Robot industriale. Robot in produzione. Automi-robot

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Questi dispositivi sono particolarmente richiesti oggi nell'economia nazionale. Un robot industriale, che somiglia poco al suo prototipo nel libro Rise of the Robots di K. Chapek, non alimenta affatto idee rivoluzionarie. Al contrario, esegue coscienziosamente, e con grande accuratezza, sia i processi produttivi principali (montaggio, saldatura, verniciatura) sia quelli ausiliari (carico e scarico, fissaggio del prodotto in fase di lavorazione, trasloco).

L'uso di tali macchine "intelligenti" contribuisce alla soluzione efficace di tre grandi problemi di produzione:

• migliorare la produttività del lavoro;
• migliorare le condizioni di lavoro delle persone;
• ottimizzare l'uso delle risorse umane.

I robot industriali sono il frutto della produzione su larga scala

I robot in produzione si sono diffusi massicciamente alla fine del 20° secolo a causa di un aumento significativo della produzione industriale. Numerose serie di prodotti hanno portato alla necessità dell'intensità e della qualità di tale lavoro, la cui prestazione supera le capacità umane oggettive. Invece di impiegare molte migliaia di lavoratori qualificati, operano moderne fabbriche tecnologichenumerose linee automatiche ad alto rendimento operanti in cicli intermittenti o continui.

I leader nello sviluppo di tali tecnologie, dichiarando l'uso diffuso dei robot industriali, sono Giappone, USA, Germania, Svezia e Svizzera. I moderni robot industriali prodotti nei paesi sopra indicati sono divisi in due grandi gruppi. La loro tipologia è determinata dall'appartenenza a due modalità di gestione fondamentalmente differenti:

• manipolatori automatici;
• dispositivi controllati a distanza da un essere umano.

A cosa servono?

La necessità della loro creazione iniziò a essere discussa all'inizio del 20° secolo. Tuttavia, a quel tempo non esisteva alcun elemento di base per l'attuazione del piano. Oggi, seguendo i dettami dei tempi, le macchine robotizzate trovano impiego nella maggior parte delle industrie tecnologicamente più avanzate.

Purtroppo, il riequipaggiamento di intere industrie con macchine così "intelligenti" è ostacolato dalla mancanza di investimenti. Anche se i vantaggi del loro utilizzo superano nettamente i costi monetari iniziali, perché ci permettono di parlare non solo e non tanto di automazione, ma di profondi cambiamenti nella sfera della produzione e del lavoro.

L'utilizzo di robot industriali ha permesso di svolgere in modo più efficace lavori che vanno oltre la forza umana in termini di intensità e precisione del lavoro: carico/scarico, accatastamento, smistamento, orientamento dei pezzi; spostare i pezzi grezzi da un robot all' altro e i prodotti finiti in un magazzino; saldatura a punti e saldatura continua; assemblaggio di parti meccaniche ed elettroniche; posa di cavi; tagliospazi vuoti lungo un contorno complesso.

Manipolatore come parte di un robot industriale

Funzionalmente, una macchina così “intelligente” è costituita da un ACS riprogrammabile (sistema di controllo automatico) e da un corpo di lavoro (sistema di traslazione e manipolatore meccanico). Se l'ACS è solitamente abbastanza compatto, visivamente nascosto e non cattura immediatamente l'attenzione, il corpo di lavoro ha un aspetto così caratteristico che un robot industriale viene spesso chiamato come segue: "robot-manipolatore".

Per definizione, un manipolatore è un dispositivo che sposta le superfici di lavoro e gli oggetti di lavoro nello spazio. Questi dispositivi sono costituiti da due tipi di collegamenti. I primi forniscono un movimento progressivo. Il secondo è lo spostamento angolare. Tali collegamenti standard utilizzano un azionamento pneumatico o idraulico (più potente) per il loro movimento.

Il manipolatore, creato per analogia con la mano umana, è dotato di un dispositivo tecnologico di presa per la lavorazione dei pezzi. In vari dispositivi di questo tipo, la presa diretta veniva spesso eseguita da dita meccaniche. Quando si lavorava con superfici piane, gli oggetti venivano catturati utilizzando ventose meccaniche.

Se il manipolatore doveva lavorare contemporaneamente con molti pezzi simili, la cattura veniva eseguita grazie a uno speciale design esteso.

Invece di una pinza, un manipolatore è spesso dotato di un'attrezzatura mobile per la saldatura, di una speciale pistola a spruzzo tecnologica o semplicementecacciavite.

Come si muove il robot

I robot-Automata di solito si adattano a due tipi di movimento nello spazio (sebbene alcuni di essi possano essere definiti stazionari). Dipende dalle condizioni di una particolare produzione. Se è necessario garantire il movimento su una superficie liscia, viene implementato utilizzando una monorotaia direzionale. Se è necessario lavorare a più livelli, vengono utilizzati sistemi "a piedi" con ventose pneumatiche. Un robot in movimento è perfettamente orientato sia in coordinate spaziali che angolari. I moderni dispositivi di posizionamento di tali dispositivi sono unificati, sono costituiti da blocchi tecnologici e consentono la movimentazione ad alta precisione di pezzi da 250 a 4000 kg.

Design

L'utilizzo delle macchine automatizzate in questione proprio nelle industrie multidisciplinari ha portato ad una certa unificazione dei loro principali blocchi costitutivi. I moderni manipolatori robotici industriali hanno nel loro design:

• il telaio utilizzato per fissare il dispositivo di presa dei pezzi (grab) - una sorta di "mano" che esegue effettivamente l'elaborazione;
• afferrare con una guida (quest'ultima determina la posizione della "mano" nello spazio);
• supportano dispositivi che guidano, convertono e trasmettono energia sotto forma di coppia sull'asse (grazie a loro, il robot industriale riceve il potenziale per il movimento);
• sistema di monitoraggio e gestione per l'attuazione dei programmi ad esso assegnati; accettazione di nuovi programmi; analisi delle informazioni provenienti dai sensori e, di conseguenza,trasferendolo ai dispositivi fornitori;
• sistema di posizionamento della parte in lavorazione, misura di posizioni e movimenti lungo gli assi di manipolazione.

L'alba dei robot industriali

Torniamo al passato recente e ricordiamo come è iniziata la storia della creazione di macchine automatiche industriali. I primi robot sono apparsi negli Stati Uniti nel 1962 e sono stati prodotti da Union Incorporated e Versatran. Anche se, per la precisione, hanno comunque rilasciato il robot industriale Unimate, creato dall'ingegnere americano D. Devol, che ha brevettato i propri cannoni semoventi programmati con schede perforate. È stata una svolta tecnica ovvia: le macchine "intelligenti" hanno ricordato le coordinate dei waypoint sulla loro rotta ed hanno eseguito il lavoro secondo il programma.

Il primo robot industriale di Unimate era dotato di una pinza a due dita azionata pneumaticamente e di un braccio azionato idraulicamente a cinque gradi di libertà. Le sue caratteristiche permettevano di movimentare un pezzo di 12 kg con una precisione di 1,25 mm.

Un altro braccio robotico Versatran, prodotto dall'omonima azienda, caricava e scaricava 1.200 mattoni all'ora in una fornace. Ha sostituito con successo il lavoro delle persone in un ambiente dannoso per la loro salute con una temperatura elevata. L'idea della sua creazione si è rivelata un grande successo e il design è così affidabile che alcune macchine di questo marchio continuano a funzionare ai nostri tempi. E questo nonostante il fatto che la loro risorsa abbia superato le centinaia di migliaia di ore.

Nota che la prima generazione di robot industriali inin termini di valore assumeva il 75% di meccanica e il 25% di elettronica. Il riadattamento di tali dispositivi ha richiesto tempo e ha causato tempi di fermo delle apparecchiature. Per riutilizzarli per eseguire un nuovo lavoro, il programma di controllo è stato sostituito.

Macchine robot di seconda generazione

È diventato presto chiaro: nonostante tutti i vantaggi, le macchine della prima generazione si sono rivelate imperfette … La seconda generazione ha assunto un controllo più sottile dei robot industriali - adattivo. I primissimi dispositivi richiedevano di ordinare l'ambiente in cui funzionavano. Quest'ultima circostanza spesso comportava elevati costi aggiuntivi. Questo stava diventando fondamentale per lo sviluppo della produzione di massa.

La nuova fase di avanzamento è stata caratterizzata dallo sviluppo di molti sensori. Con il loro aiuto, il robot ha ricevuto una qualità chiamata "sensazione". Ha iniziato a ricevere informazioni sull'ambiente esterno e, in conformità con esso, a scegliere la migliore linea d'azione. Ad esempio, ha acquisito abilità che gli consentono di prendere parte a una parte e aggirare un ostacolo con essa. Questa azione si verifica a causa dell'elaborazione a microprocessore delle informazioni ricevute, le quali ulteriormente, inserite nelle variabili dei programmi di controllo, sono effettivamente guidate dai robot.

Anche le tipologie di lavorazioni di base (saldatura, verniciatura, assemblaggio, lavorazioni di vario genere) sono soggette ad adeguamento. Cioè, quando si esegue ciascuno di essi, viene avviata la multivarianza per migliorare la qualità di qualsiasi tipo di lavoro di cui sopra.

I manipolatori industriali sono controllati principalmente da software. Hardware di controllole funzioni sono i minicomputer industriali PC/104 o MicroPC. Si noti che il controllo adattivo si basa su software multivariante. Inoltre, la decisione sulla scelta del tipo di operazione del programma viene presa dal robot sulla base delle informazioni sull'ambiente descritte dai rivelatori.

Una caratteristica del funzionamento del robot di seconda generazione è la presenza preliminare di modalità operative stabilite, ognuna delle quali si attiva in corrispondenza di determinati indicatori ricavati dall'ambiente esterno.

Terza generazione di robot

I robot automatici di terza generazione sono in grado di generare autonomamente un programma delle loro azioni, a seconda del compito e delle circostanze dell'ambiente esterno. Non hanno "cheat sheet", cioè azioni tecnologiche dipinte per alcune varianti dell'ambiente esterno. Hanno la capacità di costruire autonomamente in modo ottimale l'algoritmo del loro lavoro, oltre a implementarlo rapidamente nella pratica. Il costo dell'elettronica di un tale robot industriale è dieci volte superiore alla sua parte meccanica.

Il nuovissimo robot, che cattura una parte grazie ai sensori, “sa” quanto bene lo ha fatto. Inoltre, la forza di presa stessa (force feedback) è regolata in base alla fragilità del materiale del pezzo. Forse è per questo che il dispositivo della nuova generazione di robot industriali si chiama intelligente.

Come capisci, il "cervello" di un tale dispositivo è il suo sistema di controllo. La più promettente è la regolazione effettuata secondo i metodi dell'artificialeintelligenza.

L'intelligenza su queste macchine è data da pacchetti applicativi, controllori logici programmabili, strumenti di modellazione. Nella produzione, i robot industriali sono collegati in rete, fornendo il giusto livello di interazione tra il sistema uomo-macchina. Inoltre, sono stati sviluppati strumenti per prevedere il funzionamento di tali dispositivi in futuro grazie alla simulazione software implementata, che consente di scegliere le migliori opzioni per l'azione e le configurazioni della connessione di rete.

Le principali aziende di robot del mondo

Oggi, l'uso di robot industriali è fornito da aziende leader, tra cui giapponesi (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), americane (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), tedesche (Kuka).

Per cosa sono famose queste aziende nel mondo? Le risorse di Fanuc includono il robot delta M-1iA più veloce fino ad oggi (queste macchine sono solitamente utilizzate per l'imballaggio), il più potente dei robot seriali: M-2000iA, i robot di saldatura ArcMate riconosciuti in tutto il mondo.

I robot industriali prodotti da Kuka non sono meno richiesti. Queste macchine eseguono lavorazioni, saldatura, assemblaggio, confezionamento, pallettizzazione, carico con precisione tedesca.

Impressionante anche la gamma di prodotti dell'azienda giapponese-americana Motoman (Yaskawa), operante nel mercato statunitense: 175 modelli di robot industriali, oltre a più di 40 soluzioni integrate. I robot industriali utilizzati nella produzione negli Stati Uniti sono per lo più realizzati da questa azienda leader del settorecompagnia.

La maggior parte delle altre aziende che rappresentiamo riempiono la loro nicchia producendo una gamma più ristretta di strumenti specializzati. Ad esempio, Daihen e Panasonic producono robot per saldatura.

Metodi di organizzazione della produzione automatizzata

Se parliamo di organizzazione della produzione automatizzata, all'inizio è stato implementato un rigido principio lineare. Tuttavia, a una velocità del ciclo produttivo sufficientemente elevata, presenta un notevole inconveniente: tempi di fermo dovuti a guasti. In alternativa, è stata inventata la tecnologia rotativa. Con una tale organizzazione della produzione, sia il pezzo che la stessa linea automatizzata (robot) si muovono in cerchio. Le macchine in questo caso possono duplicare funzioni e i guasti sono praticamente esclusi. Tuttavia, in questo caso, la velocità è persa. L'organizzazione del processo ideale è un ibrido dei due precedenti. Si chiama trasportatore rotante.

Robot industriale come elemento di produzione automatica flessibile

I moderni dispositivi "intelligenti" sono rapidamente riconfigurati, altamente produttivi ed eseguono lavori in modo indipendente utilizzando le loro attrezzature, materiali di lavorazione e pezzi. A seconda delle specifiche di utilizzo, possono funzionare sia nell'ambito di un programma, sia variando il loro lavoro, ovvero scegliendo quello giusto da un numero fisso di programmi forniti.

Il robot industriale è un elemento costitutivo della produzione automatizzata flessibile (abbreviazione generalmente accettata - GAP). Scorsoinclude anche:

• sistema di progettazione assistita da computer;
• complesso di controllo automatizzato delle apparecchiature tecnologiche di produzione;
• bracci robotici industriali;
• Trasporto di produzione automatico;
• dispositivi di carico/scarico e posizionamento;
• sistemi di controllo del processo produttivo;
• controllo automatico della produzione.

Ulteriori informazioni sull'uso dei robot

Le applicazioni industriali reali sono i robot moderni. I loro tipi sono diversi e forniscono un'elevata produttività in aree industriali strategicamente importanti. In particolare, la moderna economia tedesca deve gran parte del suo crescente potenziale alla loro applicazione. In quali settori lavorano questi "lavoratori del ferro"? Nella lavorazione dei metalli, funzionano in quasi tutti i processi: fusione, saldatura, forgiatura, fornendo il massimo livello di qualità del lavoro.

Trattandosi di un'industria con condizioni estreme per il lavoro umano (che significa alte temperature e inquinamento), la colata è in gran parte robotizzata. Le macchine di Kuka vengono assemblate anche nelle fonderie.

Anche l'industria alimentare ha ricevuto da Kuka attrezzature per la produzione. I "robot alimentari" (le foto sono presentate nell'articolo) per la maggior parte sostituiscono le persone in aree con condizioni speciali. Distribuito nella produzione di macchine che forniscono un microclima in ambienti riscaldati contemperatura non superiore a 30 gradi Celsius. I robot in acciaio inossidabile lavorano magistralmente la carne, partecipano alla produzione di latticini e, naturalmente, impilano e confezionano i prodotti in modo ottimale.

È difficile sopravvalutare il contributo di tali dispositivi all'industria automobilistica. Secondo gli esperti, le macchine più potenti e produttive oggi sono proprio i robot “Cook”. Le foto di tali dispositivi che eseguono l'intera gamma di operazioni di assemblaggio automatico sono impressionanti. Allo stesso tempo, è davvero il momento di parlare di produzione automatizzata.

La lavorazione della plastica, la produzione della plastica, la produzione delle parti più complesse di vari materiali è fornita da robot in produzione in un ambiente inquinato e davvero dannoso per la salute umana.

Un altro importante campo di applicazione degli aggregati "Cook" è la lavorazione del legno. Inoltre, i dispositivi descritti forniscono sia l'evasione di singoli ordini che l'avvio di una produzione in serie su larga scala in tutte le fasi, dalla lavorazione primaria e segatura alla fresatura, foratura, rettifica.

Prezzi

Attualmente, i robot prodotti da Kuka e Fanuc sono richiesti nei mercati russo e della CSI. I loro prezzi vanno da 25.000 a 800.000 rubli. Una differenza così impressionante è spiegata dall'esistenza di vari modelli: standard a bassa capacità (5-15 kg), speciali (risolvere compiti speciali), specializzati (lavorare in un ambiente non standard), grande capacità (fino a 4000 tonnellate).

Conclusioni

Va riconosciuto che il potenziale dei robot industriali non è ancora pienamente sfruttato. Allo stesso tempo, grazie all'impegno di specialisti, le moderne tecnologie consentono di realizzare idee sempre più audaci.

La necessità di aumentare la produttività dell'economia mondiale e massimizzare la quota di lavoro intellettuale umano serve come potenti incentivi per lo sviluppo di sempre più nuovi tipi e modifiche di robot industriali.