Промислові роботи: тенденції і типи

20.03.2017

Промислові роботи: тенденції і типи

Різноманітність тенденцій розвитку роботів, їх типів, а також вдосконалення програмного забезпечення роблять використання «інтелектуальних рабів» привабливим для все більшого числа різних додатків і галузей промисловості. Результатом цих інновацій буде суттєвий виграш у виробництві.

Роботи вже використовуються в багатьох галузях промисловості, в тому числі для 3D-друку, в парках розваг, сільському господарстві, для виконання складальних робіт, в будівництві. Вони знаходять застосування в галузі виробництва електроніки, для уявлень і театральних постановок, в логістиці і складуванні, у виробництві, медицині, для видобутку корисних копалин, для транспортування, в космосі, в спорті, в якості іграшок і в багатьох інших сферах. Інновації в конструкціях роботів і робочих інструментів (механічних схопив, присосок, обробних і зварювальних головок і т. П.), Які впроваджуються в одній з галузей, можуть бути адаптовані і для застосування в інших областях промисловості.

Численні конкурси в галузі робототехніки надихають інженерні уми на просування роботів в сферах освіти, розваги, послуг і технологій. Значні зусилля спрямовані на те, щоб адаптувати роботів для пожежогасіння, пошукових і рятувальних операцій, усунення наслідків стихійних лих, використання в небезпечних зонах, для запобігання виробничих травм.

Контролери роботів зменшуються в габаритах і стають більш відкритими для інженерів і розробників. В даний час програмовані логічні контролери (Programmable Logic Controller, PLC), програмовані контролери для автоматизації (Programmable Automation Controller, PAC), промислові комп’ютери, що вбудовуються контролери, випущені сторонніми виробниками, можуть використовуватися для керування роботами.

Досягнення в галузі мережевих технологій дозволяють здійснювати безпроблемну комунікацію і скоординоване управління відразу декількома роботами, що важливо для таких концепцій, як «розумні» фабрики, IIoT (Industrial Internet of Things, промисловий Інтернет речей), інтегроване виробництво (Industry 4.0).

Ось 10 підтверджень того, що програмне забезпечення (ПО) роботів і їх програмування стають простіше:

  • Штучний інтелект дозволяє використовувати історію минулих дій, щоб робот швидше адаптувався до нових ситуацій.
  • Щоб уникнути введення шкідливого коду і не допустити несанкціонованого дистанційного керування, в робототехніку активно впроваджуються досягнення в області кібербезпеки.
  • Все частіше використовується принцип блокового програмування, причому функціональні блоки, що відповідають за виконання тих чи інших рухів або робочих сценаріїв, можуть бути як запропоновані постачальником програмного забезпечення, так і доповнені кінцевим користувачем, виробником оригінального устаткування, конструктором кінцевого заводського обладнання або системним інтегратором.
  • Інтерактивна сенсорна інформація та інструкції можуть бути передані від кінцевих виконавчих пристроїв, датчиків, а також інших пристроїв і систем. Для запобігання аварійних ситуацій і підвищення якості виконання операцій можуть використовуватися машинне зір або вбудовані безпосередньо в технологічне оснащення радіочастотні ідентифікаційні чіпи. Такий підхід дасть можливість вчасно виявити і компенсувати знос інструменту.
  • Програмування з відкритим вихідним кодом дозволяє спільно використовувати системи роботів від різних виробників.
  • Функція «Навчання демонстрацією» дозволяє деяким роботам під час руху по визначеному шляху одночасно поповнювати свою базу знань, питаючи в певних ситуаціях, чи є шлях від А до С більш прийнятним, ніж шлях від А до B, а потім до С.
  • Комп’ютерні середовища моделювання дозволяють детально зімітувати поведінку робота і його оточення. Це дає можливість провести повне тестування виконавчих пристроїв (інструментів і маніпуляторів), кількох комбінацій роботів або машин, елементів безпеки і завдань, яке засвідчує правильність проектування і функціонування робота ще до його установки або покупки.
  • Універсальне ПО дозволяє імпортувати і використовувати дані з кінематики робота (правилами його руху) в уніфікованому вигляді.
  • Бездротові пульти управління дають більше мобільності, ніж провідні людино-машинні інтерфейси (HMI). Деякі види ПО можуть використовуватися безпосередньо в комерційних планшетних комп’ютерах.
  • «Майстер підказок» або покроковий «Майстер команд» дозволяють запрограмувати дії робота без безпосереднього написання коду, з використанням покрокової структурної схеми з випадають списками команд, списками вибору варіантів і підказок.

Різновиди промислових роботів

Промислові роботи дуже різноманітні і можуть включати в себе елементи більш ніж одного типу. Так, наприклад, робот з шарнірними зчленуваннями, або, як його ще називають, шарнірний робот, може бути інтегрований в портальний (козловий) робот (він встановлюється на масивне жорстку основу, а його напрямні закріплені на фундаменті практично нерухомо) або в мобільного робота. Розглянемо основні типи промислових роботів і їх функції.

Шарнірні роботи

Шарнірні (артикульовані) роботи мають обертові «талію», «плече», «лікоть» і три обертових шарніра в «зап’ясті». Ці роботи можуть дуже точно розміщувати дрібні деталі, виробляти упаковку і укладання на піддони.

Наприклад, у робота Fanuc М-2000iA / 900L (рис. 1) велика робоча область, і він має можливість переносити корисне навантаження великої маси, наприклад здійснювати підйом кузова і установку його на двигун. Роботи для управління двома гайковертами з живленням від напруги постійного струму пов’язані з допомогою промислового Ethernet.

Декартові роботи

Декартові роботи мають, принаймні, три лінійні осі управління і можуть бути конфігурувати для виконання важких операцій (наприклад, для переміщення кузовів автомобіля) або точних операцій (наприклад, деталізація на складних поверхнях).

Роботи-помічники

Роботи-помічники оснащені датчиками, що обмежують зусилля і / або швидкість ланок,
і, в залежності від застосування, можуть працювати в безпосередній близькості від людини без установки захисної огорожі. Поки такі роботи були в основному шарнірного типу, але подібні датчики можуть бути застосовані і до звичайних роботам. Ця технологія розвивається швидше, ніж робот проходить сертифікацію на відповідність стандартам безпеки. Деякі з таких роботів можуть бути «дворуким», щоб краще копіювати маніпуляційні здатності людини і легше інтегруватися в існуючий виробничий процес без необхідності його перебудовувати.

Робот Sawyer (рис. 2) від компанії Rethink Robotics важить 19 кг, може переміщати 4 кг корисного вантажу, має сім ступенів свободи і висоту 1 м, що дозволяє йому маневрувати в обмеженому просторі. Датчики сили з високою роздільною здатністю, встановлені в кожному зчленуванні, дозволили компанії-виробнику реалізувати ефективний контроль його рухів. Робот може «відчувати» свій шлях серед верстатів і устаткування. Адаптивна точність дозволяє роботу ефективно працювати в напівструктурованих середовищах, використовуючи вбудовану систему машинного зору.

Дельта-роботи

Дельта-робот є різновидом паралельного робота. Він складається з трьох важелів, прикріплених за допомогою карданних шарнірів до основи. Ключовою особливістю є використання паралелограмів в конструкції маніпулятора, що дозволяє зберігати просторову орієнтацію виконавчого пристрою робота. Високошвидкісні роботи цього типу використовуються для завантаження, подачі і упаковки у фармацевтичній промисловості, для зборки і в стерильних приміщеннях.

Наприклад, робот Yaskawa Motoman MPP3H (рис. 3) призначений для комплектації вкладень і їх упаковки в картонну тару. Щоб спростити конструкцію, підвищити надійність і точність виконання операцій, яка становить ± 0,1 мм, робот MPP3H має конфігурацію з паралельно-пов’язаним маніпулятором з прямим приводом на осі обертання. Завдяки мінімальній площі установки і тому, що він не займає місце безпосередньо в самій робочій зоні, ця модель може бути використана для установки в умовах високої щільності, забезпечуючи велику (до 600 мм) зону обслуговування і здатність переміщати вантаж масою в 3 кг.

Дронь

Дрони – це, в основному, літаючі апарати з дистанційним керуванням (тобто насправді вони не зовсім роботи). У більш широкому сенсі – це мобільні, автономні апарати, запрограмовані на виконання будь-яких завдань. Вони застосовуються для промислових додатків, таких як перевірка безпеки, з метою моніторингу і для наукових досліджень, в небезпечних місцях, на пересіченій місцевості. В даний час такі апарати можуть використовуватися під водою і в космосі. Впровадження в них можливості працювати автономно дозволить цим мобільним роботам самостійно формувати і посилати звіти або самим вибирати команди управління в міру необхідності.

Портальні роботи

Портальні роботи називаються так тому, що вони, подібно до портовим і козловим кранам, пересуваються по лінійної рейці, забезпечуючи (зазвичай) горизонтальний мобільний доступ зверху до великої робочої області. Вони можуть мати ще одну або дві осі переміщення, що надає їм мобільність роботів іншого типу, наприклад шарнірних, встановлених на рамі портального. Області застосування включають підйомно-транспортні і складальні операції, завантаження і виїмку заготовок з верстатів і т. П. Ця ж ідея може бути застосована у вертикальній, циліндричної або сферичної конфігураціях.

Мобільні роботи

Мобільні роботи (роботи для транспортування матеріалів, складування, обслуговування верстатів) в даний час активно розвиваються. Впровадження в них сенсорів і навігаційних технологій в поєднанні з розвиненим алгоритмическим забезпеченням збільшили їх швидкість і гнучкість застосування. Вони можуть бути інтегровані в інші системи, що володіють можливістю руху, і мати свою автономну систему навігації.

Наприклад, автономний робот Vecna ​​QC Tugger (рис. 4) здатний тягнути за собою групу візків і утримувати вантажі. Він працює з більшістю пневматичних тягово-зчіпних з’єднувачів і встановлений на такий же автономної платформі, як і вся продуктова лінійка QC Bot, з тими ж функціями безпеки, які дозволяють такому роботу автономно рухатися по території медичних установ і за допомогою операторів в інших сферах.

Паралельні роботи

Паралельні роботи використовують три паралелограма і обертові важелі, керовані серводвигунами або лінійними актуаторами (лінійними приводами). Зазвичай вони використовуються, як і дельта-роботи, для захоплення, підйому і переміщення деталей.

Маніпулятори

Роботи типу SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) – це маніпулятори з селективної гнучкістю (рис. 5). Конструктивно вони жорсткі у вертикальній площині, т. Е. Вздовж осі Z, при цьому в горизонтальній площині (по осях X і Y) мають піддатливість. Такі роботи часто виконують складальні операції. Роботи типу SCARA можуть працювати швидше, ніж декартові роботи, і мають невеликі габарити, але вони можуть бути більш дорогими.

Зокрема, четирехосевой робот Adept eCobra 600 SCARA 4-Axis має велику зону обслуговування маніпулятора (600 мм) і може виконувати роботи на трьох рівнях. Призначений для використання в додатках особливої ​​складності і задовольняє високим вимогам по продуктивності в одній апаратній платформі. Вбудовані в робот пристрої управління забезпечують компактність всієї системи, економлять займану площу, спрощують і мінімізують витрати на установку. Використання звичної «сходовій» логічної схеми та інших мов програмування, передбачених стандартом IEC 61131-3, скорочує терміни навчання і підготовки до експлуатації.

Ключові концепції сучасної робототехніки

  • Останні досягнення в форм-факторах роботів, контролерах, комунікаціях і програмному забезпеченні роблять роботів все більш придатними для використання в різних додатках і галузях промисловості.
  • Більш просте і гнучке програмне забезпечення дозволяє використовувати роботів все більшому колу людей.
  • В даний час доступні різні типи, форм-фактори роботів і підключаються до них робочих інструментів

Марк Т. Хоске, Control Engineering

Статьи

29.06.2018

У 2017 р. загальний ринок віртуального робочого місця  був оцінений у 4982,4 млн. доларів. Проте, очікується, що до 2023 року він становитиме 8957,4 млн. (читать далее)

21.06.2018

Нове дослідження, проведене компанією HTF MI під назвою “Інтерактивний експертний звіт про дослідження ринку кіосків у Китаї” за 2018 рік містить поглиблену оцінку Інтерактивного (читать далее)