Компактни индустриални роботи

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8/2015 • 17.12.2015

Компактни индустриални роботи
Компактни индустриални роботи
Компактни индустриални роботи

Oт роботите с малка товароподемност обикновено се изисква да заемат малко пространство, да са с модулна конструкция, с интегрирана механика и електроника, а също и да разполагат с датчици и възможности за управление, така че да могат да извършват операциите максимално точно. Сегментът на тези изделия типично включва роботи и роботизирани рамена с ограничен обхват на радиално преместване, способни да носят до 20 кг. Индустриалните роботи с малка товароподемност могат да бъдат монтирани на много по-лека основа, отколкото паралелните роботи (чиито две рамена се движат паралелно), което съществено намалява разходите и улеснява вграждането им в специализирана клетка – система, включваща самия робот, управляващ контролер и разнообразна периферия. Устойчивата конструкция, проектирана за работа в промишлени условия, осигурява високата степен на повторяемост на извършваните операции в работното пространство на робота. Поради тяхната универсалност и гъвкавост, моделите с малка товароподемност се използват в повечето съвременни производства. Те могат да извършват различни операции в каквото и положение в пространството да бъдат монтирани и са много подходящи за приложения, в които пестенето на пространство и разходи са приоритет.

Приложения
Обичайното поле на приложение на роботите с малка товароподемност са обслужващите функции (оттам и понятието “обслужваща роботика”), включително в индустриална среда, където роботът е в ролята на асистент в производствения процес, т. е. работи в близост до и в пряко взаимодействие с хората. Предназначението на този вид роботи е да помагат на хората при изпълнението на задачи, с които традиционните индустриални роботи все още не могат да се справят, като сглобяването и операциите, свързани с преместване. Роботите с малка товароподемност се справят изключително добре и с точково съединяване, както и с изработката на цели шевове чрез запояване/заваряване и при всякакви задачи, изискващи висока точност. В дъговото заваряване роботите с малка товароподемност спомагат за значително ускоряване на процеса. Дори и извършването на по-лека работа, като тестване на компоненти, монтиране на малки детайли или шлифоване, полиране, сглобяване, както и подаване и сваляне на елементи към/от машина, може да се повери на роботите от категорията с малка товароподемност.

Проектирането на роботи с малка товароподемност
се различава от това на големите индустриални роботи, които се използват предимно за еднообразни операции по позициониране в добре структурирана и предварително фиксирана работна среда. За да се постигне висока точност и повторяемост при позиционирането, рамената на големите индустриални роботи представляват по подразбиране тежки механизми с много ограничени движения. Те могат да изпълняват задачите си чрез относително просто регулиране. От друга страна, за осигуряването на по-голяма подвижност при ниско енергопотребление и за гарантиране на безопасността на хората в случай на повреда на робота, в много случаи се изисква компактна конструкция с малка товароподемност. Нещо повече, тъй като разположението на робота и на околните обекти няма как да е известно предварително (поради спецификите на производството и технологичната линия), такъв тип робот не може да разчита на свръхпрецизност в позиционирането на компонентите или детайлите в технологичния процес. По-полезно в такава производствена среда е подходящата промяна в поведението според условията, при което роботизираното рамо може да компенсира неточностите и да ограничи външните въздействия дори и в случай на неточна информация за околната обстановка.

Общото за тези роботи е:
Компактната конструкция. За механизмите на робота се използват леки метали или композитни материали. Нещо повече, проектирането на цялата система (контролери, захранване) е оптимизирано с оглед намаляването на нейното общо тегло и по-високата й мобилност.
Ниското потребление на енергия поради по-малката инерционна сила при преместване. Ниското енергопотребление има предимства както поради изискванията за безопасност (новите стандарти в областта на роботиката определят като безопасни роботите с механична мощност под 80 W), така и от гледна точка на по-добрата мобилност.
Гъвкавостта на системата от предавки. За да се увеличи производителността и/или безопасността на ръката-робот, в някои прототипи е въведена допълнителна (често и променлива) степен на свобода в ставните връзки.
В основата на конструирането на компактни роботи са и по-комплексните алгоритми за управление, които да осигурят надеждна работа (с оглед неопределеността в позиционирането на детайли при производството на различни изделия), както и активното поддържане на безопасността за хората и робота, докато изпълняват заедно определени задачи.
Управлението при позиционирането трябва да компенсира следствията от присъщата на робота гъвкавост (поради вибрации или грешки при заемането на устойчиво положение) и да осигури достигането до точното място и следването на определена траектория. Този проблем съществува (макар и в по-малка степен) и при големите индустриални роботи, движещи се с високи скорости.
Роботът се нуждае от алгоритми за управление, които предотвратяват неочаквани сблъсъци с околни предмети и с хора, и инициират съответната безопасна за човека реакция. При никакви обстоятелства роботът не бива да представлява заплаха за хората.

Предимства на малките индустриални роботизирани рамена
Винаги е важно да се избере точният инструмент за конкретната задача. Същото практическо правило важи и при избор на индустриални роботизирани рамена. По-големите роботи са по-стабилни и с по-голям обсег на действие. Те могат да повдигат тежки предмети и да достигат по-далечни точки. Малките индустриални роботизирани рамена са по-подходящи за задачи, в които се оперира с товари с малко тегло и при ограничено работно пространство.
Компактно конструираните роботи-помощници за малки и средни предприятия са сред най-актуалните новости в автоматизацията. Основна причина за все по-масовото им приложение в леките, малогабаритни производства по цял свят, е че тази гъвкава технология за автоматизация вече е достъпна на много по-ниска цена.
Ако теглото на повдигания детайл е под 20 кг и разстоянието, което трябва да се преодолее, е по-малко от 1300 мм, най-доброто решение е малката индустриална ръка-робот. Компактните роботизирани рамена са идеални за сглобяване, обслужване на машина, вдигане и поставяне, разпределяне и за много други функции. Използват се в много производства – от фармацевтиката и електрониката до хранително-вкусовата промишленост и пакетирането.

Предимства
Малките индустриални роботизирани рамена като цяло не са толкова скъпи, колкото по-големите модели. Вариантите с отремонтиране и преоборудване дават още повече възможности за икономии на средства. Те са леки на тегло и компактни, така че могат да бъдат инсталирани на най-различни места: на тавана, на стената, на масата, на работна маса, на пода и т. н. Това позволява по-творчески подход при проектирането на конкретния работен участък и по-ефективно използване на наличното пространство.
По-малките роботи осигуряват скорост, повторяемост и прецизност на изключително високо ниво. Те помагат на предприятията да съкратят времето на производствения цикъл и да повишат производителността.
Главната цел на компактните индустриални роботи е да не допускат сблъсък с човека оператор, като при това продължават да изпълняват поставената им задача. Те реагират и на най-малката външна сила, за да елиминират възможността за такъв сблъсък. По време на операции по сглобяване, за разлика от роботите, чието управление зависи строго от позиционирането, компактното роботизирано рамо може да открие, точно да вземе и прецизно да съедини детайлите, дори и те да не са правилно подредени в магазинната кутия.

Основни характеристики
Новото поколение малки, интелигентни индустриални роботи имат за цел да се впишат органично в съществуващия технологичен процес и да повишат производителността на човешкия труд. Наречени са “спомагателни” (колаборативни) технологични средства и са предназначени да се ползват във взаимодействие с работещите редом с тях хора в т. нар. колаборативни приложения.
Няколко са общите характеристики на тези роботизирани рамена, които поставиха началото на новата ера в съвместната работа между човека и робота. Тези характеристики са ключовият фактор, направил този тип роботи идеални дори за комплексни и прецизни, високоскоростни задачи със строги изисквания за точност, при които хора и роботи работят рамо до рамо.

Безопасност и намаляване на разходите
Намаляването на разходите и повишаването на безопасността са причина за интегрирането на роботи във все повече производства. От една страна, благодарение на технологичния напредък днес цените на хардуера и софтуера са много по-ниски. От друга, интегрирането в самия робот на функции, следящи за безопасността, премахва необходимостта от затварянето му в отделно пространство или съществено намалява разходите за обособяването на такова. По-конкретно, допълнителните разходи за технически средства за осигуряване на защитата на работещите, съответното външно окабеляване и пространствените изисквания отпадат благодарение на възможността за използване на компактни индустриални роботи. Те следят за поява на външна съпротивителна сила с повишена безопасност и възможност за гъвкава реакция според обстановката. Роботът може да се настрои така, че да спира веднага щом срещне дори и малка съпротивителна сила. Вградените технологии за ограничение на мощността и силата позволяват безопасна съвместна работа на хората с робота. Конструкцията на компактните индустриални роботи типично се състои от основна конструкция (скелет), малки двигатели и уплътнителен запълващ материал с подходяща външна обвивка. При сблъсък с робота силата се поглъща от мекия пълнеж. Импулсът на силата е малък и поради системата за регулиране на скоростта, което гарантира, че човекът-оператор няма да бъде засегнат.
Компактните роботи са с вградени датчици за въртящия момент. В случай на неочаквано съприкосновение, роботите моментално намаляват скоростта на движението си, откъдето следва и ограничаване на кинетичната енергия и импулса на силата до нива, при които няма опасност от нараняване.
Напоследък механиката на роботите стана по-опростена и усилията се насочват към технически решения, осигуряващи по-висока точност при работата чрез използването на датчици и микроконтролерно управление. Сензорите вече са компоненти на достъпна цена, които могат по-масово да се използват в роботите, без това да натоварва общите разходи по изработката им. Те не само повишават сигурността и точността на роботите, но също така им дават сведения за динамично променящата се обстановка наоколо.

Опростеност и гъвкавост
Важен фактор за внедряването на роботиката във все повече отрасли на индустриалното производство е това, че използването на роботите става все по-опростено и гъвкаво. Малкото тегло на компактните роботи дава възможност да се местят от едно работно място на друго. В тях е заложена интуитивна и лесна за усвояване методика за програмиране. Операторът може лесно и бързо да обучи робота, като направи демонстрация и направлява ръката до желаното местоположение. Роботът запаметява координатите, без да е необходимо операторът да има някакви специални познания в програмирането му. Някои модели могат да бъдат управлявани чрез графичен интерфейс. Особено привлекателна е възможността да се използват вече разработени за конкретната производствена среда средства за интерфейс. Това осигурява лесна интеграция към използвания в предприятието софтуер и премахва необходимостта да се купува нов от външни доставчици.

Нови перспективи
Колаборативните роботи минимизират разходите на производителите, което за първи път прави инвестирането в роботи изгодно решение за малките предприятия, осигуряващо по-бърза възвръщаемост. Още по-привлекателни са възможностите за организиране на нови, по-гъвкави и персонализирани производства. Компактните индустриални роботи отварят вратите за проектирани според нуждите изпълнителни механизми, идеално вместващи се в малко пространство и сглобявани непосредствено преди интегриране.
Спомагателните роботи разкриват пътя за изцяло нови решения за автоматизация, които са били невъзможни по-рано заради изискванията за безопасност и сериозните разходи. Сега хора и роботи могат да споделят едно и също работно място и оптимално да си поделят задачите. Компактните индустриални роботи са не само помощници, до и с които е безопасно да се работи. Те премахват потенциалния риск за хората, поемайки отговорността за опасните операции (с използване на остри инструменти и др.), и повишават качеството на произвежданите изделия, като в допълнение го поддържат постоянно благодарение на способността си да работят много прецизно.

Европейският пазар на компактни индустриални роботи
Британската компания за маркетингови проучвания в електрониката IMS Research предвижда, че от 2011 до 2016 г. приходите от продажби на роботи със ставни връзки и товароподемност до 15 кг. ще са нараснали средно с по 6% годишно. Основният принос за този растеж се дължи на инвестициите в автоматизация в хранително-вкусовата промишленост и в производството на потребителска електроника.
Понастоящем индустриални роботи се използват масово най-вече за тежки задачи като заваряване, палетиране и сглобяване. Но в последните години беше постигнат значителен напредък в усъвършенстването на датчиците и в технологиите за наблюдение и захващане, което позволи роботите да намират все по-широко приложение в различни производства, както и в неподозирани досега отрасли. Според прогнозите, към 2016 г. хранително-вкусовата промишленост и потребителската електроника са двата най-бързо растящи пазара за компактните индустриални роботи с малка товароподемност, като средният темп на годишен растеж на продажбите в тези сегменти е съответно 8,6% и 8%. Именно в тези отрасли обичайно се извършват операции, в които се борави с изделия с малко тегло.
Що се отнася до производството на потребителска електроника, то се характеризира с много трудоемки процедури по сглобяване. Интересът към индустриалните роботи се увеличава значително в трудоемките производства, тъй като предприятията се стремят да автоматизират процесите и да съкращават разходите за труд. В хранително-вкусовата промишленост увеличената интеграция на компактни индустриални роботи се дължи по-скоро на това, че този отрасъл се поддава по-малко на колебанията вследствие на промените в общото икономическо положение, отбелязват от IMS Research.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top