Промышленный робот-манипулятор: все могу и все умею

Одной из основных движущих сил автоматизации современного производства являются промышленные роботы-манипуляторы. Их разработка и внедрение позволили выйти предприятиям на новый научно-технический уровень выполнения задач, перераспределить обязанности между техникой и человеком, повысить производительность. О видах роботизированных помощников, их функционале и ценах поговорим в статье.

По причине повышенного спроса на роботизированные и автоматические устройства для разных сфер и отраслей, само понятие «робот» стало достаточно размытым. Кроме того, основные тезисы и термины были прописаны несколько десятилетий назад, задолго до бума электроники и массового производства. Для манипуляторов терминология также осталась без изменений: промышленный робот-манипулятор – это автоматическое устройство, выполненное в виде манипулятора («руки») с несколькими степенями подвижности под управлением ПО для выполнения двигательных или управляющих функций.

Помощник №1 – робот-манипулятор

Промышленность – фундамент большинства экономик мира. От качества предлагаемых товаров, объемов и ценообразования зависит доход не только отдельно взятого производства, но и государственного бюджета.

В свете активного внедрения автоматизированных линий и повсеместного использования умной техники возрастают требования к поставляемой продукции. Выдержать конкуренцию без использования автоматизированных линий или промышленных роботов-манипуляторов сегодня практически невозможно. По данным Международной федерации робототехники, пятью крупнейшими рынками сбыта для промышленности, на которую приходится до 74% всех мировых робототехнических устройств, являются Китай, Япония, Республика Корея, США и Германия.

Как устроен промышленный робот

Робот-манипулятор выглядит как огромная автоматизированная «рука» под контролем системы электроуправления. В конструкции устройств отсутствует пневматика или гидравлика, все построено на электромеханике. Это позволило сократить стоимость роботов и повысить их долговечность.

Промышленные роботы могут быть 4-х осевыми (используются для укладки и фасовки) и 6-ти осевыми (для остальных видов работ). Кроме того, роботы отличаются и в зависимости от степени свободы: от 2 до 6. Чем он выше, тем точнее манипулятор воссоздает движение человеческой руки: вращение, перемещение, сжатие/разжатие, наклоны и прочее.

Принцип действия устройства зависит от его программного обеспечения и оснащения, и если в начале своего развития основная цель была освобождение работников от тяжелого и опасного вида работ, то сегодня спектр выполняемых задач значительно возрос.

Управление манипулятором на производстве

Многие из нас, говоря о промышленных манипуляторах, представляют себе автоматизированную линию, где десятки робо-рук работают самостоятельно. И это один из самых популярных типов устройств – автономные. Такие роботы совершают запрограммированный цикл действий, согласно введенным алгоритмам, но также они могут самостоятельно корректировать свои действия в зависимости от ситуации. Несомненное их преимущество заключается в том, что для работы такой линии – человек не нужен.

Существуют и полуавтономные роботы. Их конструкции не оснащаются специальными сенсорами или датчиками, поэтому робот-манипулятор будет выполнять только предписанный алгоритм. Присутствие рабочего – обязательно.

Также есть и полностью управляемые оператором манипуляторы, хотя исходя из реалий современности приписка «робот» к ним не совсем применима.

Где используются промышленные роботы-манипуляторы

Если говорить, обо всех роботизированных манипуляторах, то сфера их применения бесконечно велика: от образования (один из самых популярных примеров — LEGO Mindstorm), до военного дела, например, для обезвреживания взрывоопасных устройств. Но наибольший спрос наблюдается именно в промышленности https://mentamore.com/robototexnika/primenenie-promyshlennyx-robotov.html.

Автоматизированные устройства представлены в широком ассортименте и используются в металлургии, легкой и пищевой промышленности. В зависимости от потребностей предприятия можно подобрать манипулятор, соответствующий функциональным обязанностям и бюджету.

Сельское хозяйство

Это одна из сфер, которая испытывает нехватку работников, поэтому инженеры ведут активную разработку промышленных роботов-манипуляторов для с/х. В Кембриджском университете была создана система Vegebot, которая необходима для налаживания автоматического сбора салата на полях. 

Медицина, фармакология

Компания KUKA создала медицинский робот-манипулятор на базе LBR iiwa — LBR Med. Устройство будет использоваться для помощи врачам в операционных.

Важность использования автоматических устройств заключается в том, чтобы минимизировать контакт человека с вредными или опасными веществами.

Kawasaki Heavy Industries создали манипулятор для фармацевтической промышленности для производства лекарственных препаратов.

Электроника

Промышленные манипуляторы используются для сборки различной электротехники: от сборки жестких дисков для компьютеров, с которой легко справляется 6-ти осевой Yaskawa Motoman MH12, до целых сборочных линий. Одни из лучших моделей по сборке сегодня создаются в iRobot и MOTOMAN.

Машиностроение, металлообработка

Для шлифовки, обработки деталей, сборки комлектующих используются манипуляторы. На заводе «Tesla» задействовано более 160 роботов-манипуляторов, которые устанавливают аккумуляторы и двигатели, внутренности салона автомобиля, подсоединяют все кабели и прочее.

И таких автоматизированных заводов в машиностроении сегодня большинство: на автомобильную промышленность приходиться 80% всех роботов-манипуляторов. В 2018 году в Сингапуре на 10 тыс. сотрудников в машиностроении приходился 831 робот, в Южной Корее на 10 тыс сотрудников 2435 единиц. 

Использование роботизированных помощников позволяет справляться одновременно с несколькими задачами:

• сокращение рабочих площадей и высвобождение специалистов (их опыт и знания могут быть использованы на другом участке);
• увеличение объемов производства;
• повышение качества продукции;
• благодаря непрерывности процесса сокращается цикл изготовления.

В Японии, Китае, США, Германии на предприятиях работает минимум сотрудников, обязанностью которых является лишь контроль работы манипуляторов и качество изготавливаемой продукции. Стоит отметить, что промышленный робот-манипулятор – это не только функциональный помощник в машиностроении или сварочном деле.

Автоматизированные устройства представлены в широком ассортименте и используются в металлургии, легкой и пищевой промышленности. В зависимости от потребностей предприятия можно подобрать манипулятор, соответствующий функциональным обязанностям и бюджету.

Виды промышленных роботов-манипуляторов

На сегодняшний день существует около 30 видов роботизированных рук: от универсальных моделей до узкоспециализированных помощников. В зависимости от выполняемых функций, механизмы манипуляторов могут отличаться: так например, это могут быть сварочные работы, резка, сверление, гибка, сортировка, укладка и упаковка товаров.

В отличие от существующего стереотипа о дороговизне роботизированной техники, каждое, даже небольшое предприятие, сможет приобрести подобный механизм. Небольшие универсальные роботы-манипуляторы с небольшой грузоподъемностью (до 5кг) ABB, Kawasaki и FANUC будут стоить от 2 до 4 тысяч долларов.
Несмотря на компактность устройств, они способны увеличить скорость работы и качество обработки изделий. Под каждого робота будет написано уникальное ПО, которое в точности координирует работу агрегата.

Узкоспециализированные модели

Роботы сварщики нашли свое наибольшее применение в машиностроении. Благодаря тому, что устройства способны сваривать не только ровные детали, но и эффективно проводить сварочные работы под углом, в труднодоступных местах устанавливают целые автоматизированные линии.

Запускается конвейерная система, где каждый робот за определенное время проделывает свою часть работы, а после линия начинает двигаться к следующему этапу. Организовать такую систему с людьми достаточно непросто: никто из работников не должен отлучаться ни на секунду, в противном случае сбивается весь производственный процесс, либо появляется брак.

Сварщики

Самыми распространенными вариантами являются сварочные роботы. Их производительность и точность в 8 раз выше, чем у человека. Такие модели могут выполнять несколько видов сварки: дуговая или точечная (в зависимости от ПО).

Лидерами в данной области считаются промышленные роботы-манипуляторы Kuka. Стоимость от 5 до 300 тысяч долларов (в зависимости от грузоподъемности и функций).

Сборщики, грузчики и упаковщики

Тяжелый и вредный для человеческого организма труд стал причиной появления в этой отрасли автоматизированных помощников. Роботы упаковщики за считанные минуты подготавливают товар к отгрузке. Стоимость таких роботов до 4 тысяч долларов.

Производители ABB, KUKA, FANUC и Epson предлагают воспользоваться устройствами для подъема тяжелых грузов весом больше 1 тонны и транспортировку от склада к месту погрузки.

Робот для термопластавтоматов

Для работы (литье) с пластмассовыми изделиями используются роботы ТПА. Использование литьевых агрегатов сокращает время цикла, позволяет сократить расходы, повысить качество производимой продукции.

Среди производителей ТПА разработкой и производством роботизированных систем занимаются: Arburg (Германия), Engel (Австрия), Husky (Канада-США-Люксембург). 

Производители промышленных роботов манипуляторов

Бесспорными лидерами в данной отрасли считаются Япония и Германия. На их долю приходится более 50% всей роботизированной техники. Конкурировать с гигантами, непросто, однако, и в странах СНГ постепенно появляются собственные производители и стартапы.

KNN Systems. Украинская компания является партнером немецкой Kuka и занимается разработкой проектов по роботизации процессов сварки, фрезеровки, плазменной резки и паллетизации. Благодаря их ПО промышленный робот может быть перенастроен под новый вид задач всего за один день.

Rozum Robotics (Беларусь). Специалисты компании разработали промышленный робот-манипулятор PULSE, отличающийся своей легкостью и простотой в использовании. Устройство подходит для сборки, упаковки, склеиванию и перестановки деталей. Цена робота в районе 500 долларов.

«АРКОДИМ-Про» (Россия). Занимается выпуском линейных роботов-манипуляторов (двигаются по линейным осям), используемых для литья пластика под давлением. Кроме того, роботы ARKODIM могут работать, как часть конвейерной системы, и выполнять функции сварщика или упаковщика.

Промышленные роботы – хороший вариант внедрения принципа бережливости: достижении лучших результатов при меньшем потреблении ресурсов, минимум ошибок, точный расчет. 

Согласно отчетам IFR в 2018 году было отгружено более 422 000 единиц роботов манипуляторов (на 6% больше, чем в 2017 году). Объем продаж автоматизированных устройств составил 16,5 млрд. долл, а в 2020-2022 гг увеличится еще на 12%. И это вполне естественно, ведь несмотря на большой интерес в промышленности еще много сегментов и задач, где могут быть полезны манипуляторы.