Все, что нужно знать о промышленных роботах

Начнем с определений

Разберемся в понятиях робот и робототехника

Термин «робот» ввел чешский писатель Карел Чапек в 1921 году, использовав его в своем произведении «Универсальные роботы Россума». В переводе с чешского «robota» означает - рабство, работа. Вот и в романе Чапека роботы были рабами, созданными человеком.

Самое общее современное определение звучит так: роботы — это машины, которые могут выполнять задачи самостоятельно или по команде. 

Под робототехникой в этом случае понимается прикладная наука, которая занимается принципами и методами создания роботов.

Международная федерация робототехники (International Federation of Robotics, IFR) описывает промышленного робота так: «автоматически управляемый, перепрограммируемый многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, который может быть либо закреплен на месте, либо прикреплен к мобильной платформе для использования в приложениях автоматизации в промышленной среде.» Такой формулировки будем придерживаться и мы.

Когда все началось

Зарождение робототехники (1950-1960 гг.)

Середина 20 века стала временем инноваций и поиска новых решений для промышленности.

Главное имя промышленной автоматизации в эти годы — Джордж Девол. Вместе с командой инженеров он изучал различные способы оптимизации и повышения эффективности работы на заводах автомобильного гиганта General Motors.

Уже тогда стало ясно, что среди самых «проблемных» производственных процессов — монотонные и одновременно требующие физических усилий. Именно поэтому свои усилия инженеры направили на создание решения, позволяющего перемещать тяжелые грузы. Так появился первый в мире промышленный робот, получивший название Unimate.

 

Первый рабочий экземпляр Unimate был создан в 1954 году. Он представлял собой манипулятор с программным управлением, оснащенный захватом. Этот робот был способен поднимать тяжелые предметы и перемещать их с достаточной точностью и скоростью.

В реальное производство робот Unimate был впервые внедрен на автомобильном заводе General Motors 1961 году. Его использование для выгрузки деталей из прессовой машины стало технологическим прорывом, существенно увеличив производительность и снизив риски для рабочих.

Прорыв в промышленности (1970-2000 гг.)

Точность, управляемость, многозадачность

Именно в этот период произошел значительный качественный и количественный рост в использовании роботов в производстве.

Роботы стали выполнять различные задачи, такие как сварка, сборка, и обработка материалов. Этот период также связан с разработкой промышленных роботов с более сложными функциями и более точным управлением.

Главное имя этих лет —Виктор Шейнман. В 1969 году он спроектировал и построил знаменитую "Стэнфордскую руку" — первый в мире прототип робота, приводимого в действие электродвигателями.

"Стэнфордская рука" была оснащена 6 двигателями постоянного тока и управлялась микропроцессором PDP-6. Конструкция включала 5 вращательных и 1 поступательный шарнир, обеспечивая в общей сложности 6 степеней свободы. Кинематическая цепь робота состояла из гармонических приводов и цилиндрических редукторов. Для измерения положения и скорости суставов на роботе были установлены датчики - тахометры и потенциометры.

Работы Виктора Шейнмана по проектированию и созданию "Стэнфордской руки" стали важным научным вкладом в развитие электрических роботов с многоосевым манипулятором, заложив основу для дальнейшего прогресса в этой области.

С тех пор технологии совершенствовались: появлялись 6-осевые роботы, роботы стали плавно перемещаться по непрерывным траекториям, совершенствовались системы управления.

В 1996 был представлен первый в мире роботизированный контроллер на базе ПК с операционной системой Windows CE. 

Впервые для оператора стало возможным управлять роботом в режиме реального времени через устройство в виде 6D-мыши. Пользовательский интерфейс также позволял выполнять программирование сложных последовательностей действий.

Эти научно-технические достижения способствовали распространению роботов самых различных областях промышленности от потребительских товаров до микроэлектроники.

2020-е

Доступная роботизация

Стремительному развитию рынка роботов способствует все более острый дефицит кадров. Эта растущая проблема наблюдается как в развитых, так и в развивающихся странах. Согласно исследованию международной организации ОЭСР, охватывающему 40 стран мира, кадровый голод испытывают более 70% компаний.

Так роботизация перешла в разряд необходимых для выживания решений для многих предприятий. Однако в начале нулевых промышленные роботы, хоть и достаточно распространены в мире, все ещё доступны далеко не каждому производству. Разработка и интеграция решения под конкретные задачи на конкретном предприятии – долгий, дорогостоящий процесс.

Рынок изменился, когда появились типизированные решения для базовых задач, наиболее востребованных на производствах: большинство видов сварки, загрузки деталей в станок, паллетирование.

Первой компанией, которая выявила однотипные проблемы по отраслям, разработала и наладила серийное производство роботизированных решений, стала российская компания TECHNORED. Типизация и серия позволили предложить решение, доступное большинству предприятий по стоимости, и значительно повысить скорость внедрения.

Так появился новый рынок массовой роботизации, на котором основным потребителем стал средний и мелкий бизнес.

Какие существуют промышленные роботы

Несмотря на большое разнообразие, решаемых роботом, задач, и вариаций конструкции, выделяют 4 основных типа роботов:

Декартовы роботы

Это промышленный робот с тремя основными осями управления, которые являются линейными: движутся по прямой и взаимно перпендикулярны друг другу.

Представьте себе подъемный кран, установленный на движущуюся платформу (третью ось), и получите представления о конструкции декартова робота.

Чаще всего декартовы роботы применяются для автоматического паллетирования готовой продукции, а также для забора и установки продуктов и сырья в обрабатывающие комплексы.

SCARA-роботы

Название расшифровывается как «сборочная роботизированная рука с избирательной гибкостью» (Selective Compliance Assembly Robot Arm).

SCARA роботы – это как бы руки, которые двигаются быстро и точно, как у человека. Представь себе руку с плечом, локтем и запястьем. Так же и у SCARA: есть основание, две вращающиеся "руки" и "запястье", которое тоже может поворачиваться.

Главная сфера применения таких роботов – автоматизация мелкой сборки. Кроме того, эти роботы хороши в перемещение легких грузов, сортировки объектов, дозировки паст, жидкостей и тд.

Дельта-роботы

Состоят из трёх рычагов, прикреплённых посредством карданных шарниров к основанию. Ключевой особенностью дельта роботов является использование параллелограммов в конструкции манипулятора, что позволяет сохранять пространственную ориентацию исполнительного устройства робота.

Такая конструкция делает этих роботов очень быстрыми: они могу совершать до 150 перемещений в минуту. Дельта-роботы хорошо справляются с такими задачами, как скоростная сортировка и перекладывание, сбор и обработки мелких деталей, упаковка, контроль качества и отбраковки.

Шарнирные роботы: классические и коллаборативные

Шарнирные роботы — это промышленные роботы, которые состоят из 4–6 управляемых осей и имитируют движение человеческой руки. Эти роботы очень гибкие и подходят для большинства производственных операций.

Шестиосевые роботы делятся на 2 типа: классические промышленные роботы и коллаборативные роботы или коботы.

В чем отличие?

Главные технические характеристики роботов – это с, грузоподъемность, простота или сложность программирования.

По характеристикам в категории «быстрее, выше, сильнее» безоговорочные чемпионы – классические промышленные роботы. У них большие зоны досягаемости, высокая грузоподъемность, сверхвысокие точности. У коллаборативных — более скромные технические характеристики, но более простое программирование и максимальная безопасность. Коботы – это «роботы, которые могут работать рука об руку с человеком».

Новые типы промышленных роботов

Над чем мы работаем

Главные тренды в робототехнике – это создание умных и более универсальных устройств.

Компания TECHNORED намерена в скором времени наладить производство принципиально новой линейки роботов, в которой функции коллаборативного робота, его легкость программирования и максимальная безопасность, будут интегрированы в промышленных роботов, обладающих высокой досягаемостью, грузоподъемностью и точностью работы. Таким образом традиционное разделение на коллаборативных и промышленных роботов будет стерто, и это станет новым витком в развитии робототехники.

Внедрение системы искусственного интеллекта в роботизированные решения значительно повысит их функциональность и эффективность. Эта задача среди приоритетных у разработчиков TECHNORED.