Robot industrial. Robots en producció. Autòmats-robots

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Aquests dispositius estan especialment demandats avui a l'economia nacional. Un robot industrial, poc semblant al seu prototip del llibre Rise of the Robots de K. Chapek, no alimenta gens idees revolucionàries. Al contrari, realitza a consciència, i amb gran precisió, tant els principals processos de producció (muntatge, soldadura, pintat) com els auxiliars (càrrega i descàrrega, fixació del producte durant la fabricació, moviment).

L'ús d'aquestes màquines "intel·ligents" contribueix a la solució efectiva de tres problemes principals de producció:

• millorar la productivitat laboral;
• millorar les condicions laborals de les persones;
• optimitzar l'ús dels recursos humans.

Els robots industrials són una creació de la producció a gran escala

Els robots en producció es van estendre massivament a finals del segle XX a causa d'un augment important de la producció industrial. Grans sèries de productes han fet que calgui la intensitat i la qualitat d'aquest treball, el rendiment del qual supera les capacitats humanes objectives. En lloc d'emprar milers de treballadors qualificats, funcionen fàbriques tecnològiques modernesnombroses línies automàtiques d' alt rendiment que funcionen en cicles intermitents o continus.

Els líders en el desenvolupament d'aquestes tecnologies, que declaren l'ús generalitzat de robots industrials, són el Japó, els EUA, Alemanya, Suècia i Suïssa. Els robots industrials moderns fabricats als països anteriors es divideixen en dos grans grups. Els seus tipus estan determinats per la pertinença a dos mètodes de gestió fonamentalment diferents:

• manipuladors automàtics;
• dispositius controlats a distància per un humà.

Per a què serveixen?

La necessitat de la seva creació es va començar a discutir a principis del segle XX. No obstant això, en aquell moment no hi havia cap element base per a l'execució del pla. Avui, seguint els dictats dels temps, les màquines robòtiques s'utilitzen en la majoria de les indústries tecnològicament més avançades.

Lamentablement, el reequipament d'indústries senceres amb aquestes màquines "intel·ligents" es veu obstaculitzat per la manca d'inversió. Encara que els beneficis d'utilitzar-los superen clarament els costos monetaris inicials, perquè ens permeten parlar no només i no tant d'automatització, sinó de canvis profunds en l'àmbit de la producció i el treball.

La utilització de robots industrials ha permès realitzar amb més eficàcia treballs que van més enllà de la força humana pel que fa a la intensitat i precisió del treball: càrrega/descàrrega, apilament, classificació, orientació de peces; traslladar peces en blanc d'un robot a un altre i productes acabats a un magatzem; soldadura per punts i soldadura de costura; muntatge de peces mecàniques i electròniques; posada de cables; tallespais en blanc al llarg d'un contorn complex.

Manipulador com a part d'un robot industrial

Funcionalment, aquesta màquina "intel·ligent" consta d'un ACS reprogramable (sistema de control automàtic) i un cos de treball (sistema de desplaçament i un manipulador mecànic). Si l'ACS sol ser bastant compacte, visualment ocult i no crida l'atenció immediatament, el cos de treball té un aspecte tan característic que sovint s'anomena un robot industrial de la següent manera: "robot-manipulador".

Per definició, un manipulador és un dispositiu que mou superfícies de treball i objectes de treball a l'espai. Aquests dispositius consten de dos tipus d'enllaços. Els primers proporcionen un moviment progressiu. El segon és el desplaçament angular. Aquests enllaços estàndard utilitzen accionament pneumàtic o hidràulic (més potent) per al seu moviment.

El manipulador, creat per analogia amb la mà humana, està equipat amb un dispositiu de presa tecnològic per treballar amb peces. En diversos dispositius d'aquest tipus, l'adherència directa es realitzava amb més freqüència mitjançant dits mecànics. Quan es treballava amb superfícies planes, els objectes es capturaven amb ventoses mecàniques.

Si el manipulador havia de treballar simultàniament amb moltes peces similars, la captura es va dur a terme gràcies a un disseny especial i extens.

En lloc d'una pinça, un manipulador sovint està equipat amb un equip de soldadura mòbil, una pistola de polvorització tecnològica especial o simplementtornavís.

Com es mou el robot

Els robots autòmats solen adaptar-se a dos tipus de moviment a l'espai (tot i que alguns d'ells es poden anomenar estacionaris). Depèn de les condicions d'una producció concreta. Si cal garantir el moviment sobre una superfície llisa, s'implementa amb un monorail direccional. Si s'exigeix treballar a diferents nivells, s'utilitzen sistemes "de caminar" amb ventoses pneumàtiques. Un robot en moviment està perfectament orientat tant en coordenades espacials com angulars. Els dispositius de posicionament moderns d'aquests dispositius estan unificats, consten de blocs tecnològics i permeten el moviment d' alta precisió de peces de treball amb un pes de 250 a 4000 kg.

Disseny

L'ús de les màquines automatitzades en qüestió precisament en indústries multidisciplinàries va comportar una certa unificació dels seus principals blocs constitutius. Els manipuladors robòtics industrials moderns tenen en el seu disseny:

• el marc que s'utilitza per subjectar el dispositiu de presa de peces (agafar), una mena de "mà" que realment realitza el processament;
• agafar amb una guia (aquesta última determina la posició de la "mà" a l'espai);
• dispositius de suport que condueixen, converteixen i transmeten energia en forma de parell a l'eix (gràcies a ells, el robot industrial rep el potencial de moviment);
• sistema de seguiment i gestió de la implementació dels programes que se li assignin; acceptació de nous programes; anàlisi de la informació procedent dels sensors i, en conseqüència,transferir-lo a dispositius subministradors;
• sistema de posicionament de la peça de treball, mesura de posicions i moviments al llarg dels eixos de manipulació.

L'alba dels robots industrials

Tornem al passat recent i recordem com va començar la història de la creació de màquines automàtiques industrials. Els primers robots van aparèixer als EUA l'any 1962 i van ser produïts per Union Incorporated i Versatran. Encara que, per ser exactes, tanmateix van llançar el robot industrial Unimate, creat per l'enginyer nord-americà D. Devol, que va patentar les seves pròpies armes autopropulsades programades amb targetes perforades. Va ser un avenç tècnic evident: les màquines "intel·ligents" recordaven les coordenades dels waypoints de la seva ruta i feien el treball segons el programa.

El primer robot industrial de l'Unimate estava equipat amb una pinça de dos dits accionada pneumàticament i un braç accionat hidràulicament de cinc graus de llibertat. Les seves característiques van permetre moure una peça de 12 kg amb una precisió d'1,25 mm.

Un altre braç robòtic Versatran, fabricat per l'empresa del mateix nom, carregava i descarregava 1.200 maons per hora en un forn. Va substituir amb èxit el treball de les persones en un entorn nociu per a la seva salut amb una temperatura elevada. La idea de la seva creació va resultar ser molt reeixida, i el disseny és tan fiable que algunes màquines d'aquesta marca continuen funcionant en els nostres temps. I això malgrat que el seu recurs superava els centenars de milers d'hores.

Tingueu en compte que la primera generació de robots industrials apel que fa al valor, suposava un 75% de mecànica i un 25% d'electrònica. El reajustament d'aquests dispositius va requerir temps i va provocar temps d'inactivitat dels equips. Per reutilitzar-los per realitzar treballs nous, es va substituir el programa de control.

Màquines robot de segona generació

Aviat es va fer evident: malgrat tots els avantatges, les màquines de la primera generació van resultar imperfectes… La segona generació va assumir un control més subtil dels robots industrials: adaptatius. Els primers dispositius requerien ordenar l'entorn on treballaven. Aquesta darrera circumstància sovint suposava uns costos addicionals elevats. Això s'estava tornant fonamental per al desenvolupament de la producció en massa.

La nova etapa de progrés es va caracteritzar pel desenvolupament de molts sensors. Amb la seva ajuda, el robot va rebre una qualitat anomenada "sentiment". Va començar a rebre informació sobre l'entorn extern i, d'acord amb això, va triar el millor curs d'actuació. Per exemple, va adquirir habilitats que li permeten participar i evitar un obstacle amb ella. Aquesta acció es produeix a causa del processament del microprocessador de la informació rebuda, que a més, introduïda en les variables dels programes de control, és guiada pels robots.

Els tipus d'operacions bàsiques de producció (soldadura, pintura, muntatge, diversos tipus de mecanitzat) també estan subjectes a adaptació. És a dir, en realitzar cadascun d'ells, s'inicia la multivariància per millorar la qualitat de qualsevol tipus de les obres anteriors.

Els manipuladors industrials estan controlats principalment per programari. Maquinari de controlles funcions són mini-ordinadors industrials PC/104 o MicroPC. Tingueu en compte que el control adaptatiu es basa en programari multivariant. A més, la decisió sobre l'elecció del tipus d'operació del programa la pren el robot a partir de la informació sobre l'entorn descrita pels detectors.

Una característica del funcionament del robot de segona generació és la presència preliminar de modes de funcionament establerts, cadascun dels quals s'activa a determinats indicadors obtinguts de l'entorn extern.

Tercera generació de robots

Els robots automàtics de tercera generació són capaços de generar de manera independent un programa de les seves accions, en funció de la tasca i de les circumstàncies de l'entorn extern. No tenen "cheat sheets", és a dir, accions tecnològiques pintades per a determinades variants de l'entorn extern. Tenen la capacitat de construir de manera òptima l'algoritme del seu treball, així com d'implementar-lo ràpidament a la pràctica. El cost de l'electrònica d'aquest robot industrial és deu vegades més gran que la seva part mecànica.

El robot més nou, que captura una peça gràcies als sensors, "sap" com ho ha fet. A més, la força de presa en si (retroalimentació de força) es regula en funció de la fragilitat del material de la peça. Potser per això el dispositiu de la nova generació de robots industrials s'anomena intel·ligent.

Com enteneu, el "cervell" d'aquest dispositiu és el seu sistema de control. El més prometedor és la regulació realitzada segons els mètodes artificialsintel·ligència.

La intel·ligència a aquestes màquines la donen paquets d'aplicacions, controladors lògics programables, eines de modelatge. En producció, els robots industrials estan connectats en xarxa, proporcionant el nivell adequat d'interacció entre el sistema home-màquina. Així mateix, s'han desenvolupat eines per predir el funcionament d'aquests dispositius en el futur gràcies al programari de simulació implementat, que permet triar les millors opcions d'acció i configuracions de connexió de xarxa.

Les companyies de robots líders del món

Avui, l'ús de robots industrials el proporcionen empreses líders, com ara japoneses (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), americanes (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), alemanyes (Kuka).

Per què són famoses aquestes empreses al món? Els actius de Fanuc inclouen el robot delta M-1iA més ràpid fins ara (aquestes màquines s'utilitzen normalment per a l'embalatge), el més fort dels robots en sèrie: M-2000iA, robots de soldadura ArcMate reconeguts a tot el món.

Els robots industrials produïts per Kuka no tenen menys demanda. Aquestes màquines realitzen processament, soldadura, muntatge, embalatge, paletització, càrrega amb precisió alemanya.

També impressionant és la gamma de productes de l'empresa japonesa nord-americana Motoman (Yaskawa), que opera al mercat nord-americà: 175 models de robots industrials, així com més de 40 solucions integrades. Els robots industrials utilitzats en la producció als EUA estan fabricats principalment per aquest líder del sectorempresa.

La majoria de les altres empreses que representem omplen el seu nínxol mitjançant la fabricació d'una gamma més estreta d'instruments especialitzats. Per exemple, Daihen i Panasonic produeixen robots de soldadura.

Mètodes d'organització de la producció automatitzada

Si parlem de l'organització de la producció automatitzada, al principi es va implementar un principi lineal rígid. Tanmateix, a una velocitat prou alta del cicle de producció, té un inconvenient important: temps d'inactivitat a causa de fallades. Com a alternativa, es va inventar la tecnologia rotativa. Amb aquesta organització de la producció, tant la peça de treball com la pròpia línia automatitzada (robots) es mouen en cercle. Les màquines en aquest cas poden duplicar funcions, i les fallades estan pràcticament excloses. Tanmateix, en aquest cas, es perd velocitat. L'organització ideal del procés és un híbrid dels dos anteriors. S'anomena transportador rotatiu.

Robot industrial com a element de producció automàtica flexible

Els dispositius "intel·ligents" moderns es reconfiguren ràpidament, són altament productius i treballen de manera independent amb els seus equips, materials de processament i peces. Depenent de les especificitats d'ús, poden funcionar tant en el marc d'un programa com variant el seu treball, és a dir, escollint l'adequat entre un nombre fix de programes proporcionats.

El robot industrial és un element constituent de la producció automatitzada flexible (abreviatura generalment acceptada - GAP). Darrertambé inclou:

• sistema de disseny assistit per ordinador;
• complex de control automatitzat d'equips tecnològics de producció;
• braços robòtics industrials;
• Transport automàtic de producció;
• dispositius de càrrega/descàrrega i col·locació;
• sistemes de control de processos de fabricació;
• control automàtic de la producció.

Més informació sobre la pràctica de l'ús de robots

Les aplicacions industrials reals són robots moderns. Els seus tipus són diferents i proporcionen una alta productivitat en àrees de la indústria estratègicament importants. En particular, l'economia alemanya moderna deu gran part del seu potencial creixent a la seva aplicació. En quines indústries treballen aquests "treballadors del ferro"? En el treball del metall, funcionen en gairebé tots els processos: fosa, soldadura, forja, proporcionant el màxim nivell de qualitat de treball.

Com a indústria amb condicions extremes per al treball humà (és a dir, altes temperatures i contaminació), la fosa està en gran part robotitzada. Les màquines de Kuka es munten fins i tot a les foneries.

La indústria alimentària també va rebre equips per a la producció de Kuka. Els "robots alimentaris" (les fotos es presenten a l'article) substitueixen majoritàriament persones en zones amb condicions especials. Distribuït en la producció de màquines que proporcionen un microclima en habitacions climatitzades ambtemperatura no superior a 30 graus centígrads. Els robots d'acer inoxidable processen magistralment la carn, participen en l'elaboració de productes lactis i, per descomptat, apilen i envasen els productes d'una manera òptima.

És difícil sobreestimar la contribució d'aquests dispositius a la indústria de l'automòbil. Segons els experts, les màquines més potents i productives actuals són precisament els robots "Cook". Les fotos d'aquests dispositius que duen a terme tota la gamma d'operacions de muntatge automàtic són impressionants. Al mateix temps, és el moment de parlar de producció automatitzada.

El processament de plàstics, la producció de plàstics, la fabricació de les peces més complexes a partir de diversos materials es fa mitjançant robots en producció en un entorn contaminat que és realment perjudicial per a la salut humana.

Una altra àrea important d'aplicació dels àrids "Cook" és la fusteria. A més, els dispositius descrits proporcionen tant el compliment de comandes individuals com l'establiment d'una producció massiva a gran escala en totes les etapes, des del processament primari i el serrat fins al fresat, la perforació i la mòlta.

Preus

Actualment, els robots fabricats per Kuka i Fanuc tenen una demanda als mercats de Rússia i de la CEI. Els seus preus oscil·len entre els 25.000 i els 800.000 rubles. Aquesta diferència tan impressionant s'explica per l'existència de diversos models: estàndard de baixa capacitat (5-15 kg), especial (resolució de tasques especials), especialitzat (treballar en un entorn no estàndard), de gran capacitat (fins a 4000 tones).).

Conclusions

S'ha de reconèixer que el potencial dels robots industrials encara no s'aprofita del tot. Al mateix temps, gràcies a l'esforç d'especialistes, les tecnologies modernes permeten implementar idees cada cop més atrevides.

La necessitat d'augmentar la productivitat de l'economia mundial i maximitzar la quota de treball humà intel·lectual serveix com a poderosos incentius per al desenvolupament de cada cop més nous tipus i modificacions de robots industrials.