volt a világ ipari robotjainak mintegy 45%-a. Abszolút értékben: 2004 végéig 356 500 ipari robotot használtak Japánban, a második helyen az Egyesült Államok állt (122 000 ipari robot) nagy különbséggel.
Az International Federation of Robotics szerint 2013 -ban az ipari robotok globális értékesítése 178 132 darabot tett ki (12%-os növekedés az előző évhez képest). Az ipari robotok legnagyobb piaca a Kínai Népköztársaság volt , ahol 25 111 ipari robotot vásároltak a vállalkozások. Ezt követi Japán (25 110 db), az USA (23 700 db), a Koreai Köztársaság (21 307 db), Németország (18 297 db) és más ipari országok.
A legtöbb új ipari robotot a vállalkozásoknál telepítik:
Japán az első helyen áll a világon (2004) az ipari robotok exportjában . Évente több mint 60 ezer robotot gyártanak ebben az országban, ennek csaknem felét exportálják. Ez nagy különbség a többi országhoz képest.
| Robotika | |
|---|---|
| Főbb cikkek | |
| Robot típusok | |
| Figyelemre méltó robotok | |
| Kapcsolódó kifejezések | |