Промышленные роботы сегодня используются в различных сферах жизни. Свое применения они нашли и в народном хозяйстве.

Сегодняшний робот не имеет ничего общего со своими предками и не похожи на те, которые описывали в книгах. В первый раз это устройство упоминается в книге К. Чапека «Восстание роботов». К счастью, современные роботы являются помощником человека. Они могут выполнять на производстве как основные, так и вспомогательные работы.

Введение в производство машин с искусственным интеллектом позволяет эффективно бороться с актуальными проблемами:

  • повышение качества изделий;
  • сокращение временных затрат на производство;
  • оптимизировать использование сырья для производства;
  • облегчение человеческого труда.

Активное внедрение роботов в производственные работы началось в конце 20 века в результате увеличения масштабов работ. Людям практически невозможно выпускать большие партии изделия при сохранении качества товаров. Использование в производстве роботов позволяет сократить человеческие трудозатраты. Таким образом, в рабочем цеху можно сократить количество рабочих, заменив их современными искусственными интеллектами, работающими непрерывно в течение нескольких суток.

Рекомендуем сервисный центр

На первом месте по выпуску роботов стоит Япония. В пятерке лидеров так же являются США, Германия, Швеция и Швейцария. 

Все производимые для промышленности роботы делятся на группы. Классификация зависит от способа управления:

  • автоматические манипуляторы;
  • машины, управляемые человеком дистанционно.

В 20 веке возникла потребность в роботах, но для реализации не было элементарной базы. На сегодняшний день технологии позволяют использовать роботов на производстве. Но переход на полную автоматизацию усложняется поиском инвестиций. Конечно, прибыль, принесенная, внедрением такого вида технологий окупит затраты на вложение. Введение роботов в производство не только автоматизирует труд, но и изменит условия производства и труда. Это говорит так же об эффективности выполнения труда, который является невозможным для человека по степени трудоемкости, точности, скорости и объему работу.  Например, роботы на производстве могут выполнять укладочные работы, сортировочные, работы по перемещению деталей, сборочные, сварочные работы.

Манипулятор – главная деталь робота

  В сердце робота заложен манипулятор. Он является главной деталью машины. Фактически он представляет собой систему автоматического управления (САУ), с заложенной программой, и тела, которым управляет система передвижения и механическое устройство управления. Как правило, САУ визуальна не видна, т.к. имеет небольшой размер. Рабочее тело имеет большие габариты.  Манипулятор является устройством, перемещающим в пространстве рабочие поверхности и предметы. В составе прибора находятся два звена, имеющих разный вид. Звенья первого вида отвечает за обеспечение движения поступательного характера, второго – производят угловые перемещения.

Существует множество моделей манипуляторов. Но принципиальное отличие заключается в приводе. В одних движение обеспечиваются пневматическим приводом, в других – гидравлическим. Последний является более мощным. Кроме привода, есть модели, оснащенные деталями с технологичным захватным устройством. Такой манипулятор напоминает человеческую руку. Чаще всего захватывающий механизм представлен механическими пальцами. При захвате плоских поверхностей в некоторых моделях используются присоски. При работе с одинаковыми деталями используется специальная обширная конструкция.

Встречаются так же модели манипуляторов, оснащенных оборудованием для сварки. Оно представлено технологичным пульверизатором, но встречается так же и обычные отвертки.

Перемещение робота

Существуют роботы, которые находятся в неподвижном положении. Но при выполнении некоторых видов работ устройству необходимо перемещаться. Для этого машине обычно закладывают два вида перемещения в пространстве. Перемещение зависит от «рабочего места» робота на определенном производстве. Перемещение по гладкой поверхности осуществляется с помощью направленного монорельса. Если робот работает на разных уровнях, то используются «шагающие» системы на пневматических присосках.

Робот ориентируется с помощью координат двух видов:

  • пространственные;
  • угловые.

Чаще современные машины позиционирования подобных устройств унифицированы. В их состав входят технологические блоки, позволяющие обеспечить с высокой точностью перемещение деталей, вес которых составляет от 250 кг до 4 тонн.

Конструкция робота

В виду необходимости использования роботов на многопрофильных производствах основные блоки, из которых состоит робот, разработчики стали унифицировать.

Новейшая модель робота, внедренного в промышленность, в своей конструкции имеет следующие детали:

  • Станина – используется для крепления захватывающего устройства. Такое устройство называется грейфер. Фактически представлен в виде руки. Она же и выполняет обработку.
  • Грейфер с направляющей. Направляющая помогает системе отслеживать расположения грейфера.
  • Устройства обеспечения. Они приводят, преобразовывают и передают энергию, как вращающий момент на оси. Эти устройства придают роботу потенциал движения.
  • Система, контролирующая и управляющая выполнением программ робота.
  • Система обучения новым программам.
  • Система, анализирующая информацию, которая поступает от датчиков. Такая система так же передает ее на устройств обеспечения.
  • Система позиционирования рабочей части, измеряющая позиции и перемещения по осям манипуляции.

Как создавались роботы?

Сравнив прародителей современных роботов с их потомками, внешних черт сходства можно и не заметить.   И с каждым новым поколением робототехники этих черт становится все меньше и меньше.

А началась история «семейства» промышленных роботов в далеком 1962 г. с американского робота, созданного в компании «Юнимейт Инкорпорэйтед», которая и отдала ему свое названием. Инженером, сконструировавшим этот искусственный интеллект, был Д.Девол. Промышленную машину «Юнимейт» программировали с помощью перфокарт. Робот мог запоминать координаты точек своего пути и выполнять свою работу, по заложенной программе. У него имелось двухпальцевое устройство и «рука» с пятью степенями свободы.  Двухпальцевое устройство управлялось пневмоприводом, а «рука» -гидпроприводом. В его возможности входило перемещение двенадцати килограммовой детали. Точность координат перемещения составляла 1,25 мм.

Следующий робот для внедрения в промышленность от компании «Версатран» уже мог загружать и разгружать 1200 кирпичей в час. Кирпичи необходимо было класть в печь для обжига. Для здоровья человека такой труд вреден, т.к. рабочие находились много часов в помещении с высокой температурой. Поэтому «Версатран» стал полезным внедрением в эту область. Разработка оказалась надежной и позволила хорошо зарекомендовать компанию на рынке разработок промышленных роботов. Некоторые машины того времени находятся в рабочей состоянии до сих пор и так же исправно выполняют свои функции. Время их работы за все время составило более сотни тысяч часов.

Устройство промышленных роботов этого поколения составляло 75% механики и 25% электроники. Перенастроить и перепрограммировать такие устройство было достаточно трудно. На это уходило большое количество временных ресурсов. Тем не менее на роботах заменяли программы управления, если было необходимо поменять его профиль.

Конечно, производство все набирало обороты и функций, которые автоматизировали роботы первого поколения оказалось не достаточно. На смену им пришли роботизированные машины второго поколения. Они отличались адаптивным управлением. Для внедрения первых роботов было необходимо упорядочение среды для их нормального функционирования. Но это несло расходы, которые оказались слишком высокими для предприятий. Этот фактор тормозил развитие массового производства.

На новом этапе разрабатывалось множество датчиков. С их помощью у роботов появились «чувства». Он мог вести сбор информации о внешней среде, приспосабливаться к ней и выбирать оптимальный алгоритм действий. Примером новых возможностей роботизированных машин второго поколения является возможность перемещения деталей с обходом препятствий. Робот производил микропроцессорную обработку информации о среде, в которую он был помещен, и по полученным данным выбирал маршрут, по которому надо двигаться. Адаптировались и производственные работы. При выполнении их появилась многовариативность. Это позволило улучшить качество проделанной работы. Управляли такими роботами с помощью программ.  Функции управления роботом осуществляли промышленные компьютеры PC/104 или MicroPC.

Адаптивное управление обуславливается многовариативностью программного обеспечения. Решение о том, какой тип работы в этом случае нужно выбрать, робот принимает самостоятельно, руководствуясь полученной информацией от детекторов.

Главная черта, отличающая роботов второго поколения, -  наличие режимов работы, которые были предварительно установлены. Они активируются при достижении определенных показателей. Показатели робот получает при оценке внешней среды.

Прогресс не стоит на месте, и появляется третье поколение – роботы-автоматы. Промышленных роботов третьего поколения называют интеллектуальными. Они сами генерируют программу действий на основе задачи и условий среды. Появляется умение строить алгоритмы работы и оперативно реализовать их. Теперь стоимость электроники заметно превышает стоимость механической части робота.

Захват осуществляется с помощью сенсоров. Появилась способность анализировать произведенное действие и корректировать его в случае обнаружения ошибок. Робот сам регулирует силу захвата, определяя прочность материала, из которого изготовлен предмет.

В качестве «мозга» устройства выступает система управления. В третьем поколении роботов характерной чертой является регулирование действий по средствам искусственного интеллекта, который задается машинам с помощью пакета программ, программируемых контроллеров и инструментов моделирования. При внедрении в производство промышленных роботов их объединяют в сеть, тем самым обеспечивается необходимый уровень взаимодействия человека и машины.

Рекомендуем сервисный центр

Также в новом поколении искусственный интеллект выбирает оптимальные действия и конфигурации подключения в сеть. Выполнение этого действия обусловлено наличием инструментов прогнозирования приборов.

Лидеры по производству роботов

На сегодняшний день проблема внедрения роботов является так же актуальной. С каждым днем необходимо выполнять все новые и новые задачи. Поэтому мировые державы развивают робототехнику, как науку.

Лидерами по выпуску роботов для промышленности являются:

Япония. Роботов производят фирмы Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic.

Американские. Известными американскими фирмами по разработке искуственных интеллектов являются KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation.

Германия. Одна из наиболее успешных фирм – Kuka.

Новейшей разработкой японской фирмы Fanuc стал самый быстрый из существующих сегодня дельта-робот M-1iA. Он относится к разряду машин- упаковщиков. Из серийников-роботов компания выпустила M-2000iA, отличающегося своей силой. Так же компания представила разработку уже признанную во всем мире в категории роботов, выполняющих работу сварщика, -  ArcMate.

Продукция компании Kuka так же популярна и широко используется на промышленных предприятиях. Их устройства отличаются повышенной точностью и предназначены для различных работ. Они могут выполнять действия из разных категорий: обрабатывать изделие, сваривать детали, собирать их, упаковывать, выполнять разгрузку.

Большой выбор моделей предлагает компания Motoman. В основном она делает поставки на рынок США. По мимо робототехники, компания обеспечивает американские производственные компании интегрированными решениями. Большая часть роботов, которые сейчас активно эксплуатируют американские производства, принадлежат марке этой фирмы.

Другие компании, занимающиеся разработкой и выпуском робототехники вынуждены из-за высокой конкуренции изготавливать продукцию более узкой направленности.

Так, компания Panasonic занимается поставкой роботов-сварщиков.

Автоматизированное производство                

             Вначале роботов внедряли по жесткому линейному принципу. Но в условиях высокой скорости цикла производства при организации по такому принципу возникают сбои в работе, а следовательно устройство простаивает.

              На смену этому принципу стала использоваться роторная технология. Работа была организована таким способом, что по кругу двигалась автоматизированная линия с деталью, которую она обрабатывала. Таким образом функции дублировались и сбоев не возникало. Но при  этом способе приходилось жертвовать скоростью производства.

                В конечно итоге разработчиками было найдено решение проблем двух способов. Предложением стало объединение их в один и принцип стал называться роторно-конвейерным.

                  Элемент гибкого автоматического производства

                   Машины – роботы нашего времени способны перенастраиваться, качественно и эффективно выполнять свои «обязанности», а так же функционировать самостоятельно с помощью своей оснастки при обработке материалов и заготовок. Они могут работать, как в пределах одной программы, так и варьировать работу, выбирать нужные алгоритмы из базы заложенных в зависимости от назначения устройства.    

                     Современный робот – лишь один элемент, входящий в состав гибкого автоматизированного производства (ГАП). Эта система содержит элементы:

  • систему автоматизированного-проектирования;
  • комплексы автоматизированного управления технологическим оснащением производства;
  • группа промышленных роботов;
  • производственный транспорт, управляемый автоматически;
  • устройства, выполняющие работу загрузки и выгрузки товара;
  • устройства, размещающие товар;
  • системы, производящие контроль над производственными технологическими процессами;
  • системы, осуществляющие автоматическое управление производством.

               Практическое применение роботов

                Роботы нового поколения активно применяются в современной промышленности, обеспечивая высокую производительность, помогая достигнуть стратегических целей предприятий. Такие страны, как Германия, наращивают свой потенциал, автоматизируя свою работу внедрением машин.

         Модели имеют существенные различия по своим функциям, устройству, специфике работы. Свое применение они нашли в разных сферах промышленности. Каким образом работают роботы?

            В производстве металлообработки автоматизированы почти все процессы: литье, сварка, ковка. Замена человеческого труда на машинный позволила в десятки раз увеличить прирост прибыли, так же роботы оградили человека от труда, наносящий вред здоровью.

В пищевой промышленности также можно найти роботов фирмы Kuka. Они так же выполняют работу в условиях, непосильных для человека. Очень полезны устройства, поддерживающие определенный уровень температуры в нагревающихся помещениях. Они способны охлаждать воздух или нагревать его до температуры, комфортной человеку.

Так же роботы используются в обработки мяса, производстве продуктов, сделанных из молока, роботы – упаковщики. Как правило фирмы для увеличения срока службы данных устройств изготавливают детали из нержавеющей стали.

Автомобилестроение так же использует труд интеллектуальных машин. В этой сфере так же работают роботы фирмы Kuka. Они способны выполнять все операции по автосборке автомобилей.

Рекомендуем сервисный центр

Так же не стоит забывать о таких работах, как обработка пластмасс, пластика, изготовление деталей из токсичных материалов.  

Так же автоматизированные машины распространены в деревообработке. Роботы способны выполнять изготовление одинаковых деревянных деталей по алгоритмы образца, заложенному в программе, а так же моделировать свой алгоритм, если необходимо вырезать деталь нестандартной формы. Спектр работ может быть различным – первичная обработка материала, распил, фрезеровка, сверление, шлифовка. 
             Стоимость

Самыми востребованными на отечественном рынке и рынках стран партнеров являются роботы  фирмKuka и Fanuc. Их стоимость зависит от новизны модели, функций, которые она выполняет, сферы применения. Цена может составлять от 25 000 рублей до 800 000 рублей.

На такое колебание цены так же влияет грузоподъемность машины, способность решать специальные задачи.

Подведение итогов

Робототехника и производство роботов для промышленности является перспективным направлением. Однако еще не все сферы производственной деятельности автоматизированы в полном объеме. В виду нехватки инвестиций или того, что существующие роботы пока не в полной мере овладели необходимыми навыками. Но развитие новых технологий позволяет говорить о том, что в скором времени появятся роботы, способные выполнять работу любого уровня сложности. Мировое хозяйство все увеличивает обороты производства и все больше возникает потребностей в создании новых моделей или улучшении существующих промышленных роботов.