Список тематических статей

Роботы

Понятие и общие сведения

Слово «робот» происходит от чешского robot, однокоренного со словом robota, и в современном понимании означает автоматическое устройство или систему для производства механических движений операций, работающее по заданной программе. Их, особенно в индустрии, часто называют словом «манипутятор».

Робот способен без посторонней помощи производить различные движения и прочие манипуляции, сходные в теми, что делает человек вручную и, таким образом, частично заменяя человеческую рабочую силу.

Отметим, что он может либо управляться оператором по каналам связи при помощи различных команд, либо работать по программе автономно. В первом случае речь идет о ручном управлении роботом, во втором – об автоматическом управлении.

По своим сферам применения роботы варьируются очень широко, причем постоянно находятся новые и новые области их применения. Наиболее известные «футуристические» похожие на человека или антропоморфные роботы пока применяются в основном в увеселительных целях. Большое количество таких устройств используется для решения узкоспециальных прикладных задач. Подавляющее же большинство роботов-манипуляторов используется в промышленности в самых разнообразных отраслях (см. следующую главу). Точно также варьируется и их внешний вид, и внутреннее устройство.

Рис.1 Механизм от компании BostonDynamics

Индустриальная робототехника берет свое начало в 1950-х годах, во второй половине которых началось серийное изготовление роботов. В 1961 году был получен первый патент. Существенный скачок в области разработки промышленных манипуляторов произошел в 1960-70-х годах, когда была создана первая антропоморфная система типа «рука», ставшее пионером среди современных 6-осевых роботов.

Промышленные роботы

Типичный промышленный или индустриальный робот описан в российском ГОСТ 25686, в котором он определяется как автоматический механизм, состоящий из устройства в виде манипулятора и устройства программного управления. Собственно промышленный робот предназначен для выполнения в индустриальных процессах двигательных и управляющих функций и их применение является полноценной или частичной заменой ручного труда человека.

Промышленный манипулятор используется для осуществления функций управления, перемещения и движения в технологических процессах производства. Широко известно, что он не подвержены усталости, может работать 24 часа в сутки без перерывов и участия человека, не болеет и т.д.

При использовании индустриальных роботов, как правило повышается производительность и точность технологических операций, практически исключаются ошибки, снижается уровень брака.

Промышленные роботы по своей конструкции могут серьезно отличаться, т.к. всё зависит от задач, которые поставлены перед ними. Несмотря на то, что в настоящий момент самыми распространенными видами промышленных роботов являются 5-6-осевые манипуляторы типа «рука» на серво- или шаговых двигателях, существуют еще несколько популярных разновидностей индустриальных устройств, например:

- простой пневматический аппарат (например, для удаления пластикового литника),

- линейный 3-х и 4-х осевой робот,

- устройство типа SCARA,

- дельта-робот,

- прочие.

Рис.2. Простейший пневматический автомат

Наиболее распространенный 6-осевой робот-манипулятор обычно изготовлен из шести сегментов. Каждый «сустав» приводится в движение своим серводвигателем, за управление каждым из которых отвечает собственный серводрайвер. В некоторых промышленных роботах для не ответственных применений вместо сервомоторов могут использоваться пневматические или гидравлические элементы, чаще это пневмоцилиндры. В частности, они до сих пор были распространены в трехосевых линейных роботах, однако, с удешевлением серводвигателей, низкоточные пневматические цилиндры быстро уходят в прошлое.

Основной плюс сервомоторов и их предвестников в первых промышленных роботах - шаговых двигателей – это очень высокая точность их перемещений. При этом недорогие шаговые двигатели выигрывали большей мощностью при небольших размерах, но почти повсеместно они были вытеснены современными серводвигателями ввиду того, что последние могут развивать гораздо более высокие скорости работы при сопоставимой точности.

Манипулятор любой конструкции обычно снабжается захватывающим или другим рабочим устройством, имеющим различную конструкцию в зависимости от назначения робото-системы. Это может быть держатель электрода в случае, если робот предназначен для сварки, захват для металлорежущего или слесарного инструмента, «гриппер» с вакуумными присосками и различными зацепами и прищепками для выемки изделий из прессформы и т.д. Продвинутый робот может оперировать несколькими рабочими элементами, которые он может сами менять при необходимости.

Рис.3. Scara-robot

Индустриальные роботы обычно крепятся к жесткому основанию, например непосредственно на станок или другое технологическое оборудование, либо на собственную станину, а при больших размерах – непосредственно на пол. Они могут и перемещаться, например по специальному рельсовому пути, смонтированному в полу или на определенной высоте. Как правило, индустриальный робот питается от заводской электрической сети, однако существуют и автономные варианты работы на аккумуляторах.

Некоторые, но далеко не все, области применения роботов в промышленности:

- контактная и электродуговая сварка,

- плазменная резка,

- окраска и нанесение покрытий,

- литьё металлов,

- переработка пластмасс (см. следующую главу),

- погрузочно-разгрузочные работы,

- контактная и бесконтактная постобработка продуктов,

- транспортировка продукции,

- маркировка и упаковка,

- смена и подача инструментов,

- раскрой материалов и заготовок,

- контрольные и измерительные манипуляции,

- выкладка изделий,

- сборка и подготовка конструкций.

Использование в переработке пластмасс

В индустрии пластмасс промышленные роботы нашли широкое применение главным образом при выпуске продукции методами литья под давлением, выдувного формования, прессования, термоформования и т.п.

В самом популярном методе изготовления пластмассовых деталей – литье под давлением индустриальные роботы прочно застолбили свое место. В современном мире уже достаточно непросто найти серьезное предприятие, где в арсенале нет хотя бы самых простых трехосевых манипуляторов. Робот в литье пластмасс применяется для:

- установки в формы закладных элементов, а также этикеток для декорирования в форме по технологиям IML и IMD;

- выемки деталей из пресс-форм;

- постобработки литьевого продукта, например удаления литника;

- закладки готовых изделий на средства дальнейшего контроля и маркировки;

- сборки готовых продуктов из литьевых полуфабрикатов и сторонних компонентов;

- упаковки и окончательной маркировки продукции.

В области литья пластмасс под давлением на термопластавтоматах чаще всего достаточно недорогих линейных 3-х осевых промышленных роботов. В случае одновременного извлечения изделия и закладки этикетки или других операций иногда используют роботов с двумя вертикальными осями, т.н. 4-осевой линейный робот. Также при литье используют и полноценные 6-осевые манипуляторы. Это происходит в случае, если термопластавтомат и отливаемый продукт очень велики и громоздки для линейных машин, либо если возможностей линейного робота недостаточно для всего спектра операций, производимых с продуктом. Яркий пример использования 6-осевого робота при литье пластмасс – выпуск больших мусорных баков, при котором он вынимает огромное изделие из формы, проводит его обработку, устанавливает на станцию до-охлаждения, снимает продукт с этой станции и укладывает в штабель. Робот при литье пластмасс чаще всего взаимодействует с литьевыми машинами (ТПА) по протоколам, описанным в стандартах EuroMAP 12 и EuroMAP 67.

При использовании технологии прессовании пластмассовых изделий (как правило из реактопластов) использование индустриальных роботов позволяет снизить количество обслуживающего персонала оборудования. Это тем более важно, т.к. работа при прессовании ведется в неблагоприятных условиях, включающих опасную с точки зрения охраны труда операцию ручного съема готовой продукции из нагретых зачастую до температур порядка 200 градусов С прессформ. Также использование робота при прессовании пластмасс позволяет повысить качество изделий, снизить долю брака и отходов, ускорить процессы производства, использовать более активные каталитические системы отверждения и ускорители, проводить прессование при более широком интервале температур, то есть улучшить технологические возможности и т.д.

При термоформовании промышленные манипуляторы довольно активно применяются для раскроя листовых заготовок, помещение их в пресс-форму, а также для их выемки из формы с укладкой в определенном порядке. Кроме этого, робот подходит для манипуляций со съемными нагревателями термоформовочных машин и дальнейшей пост-обработки пневмо- или вакуумформованных продуктов.

В выдувном формовании (при экструзии с раздувом и инжекции с выдувом) роботы используются для выемки продукта из пресс-форм; удаления грата и облоя; маркировки, упаковки и складирования продукции. Также их можно применять при внутреннем транспортировании продукции.

Важнейшие производители и интеграторы

В реалиях современного рынка индустриальный робот выбирается исходя как из поставленной задачи, так и имени производителя оборудования и, что немаловажно, от опыта и компетенций компании-интегратора. Иногда, при простой задаче, например приобретения промышленного робота для удаления литника или линейного 3-х осевого устройства достаточно просто приобрести его и установить силами предприятия. Однако, при чуть более сложной задаче, рекомендуется использовать компанию-интегратор, которая должна иметь весомый инженерный потенциал и желательно собственное производство в стране заказчика для тестирования и адаптации решений по автоматизации.

1.   

2.    1. KUKA

Фирма из Германии основана еще в 19 веке в 1898 году и является пионером в области полноценных промышленных роботов и манипуляторов. В 1956 году компания KUKA изготовила первую автоматическую сварочную установку, а также первую линию многоточечной сварки для автопроизводителя Volkswagen AG. Также KUKA изготовила первую автоматическую поточную линию, а собственно выпуск 6-осевых роботов KUKA начала в 1973 году.

В 2007 году был впервые показан промышленный аппарат с грузоподъемностью свыше 1 тонны. Линейка оборудования KUKA одна из самых длинных в мире. Эти машины по-прежнему широко применяются по всему миру, в том числе в Европе и Америке, несмотря на то что несколько лет назад владельцем KUKA стала китайская компания. Среди прочих продукция фирмы любима интеграторами из России и стран СНГ.

1.   

2.   2. FANUC

Японская компания FANUC существует с 1956 года как разработчик систем числового программного управления станков. Помимо роботов предприятие успешно выпускает целый спектр различного промышленного оборудования, в том числе станки для обработки металлов и машины для литья пластмасс под давлением под маркой ROBOSHOT. Несколько лет назад FANUC открыла собственное представительство в Москве. Робот FANUC также популярен среди многих российских интеграторов промавтоматизации. Японская компания выпускает и большие манипуляторы, в том числе рекордной грузоподъемности, способный работать с грузами до 2300 кг.

1.   

2.   3. Прочие производители

Международная швейцарско-шведская компания АВВ является крупнейшей в производстве электротехнического и электросетевого оборудования. Кроме этого, она выпускает промышленную автоматизацию, в частности выпускает 6-осевые манипуляторы как правило небольшого размера.

Еще одна швейцарская фирма Staubli известна своими продуктами в трех сферах: быстроразъемные соединения труб и шлангов, роботы-манипуляторы и текстильного оборудования. В сфере робототехники Staubli выпускает SCARA и 6-осевые роботы также небольшого размера.

Итальянская компания Comau входит в автомобильный холдинг Fiat-Chrysler. Она выпускает роботы грузоподъемностью до 800 кг как для своей группы, так и для сторонних клиентов для использования в областях применения типичных для 6-осевых устройств.

Universal Robots – молодая компания из Дании, которая выпускает небольшие и недорогие манипуляторы, призванные заменить необоснованно дорогие машины в малых и средних предприятиях. На последние годы компания выпустила несколько моделей своих роботов. Имеет представительство в России.

Японская Группа Yaskawa Electric существует более 100 лет и разрабатывает системы управления движением, производит сервомоторы, инвертеры, контроллеры и прочие компоненты систем автоматизации, а также промышленные манипутяторы разных видов и размеров под маркой MOTOMAN.

Японская NACHI выпускает электронику, роботы-манипуляторы, точные станки, режущий инструмент, и прочие продукты и оборудование. Линейка роботов NACHI достаточно широка и включает манипуляторы всех размеров, в том числе нестандартные решения.

1.   

2.   4. Российский интегратор YUDIX

Компания «Юдикс» изначально много лет работала как представительство южнокорейской группы YUDO, производящей в том числе большой ассортимент линейных роботов. В дальнейшем компанией был освоен выпуск всех видов промышленных роботов в ЮВА под собственной маркой YUDIX, в том числе высокоточных 6-осевых, линейных, манипуляторов типа SCARA, дельта-роботов. Сейчас «Юдикс» специализируется на реализации низко- и среднебюджетных проектов в области автоматизации производств.

Рис.4. Продукт от YUDIX на выставке «Интерпластика 2020»

«Юдикс» имеет две собственные площадки в Подмосковье, на одной из них развернуто изготовление и нестандартной автоматизации, в том числе комплектных производственных линий с использованием роботов YUDIX. На второй площадке расположено полноценный цех по литью пластмасс, на котором возможно долговременное тестирование средств автоматизации и контрактное производство.