Промышленные роботы: что это? Виды и использование промышленных роботов

Что такое промышленные роботы?

Промышленные роботы – это автоматизированные механические устройства, запрограммированные для выполнения сложных производственных операций с высокой точностью и скоростью. Они заменяют или помогают людям в выполнении монотонных, опасных или слишком чётких задач. Используются для повышения эффективности, точности и безопасности в производственных процессах.

Промышленный робот выполняю перемещение деталей в упаковке

Промышленные роботы выполняют широкий спектр задач, главным образом связанных с повторяющимися, точными или опасными процессами на производстве. Они работают в производстве, логистике, медицине и других областях.

Виды промышленных роботов и их устройство

Классификация промышленных роботов имеет много позиций: по количеству манипуляторов; характером выполняемых операций; уровнем специализации; сферой применения; типом системы координат; количеством степеней свободы; грузоподъёмностью; способом установки на рабочем месте; мобильностью; типом силового привода; классом точности; видом управления; типом движения отдельных степеней свободы; типом исполнения. Рассмотрим самые главные из этих характеристики.

Виды по количеству манипуляторов

1. Одноманипуляторные роботы. Имеют один рабочий орган (например, "рука" с инструментом). Например, FANUC ARC Mate (сварочный), ABB IRB 5500 (окрасочный).
2. Двухманипуляторные роботы. Оснащены двумя независимыми (иногда зависимыми) "руками". Могут работать синхронно над одной задачей. Например, Yaskawa Motoman Dual-Arm. В автомобильной промышленности часто используются двухманипуляторные роботы для одновременной сварки кузова с двух сторон — это сокращает время производства на 30–50%.
3. Многоманипуляторные системы (3+ манипулятора). Используются для масштабных производственных линий. Каждый манипулятор выполняет свою операцию в строжайшей последовательности. К примеру, KUKA Robocoaster (синхронная работа нескольких "рук").

Виды по степени специализации

1. Универсальные (неспециализированные) роботы. Могут выполнять широкий спектр операций благодаря сменным инструментам, часто имеющим 6+ степеней свободы. Они обладают гибкостью и позволяют экономить на оборудовании. В то же время обладают невысокой производительностью для узкоспециализированных задач.
2. Специализированные роботы. Разработаны для одной конкретной операции и обладают высокой скоростью и точностью в фиксированной конфигурации. Они максимально производительны в решении узких задач. Но их практически невозможно перенастроить на другой вид работ. Используются в массовом производстве.
3. Перенастраиваемые (гибкие) роботы. Обладают средним уровнем специализации и могут адаптироваться к нескольким типовым операциям. Это баланс между производительностью и гибкостью. Но они выставляет более высокие требования к персоналу и обычно в разы дороже универсальных. К переналаживаемым относятся коллаборативные работы которые могут работать рядом с человеком.

Виды промышленных роботов по форме рабочего пространства

1) Прямоугольная: здесь используются три перпендикулярных ползунка для движения вдоль осей X, Y, Z. Перемещая три ползунка друг относительно друга, робот способен работать в пределах прямоугольной рабочей зоны.

2) Цилиндрическая: в ней используется вертикальная колонна и ползун, который можно перемещать вверх и вниз по колонне. Манипулятор прикреплён к ползуну таким образом, что его можно перемещать радиально относительно колонны. Вращая колонну, робот способен двигаться по цилиндрической рабочей зоне.

3) Сферическая: использует телескопическую штангу, которую можно приподнимать или опускать вокруг горизонтальной точки поворота. Точка поворота установлена на вращающейся основе и обеспечивает роботу вертикальное движение. Эти разные шарниры обеспечивают роботу возможность двигать рукой в пределах сферической зоны.

4) Шарнирное плечо: оно состоит из двух прямых компонентов, плечевые и локтевые суставы которых вращаются вокруг горизонтальных осей, соответствующих предплечью и плечу человека. Его рабочая зона имеет неправильную форму.

формы рабочего пространства и пример рабочего пространства современного робота

По числу степеней свободы

Так называемая ось промышленного робота (degree of freedom, DOF) – это независимое направление движения. Если робот имеет три степени свободы, он может, например, свободно двигаться вдоль осей X, Y и Z, но не может наклоняться или вращаться. Когда количество осей робота увеличивается, он становится более гибким.

В производстве промышленных роботов, как правило, необходимо оснащать периферийным оборудованием, таким как поворотный стол для вращения заготовки, мобильная тележка для перемещения заготовки и т.п. Управление движением и положением этих периферийных устройств должно согласовываться с промышленными роботами и требовать соответствующей точности.

Наиболее популярным в производстве является 6-осевой промышленный робот, который имеет 6 подвижных соединений (осей). Определения осей движения отличаются у разных промышленных роботов.

пример осей промышленного робота и возможные значения поворота по ним

Виды по грузоподъемности

Одна из основных характеристик промышленного робота – его грузоподъёмность. В характеристиках иногда отмечают возможность увеличения грузоподъёмности при работе не на краях рабочей зоны (т.е. не на полном вылете манипулятора).

Крупнейший в мире промышленный робот – FANUC M-2000iA может поднимать грузы массой до 1,7 тонн, что эквивалентно весу небольшого автомобиля. Он используется на заводах Toyota для перемещения кузовов авто.

Виды компоновки по способу установки на рабочем месте

Промышленные роботы имеют довольно разнородные способы крепления.

Виды роботов по точности

Точность промышленных роботов – ключевой параметр, определяющий сферы их применения. Она зависит от механической конструкции, типа привода, системы управления и наличия компенсации погрешностей.

Важно, что в характеристиках могут указываться два параметра точности. Погрешность позиционирования схвата – это критический параметр, определяющий отклонение фактического положения рабочего органа от запрограммированного. Эта характеристика оказывает непосредственное влияние на качество выполняемых операций. Вторая характеристика это погрешность воспроизведения траектории – комплексный показатель, характеризующий способность робота точно следовать запрограммированной траектории движения. Эта погрешность является критической для операций, где важно плавное и точное движение (например, лазерная резка, окрашивание или сложная сборка).

Роботы с очень высокой точностью имеют погрешность ±0.02 мм, а с минимальной точностью имеют погрешность более 0,5 мм.

Самые точные роботы по производству полупроводников (ASML) имеют погрешность менее 1 нанометра.

Где используются промышленные роботы

Промышленные роботы находят применение в различных отраслях промышленности и областях деятельности, где требуется автоматизация сложных, точных или опасных операций.

В машиностроении роботы производят сварку, обработку деталей, сборку механизмов.

Промышленный робот снимает заготовку с глобусного стола фрезерного станка

В автомобильной промышленности производят сварку кузовов, покраску, сборку двигателей и трансмиссий, прецизионный монтаж деталей, общую сборку.

Отрасль электроники и микроэлектроники используют пайку микросхем. К примеру, на заводе Apple роботы Fanuc CRX монтируют до 1 млн компонентов iPhone ежедневно.

Металлургия и тяжёлая промышленность используют роботы для литья металлов, транспортирования раскалённых заготовок.

В задач логистики и складирования промышленные роботы используются для сортировки посылок, перемещения паллет на складах, паллетирования.

Также промышленные роботы применяются в большом количестве других сфер: медицине и фармацевтике, в аэрокосмической отрасли, строительстве, энергетике. По прогнозам к 2030 году, 60% всех производственных операций будут автоматизированы.

Преимущества применения промышленного робота

Использование промышленных роботов в производстве и других отраслях приносит огромное количество преимуществ, которые делают их незаменимыми для современных предприятий.

1. Повышение производительности. Промышленные роботы обеспечивают непрерывную работу 24/7 без перерывов на отдых и выполняют операции на высокой скорости (в 2-5 раз быстрее человека). К примеру: на автомобильном заводе роботы сваривают кузов за 90 секунд, тогда как человеку на это нужно более 5 минут.
2. Улучшение качества продукции. Высокая точность выполнения операций (±0.01 мм для микроэлектроники) и стабильность позволяют убрать "человеческий фактор". Так на заводах Foxconn автоматизация снизила нехватку электроники на 30%.
3. Экономия издержек. Снижение трудовых затрат происходит за счёт того, что один робот заменяет 2-5 рабочих (при трёхсменной работе более 2-3 роботов). Обычно инвестиции в роботы окупаются за 1-3 года.
4. Безопасность труда. Роботы широко применяют при выполнении опасных операций: работа с токсичными веществами, высокие температуры (литье металлов), тяжёлые грузы. Это уменьшает травматизм на производстве.
5. Гибкость производства. Роботы могут быстрее человека перенастраиваться на новую продукцию. Программу для роботов можно писать заранее и загружать её в считанные секунды. Так, например, компания Adidas использует роботизированные линии для быстрой смены моделей обуви.
6. Возможность интеграции с другими системами. Роботы легко объединяются с ERP, MES, SCADA системами для полного цифрового контроля.

Промышленные роботы каких производителей есть в Украине?

В Украине представлен широкий спектр промышленных роботов от ведущих мировых производителей.

1. Fanuc (Япония). Производитель ЧПУ и систем промышленной автоматизации, а также промышленных роботов. Название компании представляет собой акроним от Factory Automation NUmerical Control. Она организована в три бизнес-подразделения: FA (Заводская Автоматизация), Robot и Robomachine. Сегодня продукция FA используется для создания автоматизированных систем более чем в 100 странах мира.

Фирма предлагают очень широкий набор вариантов роботов: от серии SR (настольные с полезной нагрузкой от 3 кг до 20 кг) до крупногабаритных роботов M-410 (робот-паллетизатор с полезной нагрузкой от 110 кг до 800 кг).

2. Kuka (Германия-Китай). Один из лидеров производителей промышленных роботов и систем автоматизации производства. С 2016 года он принадлежит китайской компании Midea Group. Оборудование KUKA Systems используется такими производителями автомобилей, как BMW, GM, Chrysler, Ford, Volvo, Volkswagen, Daimler AG, Valmet Automotive, включая производителей из других промышленных секторов, таких как Airbus, Astrium, Siemens.
3. HAAS (США). Фирма предлагаю широкий спектр вариантов роботов. Все модели так или иначе связаны с машиностроительным производством. От Cobot Package умеющих работать вместе с человеком и прекрасно интегрируются со станками до роботизированных систем загрузки паллет.
4. Yaskawa Motoman (Япония). Производитель сервоприводов, контроллеров движения, двигателей переменного тока, переключателей и промышленных роботов. Их Motoman – это тяжелые промышленные роботы, которые используются для сварки, упаковки, сборки, нанесения покрытий, резки, обработки материалов и общей автоматизации. Модель Motoman GP88 используется в Украине для автоматизации складских процессов.

Выводы

Промышленные роботы – это не просто инструменты, а стратегический ресурс для конкурентоспособности экономики. Их развитие в области автономности, адаптивности и доступности будет определять будущее глобального производства. Благодаря автоматизации рутинных и сложных процессов, они позволяют снизить человеческий фактор, повысить безопасность труда, уменьшить производственные затраты и оптимизировать использование ресурсов.

Сегодня на рынке Украины представлены роботы ведущих мировых производителей, таких как KUKA, ABB, Fanuc, Yaskawa, Mitsubishi и другие. Их применение включает широкий спектр отраслей — от машиностроения и электроники до пищевой промышленности и логистики.

Роботы не отбирают работу – они просто дают нам возможность становиться более креативными!