Industrieroboter. Roboter in der Produktion. Automata-Roboter

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Diese Geräte sind heute in der Volkswirtschaft besonders gefragt. Ein Industrieroboter, der wenig Ähnlichkeit mit seinem Prototyp aus dem Buch Rise of the Robots von K. Chapek hat, nährt keineswegs revolutionäre Ideen. Im Gegenteil, er führt gewissenhaft und mit großer Genauigkeit sowohl die Hauptproduktionsprozesse (Montage, Schweißen, Lackieren) als auch die Hilfsprozesse (Be- und Entladen, Fixieren des Produkts während der Herstellung, Bewegen) durch.

Der Einsatz solcher "intelligenter" Maschinen trägt zur effektiven Lösung von drei großen Produktionsproblemen bei:

• Verbesserung der Arbeitsproduktivität;
• Arbeitsbedingungen verbessern;
• Optimierung des Personaleinsatzes.

Industrieroboter sind die Erfindung der Großserienfertigung

Roboter in der Produktion breiteten sich Ende des 20. Jahrhunderts aufgrund eines deutlichen Anstiegs der Industrieproduktion massiv aus. Große Serien von Produkten haben dazu geführt, dass die Intensität und Qualität einer solchen Arbeit erforderlich ist, deren Leistung die objektiven menschlichen Fähigkeiten übersteigt. Statt viele tausend Facharbeiter zu beschäftigen, arbeiten moderne technologische FabrikenZahlreiche automatische Hochleistungslinien, die in intermittierenden oder kontinuierlichen Zyklen arbeiten.

Führer in der Entwicklung solcher Technologien, die den weit verbreiteten Einsatz von Industrierobotern erklären, sind Japan, die USA, Deutschland, Schweden und die Schweiz. Moderne Industrieroboter, die in den oben genannten Ländern hergestellt werden, werden in zwei große Gruppen unterteilt. Ihre Typen werden durch die Zugehörigkeit zu zwei grundlegend unterschiedlichen Managementmethoden bestimmt:

• automatische Manipulatoren;
• Geräte, die von einem Menschen ferngesteuert werden.

Wofür werden sie verwendet?

Die Notwendigkeit ihrer Schaffung begann zu Beginn des 20. Jahrhunderts zu diskutieren. Zu diesem Zeitpunkt gab es jedoch keine elementare Basis für die Umsetzung des Plans. Heute, dem Diktat der Zeit folgend, werden Robotermaschinen in den meisten der technologisch fortschrittlichsten Industrien eingesetzt.

Leider wird die Umrüstung ganzer Industrien mit solchen „intelligenten“Maschinen durch fehlende Investitionen behindert. Obwohl der Nutzen ihrer Verwendung die anfänglichen monetären Kosten deutlich übersteigt, weil sie es uns ermöglichen, nicht nur und nicht so sehr über Automatisierung zu sprechen, sondern über tiefgreifende Veränderungen in der Sphäre von Produktion und Arbeit.

Der Einsatz von Industrierobotern hat es ermöglicht, Arbeiten effektiver auszuführen, die in Bezug auf Arbeitsintensität und Genauigkeit über die menschliche Kraft hinausgehen: Be- / Entladen, Stapeln, Sortieren, Ausrichten von Teilen; Rohlinge von einem Roboter zum anderen und fertige Produkte in ein Lager transportieren; Punktschweißen und Nahtschweißen; Montage von mechanischen und elektronischen Teilen; Kabelverlegung; SchneidenLeerzeichen entlang einer komplexen Kontur.

Manipulator als Teil eines Industrieroboters

Funktionell besteht eine solche „intelligente“Maschine aus einem umprogrammierbaren ACS (Automatic Control System) und einem Arbeitskörper (Fahrsystem und mechanischer Manipulator). Wenn der ACS normalerweise recht kompakt, optisch versteckt ist und nicht sofort ins Auge fällt, dann hat der Arbeitskörper ein so charakteristisches Aussehen, dass ein Industrieroboter oft wie folgt bezeichnet wird: „Roboter-Manipulator“.

Per Definition ist ein Manipulator ein Gerät, das Arbeitsflächen und Arbeitsobjekte im Raum bewegt. Diese Geräte bestehen aus zwei Arten von Links. Die ersten sorgen für eine progressive Bewegung. Die zweite ist die Winkelverschiebung. Solche Standardglieder verwenden entweder pneumatische oder hydraulische (stärkere) Antriebe für ihre Bewegung.

Der Manipulator, der in Analogie zur menschlichen Hand geschaffen wurde, ist mit einer technologischen Greifvorrichtung für die Bearbeitung von Teilen ausgestattet. Bei verschiedenen Vorrichtungen dieser Art wurde der direkte Griff am häufigsten durch mechanische Finger ausgeführt. Beim Arbeiten mit flachen Oberflächen wurden Objekte mit mechanischen Saugnäpfen erfasst.

Musste der Manipulator gleichzeitig mit vielen gleichartigen Werkstücken arbeiten, dann erfolgte die Erfassung dank einer speziellen umfangreichen Konstruktion.

Anstelle eines Greifers ist ein Manipulator oft mit einem mobilen Schweißgerät, einer speziellen technologischen Spritzpistole oder einfach nur ausgestattetSchraubendreher.

Wie sich der Roboter bewegt

Automata-Roboter passen sich normalerweise an zwei Arten von Bewegungen im Raum an (obwohl einige von ihnen als stationär bezeichnet werden können). Es hängt von den Bedingungen einer bestimmten Produktion ab. Wenn es notwendig ist, eine Bewegung auf einer glatten Oberfläche zu gewährleisten, wird dies mit einer gerichteten Einschienenbahn realisiert. Wenn auf unterschiedlichen Ebenen gearbeitet werden muss, kommen „gehende“Systeme mit pneumatischen Saugnäpfen zum Einsatz. Ein sich bewegender Roboter ist sowohl in räumlichen als auch in Winkelkoordinaten perfekt orientiert. Moderne Positioniergeräte solcher Geräte sind vereinheitlicht, sie bestehen aus technologischen Blöcken und ermöglichen eine hochpräzise Bewegung von Werkstücken mit einem Gewicht von 250 bis 4000 kg.

Design

Der Einsatz der betreffenden automatisierten Maschinen gerade in multidisziplinären Industrien führte zu einer gewissen Vereinheitlichung ihrer Hauptbestandteile. Moderne industrielle Robotermanipulatoren haben in ihrem Design:

• der Rahmen zur Befestigung des Teilegreifers (Greifer) - eine Art "Hand", die die eigentliche Bearbeitung durchführt;
• mit einem Führer greifen (letzterer bestimmt die Position der "Hand" im Raum);
• Unterstützungsvorrichtungen, die Energie in Form von Drehmoment antreiben, umwandeln und auf die Achse übertragen (durch sie erhält der Industrieroboter das Bewegungspotential);
• Überwachungs- und Managementsystem für die Umsetzung der ihm zugeordneten Programme; Akzeptanz neuer Programme; Analyse von Informationen, die von Sensoren kommen, und dementsprechendÜbertragung auf Bereitstellungsgeräte;
• Positionierungssystem des Arbeitsteils, Messung von Positionen und Bewegungen entlang der Manipulationsachsen.

Der Beginn der Industrieroboter

Lassen Sie uns in die jüngere Vergangenheit zurückgehen und uns daran erinnern, wie die Geschichte der Entwicklung industrieller Automaten begann. Die ersten Roboter erschienen 1962 in den USA und wurden von Union Incorporated und Versatran produziert. Obwohl sie, um genau zu sein, dennoch den Unimate-Industrieroboter auf den Markt brachten, der von dem amerikanischen Ingenieur D. Devol entwickelt wurde, der seine eigenen selbstfahrenden Pistolen patentierte, die mit Lochkarten programmiert wurden. Es war ein offensichtlicher technischer Durchbruch: "intelligente" Maschinen merkten sich die Koordinaten der Wegpunkte auf ihrer Route und führten die Arbeit gemäß dem Programm aus.

Unimates erster Industrieroboter war mit einem pneumatisch betätigten Zwei-Finger-Greifer und einem hydraulisch betätigten Arm mit fünf Freiheitsgraden ausgestattet. Seine Eigenschaften ermöglichten es, ein 12 kg schweres Teil mit einer Genauigkeit von 1,25 mm zu bewegen.

Ein weiterer Versatra-Roboterarm, hergestellt von der gleichnamigen Firma, be- und entlud 1.200 Ziegel pro Stunde in einen Brennofen. Er ersetzte erfolgreich die Arbeit von Menschen in einer gesundheitsschädlichen Umgebung durch hohe Temperaturen. Die Idee seiner Entstehung erwies sich als sehr erfolgreich und das Design ist so zuverlässig, dass einige Maschinen dieser Marke auch heute noch funktionieren. Und das trotz der Tatsache, dass ihre Ressourcen Hunderttausende von Stunden überschritten haben.

Beachten Sie, dass die erste Generation von Industrierobotern inWertmäßig ging es von 75 % Mechanik und 25 % Elektronik aus. Die Nachjustierung solcher Geräte erforderte Zeit und verursachte Gerätestillstände. Um sie für neue Aufgaben wiederzuverwenden, wurde das Steuerprogramm ersetzt.

Robotermaschinen der zweiten Generation

Schnell wurde klar: Trotz aller Vorteile entpuppten sich die Maschinen der ersten Generation als unvollkommen … Die zweite Generation übernahm die subtilere Steuerung von Industrierobotern – adaptiv. Die allerersten Geräte erforderten eine Ordnung der Umgebung, in der sie arbeiteten. Letzterer Umstand bedeutete oft hohe Zusatzkosten. Dies wurde für die Entwicklung der Massenproduktion kritisch.

Die neue Stufe des Fortschritts war geprägt von der Entwicklung vieler Sensoren. Mit ihrer Hilfe erhielt der Roboter eine Qualität namens „Gefühl“. Er begann, Informationen über die äußere Umgebung zu erh alten und entsprechend die beste Vorgehensweise zu wählen. So hat er sich zum Beispiel Fähigkeiten angeeignet, die es ihm erlauben, mitzumachen und damit ein Hindernis zu umgehen. Diese Aktion erfolgt aufgrund der Mikroprozessorverarbeitung der empfangenen Informationen, die weiter, in die Variablen der Steuerprogramme eingegeben, tatsächlich von den Robotern geführt werden.

Typen der grundlegenden Produktionsvorgänge (Schweißen, Lackieren, Montieren, verschiedene Arten der Bearbeitung) unterliegen ebenfalls der Anpassung. Das heißt, bei jeder Aufführung wird Multivarianz initiiert, um die Qualität jeder Art der oben genannten Arbeiten zu verbessern.

Industrielle Manipulatoren werden hauptsächlich von Software gesteuert. SteuerungshardwareFunktionen sind industrielle Mini-Computer PC/104 oder MicroPC. Beachten Sie, dass die adaptive Steuerung auf multivarianter Software basiert. Darüber hinaus trifft der Roboter die Entscheidung über die Wahl der Art des Programmablaufs anhand von Informationen über die von den Detektoren beschriebene Umgebung.

Ein charakteristisches Merkmal der Funktionsweise des Roboters der zweiten Generation ist das vorläufige Vorhandensein etablierter Betriebsmodi, von denen jeder bei bestimmten Indikatoren aktiviert wird, die aus der äußeren Umgebung stammen.

Roboter der dritten Generation

Automatische Roboter der dritten Generation sind in der Lage, abhängig von der Aufgabe und den Umständen der äußeren Umgebung, selbstständig ein Programm ihrer Aktionen zu erstellen. Sie haben keine „Spickzettel“, d. h. gem alte technologische Aktionen für bestimmte Varianten der äußeren Umgebung. Sie haben die Fähigkeit, den Algorithmus ihrer Arbeit selbstständig optimal aufzubauen und schnell in die Praxis umzusetzen. Die Kosten für die Elektronik eines solchen Industrieroboters sind zehnmal höher als für seinen mechanischen Teil.

Der neueste Roboter, der ein Teil dank Sensoren erfasst, „weiß“, wie gut er es getan hat. Zusätzlich wird die Greifkraft selbst (Force Feedback) in Abhängigkeit von der Fragilität des Teilematerials geregelt. Vielleicht wird das Gerät der neuen Generation von Industrierobotern deshalb als intelligent bezeichnet.

Wie Sie verstehen, ist das „Gehirn“eines solchen Geräts sein Steuerungssystem. Am vielversprechendsten ist die nach künstlichen Methoden durchgeführte RegulierungIntelligenz.

Diese Maschinen werden durch Anwendungspakete, speicherprogrammierbare Steuerungen und Modellierungswerkzeuge intelligent. In der Produktion werden Industrieroboter vernetzt und sorgen für die richtige Interaktion zwischen dem Mensch-Maschine-System. Außerdem wurden Tools entwickelt, um die Funktion solcher Geräte in Zukunft dank der implementierten Softwaresimulation vorherzusagen, mit der Sie die besten Optionen für Aktionen und Netzwerkverbindungskonfigurationen auswählen können.

Die weltweit führenden Roboterunternehmen

Heute wird der Einsatz von Industrierobotern von führenden Unternehmen angeboten, darunter Japaner (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), Amerikaner (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), Deutsche (Kuka).

Wofür sind diese Firmen in der Welt berühmt? Zu den Vermögenswerten von Fanuc gehören der bisher schnellste Delta-Roboter M-1iA (solche Maschinen werden normalerweise für Verpackungen verwendet), der stärkste der Serienroboter - M-2000iA, weltweit anerkannte ArcMate-Schweißroboter.

Industrieroboter von Kuka sind nicht weniger gefragt. Auf diesen Maschinen wird mit deutscher Präzision bearbeitet, geschweißt, montiert, verpackt, palettiert, verladen.

Beeindruckend ist auch die Produktpalette des japanisch-amerikanischen Unternehmens Motoman (Yaskawa), das auf dem US-Markt tätig ist: 175 Modelle von Industrierobotern sowie mehr als 40 integrierte Lösungen. Industrieroboter, die in der Produktion in den USA eingesetzt werden, werden hauptsächlich von diesem Branchenführer hergestelltFirma.

Die meisten anderen Firmen, die wir vertreten, füllen ihre Nische, indem sie eine engere Auswahl an spezialisierten Instrumenten herstellen. Beispielsweise stellen Daihen und Panasonic Schweißroboter her.

Methoden zur Organisation der automatisierten Produktion

Wenn wir von der Organisation der automatisierten Produktion sprechen, dann wurde zunächst ein starres lineares Prinzip umgesetzt. Bei einer ausreichend hohen Geschwindigkeit des Produktionszyklus hat dies jedoch einen erheblichen Nachteil - Ausfallzeiten aufgrund von Ausfällen. Als Alternative wurde die Rotationstechnologie erfunden. Bei einer solchen Produktionsorganisation bewegen sich sowohl das Werkstück als auch die automatisierte Linie selbst (Roboter) im Kreis. Maschinen können dabei Funktionen duplizieren, Ausfälle sind praktisch ausgeschlossen. In diesem Fall geht jedoch Geschwindigkeit verloren. Die ideale Prozessorganisation ist eine Mischung aus den beiden oben genannten. Es heißt Rotationsförderer.

Industrieroboter als Element der flexiblen automatischen Produktion

Moderne „intelligente“Geräte sind schnell umkonfiguriert, hochproduktiv und verrichten selbstständig Arbeiten mit ihren Geräten, bearbeiten Materialien und Werkstücke. Abhängig von den Besonderheiten der Verwendung können sie sowohl im Rahmen eines Programms als auch durch Variation ihrer Arbeit funktionieren, d. h. durch Auswahl des richtigen aus einer festen Anzahl von bereitgestellten Programmen.

Industrieroboter ist ein konstituierendes Element der flexiblen automatisierten Produktion (allgemein akzeptierte Abkürzung - GAP). Letztebeinh altet auch:

• computergestütztes Konstruktionssystem;
• Komplex der automatisierten Steuerung der technologischen Ausrüstung der Produktion;
• industrielle Roboterarme;
• Automatischer Produktionstransport;
• Lade-/Entlade- und Bestückungsgeräte;
• Fertigungsprozessleitsysteme;
• automatische Produktionssteuerung.

Mehr über die Praxis des Einsatzes von Robotern

Echte industrielle Anwendungen sind moderne Roboter. Ihre Typen sind unterschiedlich und sie sorgen für hohe Produktivität in strategisch wichtigen Industriebereichen. Insbesondere die moderne deutsche Wirtschaft verdankt ihrer Anwendung einen großen Teil ihres wachsenden Potenzials. In welchen Branchen arbeiten diese „Eisenarbeiter“? In der Metallbearbeitung funktionieren sie in fast allen Prozessen: Gießen, Schweißen, Schmieden, und sorgen für höchste Arbeitsqualität.

Als Industrie mit extremen Bedingungen für menschliche Arbeit (dh hohe Temperaturen und Umweltverschmutzung) ist das Gießen weitgehend robotisiert. Selbst in Gießereien werden Maschinen von Kuka montiert.

Auch die Lebensmittelindustrie erhielt von Kuka Equipment für Produktionszwecke. "Lebensmittelroboter" (Fotos sind im Artikel dargestellt) ersetzen größtenteils Menschen in Gebieten mit besonderen Bedingungen. Verteilt in der Produktion von Maschinen, die in beheizten Räumen ein Mikroklima liefernTemperatur nicht über 30 Grad Celsius. Edelstahlroboter verarbeiten meisterhaft Fleisch, beteiligen sich an der Produktion von Milchprodukten und stapeln und verpacken natürlich Produkte optimal.

Es ist schwierig, den Beitrag solcher Geräte zur Automobilindustrie zu überschätzen. Experten zufolge sind die leistungsstärksten und produktivsten Maschinen heute gerade „Cook“-Roboter. Fotos solcher Geräte, die die gesamte Bandbreite der Automontage ausführen, sind beeindruckend. Gleichzeitig ist es wirklich an der Zeit, über automatisierte Produktion zu sprechen.

Die Verarbeitung von Kunststoffen, die Herstellung von Kunststoffen, die Herstellung der komplexesten Teile aus verschiedenen Materialien wird von Robotern in der Produktion in einer verschmutzten Umgebung durchgeführt, die wirklich schädlich für die menschliche Gesundheit ist.

Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für "Cook"-Zuschlagstoffe ist die Holzbearbeitung. Darüber hinaus ermöglichen die beschriebenen Geräte sowohl die Erfüllung von Einzelaufträgen als auch den Aufbau einer Massenproduktion in großem Maßstab in allen Phasen - von der Hauptbearbeitung und dem Sägen bis zum Fräsen, Bohren und Schleifen.

Preise

Derzeit sind Roboter der Hersteller Kuka und Fanuc auf dem russischen und GUS-Markt gefragt. Ihre Preise reichen von 25.000 bis 800.000 Rubel. Ein solch beeindruckender Unterschied erklärt sich aus der Existenz verschiedener Modelle: Standard mit geringer Kapazität (5-15 kg), Spezial (Lösung spezieller Aufgaben), Spezial (Arbeiten in einer nicht standardmäßigen Umgebung), Großkapazität (bis zu 4000 Tonnen).

Schlussfolgerungen

Es muss anerkannt werden, dass das Potenzial von Industrierobotern noch nicht ausgeschöpft ist. Gleichzeitig ermöglichen moderne Technologien dank der Bemühungen von Spezialisten die Umsetzung immer kühnerer Ideen.

Die Notwendigkeit, die Produktivität der Weltwirtschaft zu steigern und den Anteil der intellektuellen menschlichen Arbeit zu maximieren, sind starke Anreize für die Entwicklung immer neuer Typen und Modifikationen von Industrierobotern.