Промислові роботи: що це? Види та використання промислових роботів

Що таке промислові роботи?

Промислові роботи – це автоматизовані механічні пристрої, запрограмовані для виконання складних виробничих операцій із високою точністю та швидкістю. Вони замінюють або допомагають людям у виконанні монотонних, небезпечних чи надто чітких завдань. Використовуються для підвищення ефективності, точності та безпеки у виробничих процесах.

Промисловий робот виконує переміщення деталей в упаковці

Промислові роботи виконують широкий спектр завдань, головним чином пов'язаних із повторюваними, точними чи небезпечними процесами на виробництві. Вони працюють у виробництві, логістиці, медицині та інших галузях.

Види промислових роботів та їх пристрій

Класифікація промислових роботів має багато позицій: за кількістю маніпуляторів; характером виконуваних операцій; рівнем спеціалізації; сферою застосування; типом системи координат; кількістю ступенів волі; вантажопідйомністю; способом встановлення на робочому місці; мобільністю; типом силового приводу; класом точності; видом управління; типом руху окремих ступенів свободи; типом виконання. Розглянемо найголовніші з цих показників.

Види за кількістю маніпуляторів

1. Одноманіпуляторні роботи. Мають один робочий орган (наприклад "рука" з інструментом). Наприклад, FANUC ARC Mate (зварювальний), ABB IRB 5500 (фарбувальний).
2. Двоманіпуляторні роботи. Оснащені двома незалежними (іноді залежними) "руками". Можуть працювати одночасно над одним завданням. Наприклад, Yaskawa Motoman Dual-Arm. В автомобільній промисловості часто використовуються двоманіпуляторні роботи для одночасного зварювання кузова з двох сторін - це скорочує час виробництва на 30-50%.
3. Багатоманіпуляторні системи (3+ маніпулятори). Використовуються для масштабних ліній виробництва. Кожен маніпулятор виконує свою операцію у найсуворішій послідовності. Наприклад, KUKA Robocoaster (синхронна робота кількох "рук").

Види за ступенем спеціалізації

1. Універсальні (неспеціалізовані) роботи. Можуть виконувати широкий спектр операцій завдяки змінним інструментам, які часто мають 6+ ступенів свободи. Вони мають гнучкість і дають змогу економити на обладнанні. Водночас мають невисоку продуктивність для вузькоспеціалізованих завдань.
2. Спеціалізовані роботи. Розроблені для однієї конкретної операції та мають високу швидкість і точність у фіксованій конфігурації. Вони максимально продуктивні у вирішенні вузьких завдань. Але їх практично неможливо переналаштувати на інший вид робіт. Використовуються в масовому виробництві.
3. Переналаштовувані (гнучкі) роботи. Мають середній рівень спеціалізації і можуть адаптуватися до кількох типових операцій. Це баланс між продуктивністю і гнучкістю. Але вони виставляють вищі вимоги до персоналу і зазвичай у рази дорожчі за універсальні. До переналагоджуваних належать колаборативні роботи, які можуть працювати поруч із людиною.

Види промислових роботів за формою робочого простору

1) Прямокутна: тут використовуються три перпендикулярні повзунки для руху вздовж осей X, Y, Z. Переміщаючи три повзунки один відносно одного, робот здатний працювати в межах прямокутної робочої зони.

2) Циліндрична: у ній використовується вертикальна колона і повзун, який можна переміщати вгору і вниз по колоні. Маніпулятор прикріплений до повзуна таким чином, що його можна переміщати радіально щодо колони. Обертаючи колону, робот здатний рухатися по циліндричній робочій зоні.

3) Сферична: використовує телескопічну штангу, яку можна піднімати або опускати навколо горизонтальної точки повороту. Точка повороту встановлена на основі, що обертається, і забезпечує роботу вертикальний рух. Ці різні шарніри забезпечують роботу можливість рухати рукою в межах сферичної зони.

4) Шарнірне плече: воно складається з двох прямих компонентів, плечові та ліктьові суглоби які обертаються навколо горизонтальних осей, що відповідають передпліччю та плечу людини. Його робоча зона має неправильну форму.

форми робочого простору та приклад робочого простору сучасного робота

За ступенем свободи

Так звана вісь промислового робота (degree of freedom, DOF) - це незалежний напрямок руху. Якщо робот має три ступені свободи, він може, наприклад, вільно рухатися вздовж осей X, Y і Z, але не може нахилятися або обертатися. Коли кількість осей робота збільшується, він стає більш гнучким.

У виробництві промислових роботів, як правило, необхідно оснащувати периферійним обладнанням, таким як поворотний стіл для обертання заготовки, мобільний візок для переміщення заготовки тощо. Керування рухом і положенням цих периферійних пристроїв має узгоджуватися з промисловими роботами та вимагати відповідної точності.

Найбільш популярним у виробництві є 6-осьовий промисловий робот, який має 6 рухомих з'єднань (осей). Визначення осей руху відрізняються у різних промислових роботів.

приклад осей промислового робота та можливі значення повороту по них

Види по вантажопідйомності

Однією з основних характеристик промислового робота є його вантажопідйомність. У характеристиках іноді відзначають можливість збільшення вантажопідйомності під час роботи не на краях робочої зони (тобто. не на повному вильоті маніпулятора).

Найбільший у світі промисловий робот – FANUC M-2000iA може піднімати вантажі масою до 1,7 тонни, що еквівалентно вазі невеликого автомобіля. Він використовується на заводах Toyota для переміщення кузовів авто.

Види компонування за способом встановлення на робочому місці

Промислові роботи мають досить різноманітні методи кріплення.

Види роботів точності

Точність промислових роботів – ключовий параметр, що визначає сфери їх застосування. Вона залежить від механічної конструкції, типу приводу, системи керування та наявності компенсації похибок.

Важливо, що характеристики можуть вказуватися на два параметри точності. Похибка позиціонування схвата – це критичний параметр, визначальний відхилення фактичного становища робочого органу від запрограмованого. Ця характеристика безпосередньо впливає на якість виконуваних операцій. Друга характеристика це похибка відтворення траєкторії – комплексний показник, що характеризує здатність робота точно дотримуватися запрограмованої траєкторії руху. Ця похибка є критичною для операцій, де важливий плавний і точний рух (наприклад, лазерне різання, фарбування або складне складання).

Роботи з дуже високою точністю мають похибку ±0.02 мм, з мінімальною точністю мають похибку понад 0,5 мм.

Найточніші роботи з виробництва напівпровідників (ASML) мають похибку менше 1 нанометра.

Де використовуються промислові роботи

Промислові роботи знаходять застосування в різних галузях промисловості та галузях діяльності, де потрібна автоматизація складних, точних чи небезпечних операцій.

У машинобудуванні роботи виробляють зварювання, обробку деталей, складання механізмів.

Промисловий робот знімає заготовку з глобусного столу фрезерного верстата.

В автомобільній промисловості виготовляють зварювання кузовів, фарбування, складання двигунів і трансмісій, прецизійний монтаж деталей, загальне складання.

Галузь електроніки та мікроелектроніки використовують пайку мікросхем. Наприклад, на заводі Apple роботи Fanuc CRX монтують до 1 млн. компонентів iPhone щодня.

Металургія та важка промисловість використовують роботи для лиття металів, транспортування розжарених заготовок.

У задачах логістики та складування промислові роботи використовуються для сортування посилок, переміщення палет на складах, палетування.

Також промислові роботи застосовуються у великій кількості інших сфер: медицині та фармацевтиці, в аерокосмічній галузі, будівництві, енергетиці. За прогнозами до 2030 року, 60% усіх виробничих операцій буде автоматизовано.

Переваги застосування промислового робота

Використання промислових роботів у виробництві та інших галузях приносить величезну кількість переваг, які роблять їх незамінними для сучасних підприємств.

1. Підвищення продуктивності. Промислові роботи забезпечують безперервну роботу 24/7 без перерв на відпочинок і виконують операції на високій швидкості (у 2-5 разів швидше за людину). Наприклад: на автомобільному заводі роботи зварюють кузов за 90 секунд, тоді як людині на це потрібно понад 5 хвилин.
2. Поліпшення якості продукції. Висока точність виконання операцій (±0.01 мм для мікроелектроніки) та стабільність дозволяють прибрати "людський фактор". Так на заводах Foxconn автоматизація знизила нестачу електроніки на 30%.
3. Економія витрат. Зниження трудових витрат відбувається за рахунок того, що один робот замінює 2-5 робітників (при тризмінній роботі понад 2-3 роботи). Зазвичай інвестиції у роботи окупаються за 1-3 роки.
4. Безпека праці. Роботи широко застосовують під час виконання небезпечних операцій: робота з токсичними речовинами, високі температури (лиття металів), важкі вантажі. Це зменшує травматизм з виробництва.
5. Гнучкість виробництва. Роботи можуть швидше за людину переналаштовуватися на нову продукцію. Програму для роботів можна писати заздалегідь і завантажувати в лічені секунди. Так, наприклад, компанія Adidas використовує роботизовані лінії для швидкої зміни моделей взуття.
6. Можливість інтеграції коїться з іншими системами. Роботи легко поєднуються з ERP, MES, SCADA системами для повного цифрового контролю.

Промислові роботи яких виробників є в Україні?

В Україні представлено широкий спектр промислових роботів від провідних світових виробників.

1. Fanuc (Японія) Виробник ЧПК та систем промислової автоматизації, а також промислових роботів. Назва компанії є акронімом від Factory Automation NUmerical Control. Вона організована у три бізнес-підрозділи: FA (Заводська Автоматизація), Robot та Robomachine. Сьогодні продукція FA використовується для створення автоматизованих систем у понад 100 країнах світу.

Фірми пропонують дуже широкий набір варіантів роботів: від серії SR (настільні з корисним навантаженням від 3 кг до 20 кг) до великогабаритних роботів M-410 (робот-паллетизатор з корисним навантаженням від 110 кг до 800 кг).

2. Kuka (Німеччина-Китай). Один із лідерів виробників промислових роботів та систем автоматизації виробництва. З 2016 року він належить китайській компанії Midea Group. Устаткування KUKA Systems використовується такими виробниками автомобілів як BMW, GM, Chrysler, Ford, Volvo, Volkswagen, Daimler AG, Valmet Automotive, включаючи виробників з інших промислових секторів, таких як Airbus, Astrium, Siemens.
3. HAAS (США). Фірма пропонує широкий спектр варіантів роботів. Усі моделі так чи інакше пов'язані з машинобудівним виробництвом. Від Cobot Package вміють працювати разом із людиною і чудово інтегруються зі верстатами до роботизованих систем завантаження палет.
4. Yaskawa Motoman (Япония). Виробник сервоприводів, контролерів руху, двигунів змінного струму, перемикачів та промислових роботів. Їх Motoman – це важкі промислові роботи, які використовуються для зварювання, пакування, збирання, нанесення покриттів, різання, обробки матеріалів та загальної автоматизації. Модель Motoman GP88 використовується для автоматизації складських процесів.

Висновки

Промислові роботи - це не просто інструменти, а стратегічний ресурс для конкурентоспроможності економіки. Їх розвиток у сфері автономності, адаптивності та доступності визначатиме майбутнє глобального виробництва. Завдяки автоматизації рутинних та складних процесів вони дозволяють знизити людський фактор, підвищити безпеку праці, зменшити виробничі витрати та оптимізувати використання ресурсів.

Сьогодні на ринку України представлені роботи провідних світових виробників, таких як KUKA, ABB, Fanuc, Yaskawa, Mitsubishi та інші. Їх застосування включає широкий спектр галузей - від машинобудування та електроніки до харчової промисловості та логістики.

Роботи не відбирають роботу – вони просто дають нам можливість ставати креативнішими!