Промышленная робототехника

Введение

Промышленная робототехника играет ключевую роль в области автоматизации и помогает улучшить производство и монтажные работы по всему миру.

Применяя промышленную робототехнику, машины и инструментальные средства могут быть установлены на запястьях роботов, например, которые выполняют функции точно и быстро. Промышленная робототехника предлагает многочисленные преимущества по сравнению с ручным трудом или зафиксированной автоматизацией, включая увеличенную скорость и способность функционировать в жестких условиях. Добавленная гибкость и ловкость, предлагаемые промышленной робототехникой, помогают производителям выполнить работу быстрее, сокращая при этом расходы.

В будущем технологический прогресс видится в дальнейшем повышении интеллекта роботов, которые будут иметь возможность обучаться, видеть и чувствовать вещи и осуществлять еще больше задач.

Типы роботов

Наиболее часто используемые конфигурации робота:

1) робот шарнирной конструкции - это робот с вращающимися шарнирами (например, робот с ногами или промышленный робот). Такие роботы могут варьироваться от простых двусочлененных конструкций до систем с десятью или более взаимодействующими соединениями. Они работают за счет различных средств, в том числе электродвигателей. Некоторые типы роботов, такие как роботизированные манипуляторы, могут быть шарнирной или нешарнирной конструкции.

2) SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) роботы (акроним расшифровывается как «сборочная роботизированная рука с избирательной гибкостью»). В 1981 году Sankyo Seiki, Pentel и NEC представили совершенно новую концепцию для сборки роботов. Робот был разработан под руководством Хироси Макино, профессора Университета Яманаши. Робот был назван «сборочная роботизированная рука с избирательной гибкостью» (SCARA). Его рука была жестко закреплена по оси Z и была гибкой по осям X и Y, что позволило ему адаптироваться к отверстиям по осям X и Y.

В силу параллельного соединения сочленений манипулятор слегка податлив в направлении осей X и Y, но устойчив в направлении оси Z, отсюда и термин: «избирательная гибкость». Это особенно выгодно при сборке узлов, где робот должен вкладывать в круглые отверстия круглые стержни, не соединяя их.

Второй важной особенностью роботов СКАРА является двухзвенная конструкция соединения элементов манипулятора, часто называемая шарнирной и позволяющая ему, подобно руке человека, вытягиваться в определенных пределах и снова втягиваться или «сворачиваться», освобождая занимаемое пространство. Эта возможность особенно удобна для перемещения деталей из одного производственного модуля в другой или для загрузки-выгрузки в рабочую зону станка, имеющую ограниченный доступ.

3) Дельта-робот это тип параллельного робота. Он состоит из 3 манипуляторов присоединенных к универсальным шарнирам на базе. Ключевой особенностью конструкции является использование схемы параллелограмма в манипуляторах, которая поддерживает ориентацию эффектора, который располагается на конце. В отличие от платформы Стюарта, дельта-робот может изменить ориентацию его эффектора.

Дельта-роботы имеют широкое применение в сборке и упаковке на заводах, поскольку они могут быть довольно быстрыми (некоторые выполняют до 300 таких операций в минуту). Промышленности, которые используют преимущество высокой скорости дельта-робота: упаковочная, медицинская и фармацевтическая. Благодаря своей неподвижности они также используются в хирургии. Конструкция дельта-робота также может использоваться для создания тактильных контроллеров, таких как the Force Dimension (сила измерения) omega.x, delta.x и sigma.x, или the Novint Falcon (игровой контроллер).

4) Декартовые (картезианские или портальные) роботы (также называются линейные роботы) – это промышленные роботы, чьи три основные контролируемые оси являются линейными (т.е. для них предпочтительно движение по прямой линии, чем вращательное движение) и перпендикулярны друг другу. Три скользящих соединения соответствуют движению запястья вверх-вниз, внурть-наружу, назад-вперед. Среди других преимуществ, это механическое устройство, которое упрощает решение для контролируемого запястья робота. Декартовы роботы с горизонтальным элементом поддерживаются на обоих концах и иногда называются портальными роботами. Они часто довольно больших размеров.

Широким применением для роботов этого типа является числовое программное устройство управления (ЧПУ). В простейшем случае они используются в фрезеровочных машинах и кульманах, где ручка или маршрутизатор передвигается по плоскости XY, в то время как инструмент поднимается и опускается на поверхность для создания четкого рисунка.

Особенности

На фоне общей робототехники, большинство видов роботов попадет в категорию роботизированные манипуляторы. Роботы обладают разной степенью самоуправления.

Некоторые роботы запрограммированы, чтобы добросовестно выполнять конкретные действия снова и снова (повторяющиеся действия) без изменения и с высокой степенью точности. Эти действия определяются запрограммированными процедурами, которые задают направление, ускорение, скорость, замедление и расстояние серий скоординированных движений.

Другие роботы гораздо более гибкие в отношении ориентации объекта, на котором они работают, или даже задачи, которая должна быть выполнена ими на объекте, и которую роботу может придется даже определить. Например, для более точного указания, роботы часто содержат подсистемы машинного зрения, выступающие в качестве их «глаз» и связанные с мощными компьютерами или контроллерами.

Искусственный интеллект, или то, что считается им, становится все более важным фактором в современных промышленных роботах.

Причины

В настоящее время человечество имеет много проблем, связанных с нефтяной и газовой промышленности.

Среди них:

- трудности найма людей на монотонную и тяжелую работу;

- влияние человеческого фактора на производство;

- влияние опасностей для персонала;

- низкий уровень промышленной автоматизации в России по сравнению с зарубежными странами и другие.

Этапы решения:

- анализ производства;

- выбор подходящих роботизированных систем;

- модернизация производства.

Определяющие параметры:

Количество осей - две оси требуются для достижения любой точки на плоскости; три оси - для достижения любой точки в пространства. Для полного контроля ориентацией конца рычага (т.е. запястья) требуются еще три оси (рыскание, тангаж и крен).

Некоторые разработки (например, SCARA робот) предоставляют модели с ограничениями в возможностях движения по стоимости, скорости и точности.

Степени свободы, которые, как правило, совпадает с количеством осей.

Рабочая зона - область пространства, которую может достичь робот.

Кинематика - фактическое расположение жестких элементов и соединений в роботе, которые определяет возможные движения робота. Классы кинематики робота включают в себя: шарнирный, декартовый, параллельный и СКАРА.

Грузоподъемность или полезная нагрузка - какой вес может поднять робот.

Скорость - как быстро робот может позиционировать концом его рычага. Скорость может подразделяться на угловую или линейную скорость каждой оси или смешанную скорость, т.е. скорость конца рычага во время движения всех осей.

Ускорение – это как быстро оси могут ускоряться. Поскольку ускорение является ограниченным параметром, робот может быть не в состоянии достичь своей максимальной заданной скорости движения на короткие расстояния или пройти по сложной траектории, требующей частых изменений направления движения.

Точность - насколько близко робот может подобраться к заданной позиции. Когда абсолютное положение робота измерено и сравнено с заданной позицией, погрешность является мерой точности. Точность может быть улучшена внешним восприятием, например, системой технического видения или инфракрасным зрением. Точность может меняться в зависимости от скорости и положения в пределах рабочей зоны, а также в зависимости от полезной нагрузки.

Повторяемость - насколько хорошо робот вернется в заданную позицию. Это не то же самое, что и точность. Вполне возможно, что, когда дали сигнал двигаться в определенную X-Y-Z позицию, робот получает эту команду лишь с точностью до 1 мм от этой позиции. Это и будет точностью, которая может быть улучшена путем калибровки. Но если эта позиция закладывается в память контроллера и каждый раз, когда она посылается туда, она возвращается в пределах 0,1 мм от запомненной позиции, тогда повторяемость будет в пределах 0,1 мм.

Что такое роботизированная промышленная сварка?

Промышленная сварка занимает центральное место в современном производстве. Почти во всех отраслях промышленности существует продукция, требующая соединения двух или нескольких материалов сваркой.

Сам объем сварочных работ вместе с опасностями, которые представляет сварочное оборудование, заставили многих посмотреть на робототехнику как на альтернативу ручной сварке.

Сегодня тысячи производителей полагаются на высокую производительность и экономию, которую они получают от промышленных сварочных роботов.

Производители полагаются на промышленных сварочных роботов для того, чтобы избегать человеческих травм.

Промышленные сварочные роботы предлагают множественные преимущества.

Преимущества

Сварочные роботы обеспечивают более высокую точность

Результаты ручной сварки могут меняться.

Сварные швы не всегда плотные и могут происходить ошибки.

Промышленные роботы запрограммированы для выполнения этой же задачи снова и снова с высокой повторяемостью и точностью.

С промышленными сварочными роботами улучшается качество сварного шва, таким образом, качество продукции тоже улучшается.

Промышленные сварочные роботы могут повысить производительность

Время цикла ручной промышленной сварки часто колеблется. Кроме того, работники должны останавливать процесс сварки, делая перерывы, уходя в отпуска и т.д.

В отличие от этого промышленные роботы способны работать 24 часа 7 дней в неделю без остановки. Они обеспечивают надежную пропускную способность и производительность.

Роботы совершенствуют сварочную рабочую зону

Ручная промышленная сварка требует тщательного внимания к деталям. Пары, тепло, искры и вспышки, образующиеся во время многих промышленных процессов сварки, могут быть опасными для здоровья работника.

Промышленные сварочные роботы способны справиться с тяжестью и опасностью сварочных работ. Эксперты по сварке по-прежнему необходимы для наблюдения за процессом сварки роботом, но с промышленными роботами, сварщикам больше не придется терпеть тяготы сварки.

Виды промышленных сварочных роботов

Роботы шарнирной конструкции

У них есть естественные человеческие движения рук, вращающиеся соединения и запястья.

Такие роботы могут двигаться на высоких скоростях и они гибкие.

Прямолинейные роботы

Они передвигаются по линейной траектории и у них отсутствует гибкость.

Они не могут подобраться к объектам на полу.

Такого рода роботы используют сгибающиеся и вращающиеся движения запястья.

Польза и выгода

Роботы также весьма продуктивны и обеспечивают финансовую прибыль.

Последовательность является одним из преимуществ использования роботов в промышленной сварке. Роботы выполняют те же задачи постоянно с таким же уровнем мастерства, которое гарантирует качество продукции.

Промышленные роботы повышают производительность, поскольку они могут работать 24 часа, семь дней в неделю без отдыха, в то время как людям требуются перерывы и отпуска.

Пары, тепло и искры делают сварку опасной работой. Использование роботов-сварщиков помогает избежать человеческих травм.

Роботы OSP 

Робот OSP предназначен для борьбы с разливами нефти в море, и мы все знаем, как вредны они могут быть для окружающей среды.

Каждый робот OSP имеет компьютерную систему, которая планирует и контролирует его движения, систему GPS и радио антенну для связи с модулями остальных роботов, шланговые разъемы для подключения к ним, панели солнечных батарей для сбора энергии, и надувные шланги, которые вытягиваются для защиты. С их небольшим размером, их можно быстро перемещать к месту на лодке или вертолете.

Роботы быстро примут развернутое состояние, объединятся и образуют надувной барьер вокруг разлива нефти, остановив его дальнейшее распространение.

Роботы OSP могут быть развернуты на вертолете или лодке и работать вместе для обрамления разлива нефти, чтобы его быстро могла удалить бригада по чистке, прежде чем это нанесет вред морю и близлежащему побережью.