Как промышленные манипуляторы трансформируют производство: ключевые преимущества

Источник: Unsplash

Промышленный роботизированный манипулятор состоит из множества узлов, каждый из которых выполняет специфическую функцию. Мобильные модели передвигаются на колесах или поршнях, но главная часть — манипулятор. Именно он выполняет ответственную работу: сварку, подъем и размещение, сортировку. Повреждение манипулятора фактически выводит робот из строя до ремонта.

Рассмотрим применение манипуляторов в производстве, историю, типы, причины популярности, риски и ведущих производителей.

История роботизированных манипуляторов в производстве

Первый функциональный программируемый манипулятор создан Джорджем Деволом в сотрудничестве с Джозефом Энгельбергером в 1954 году. Через два года они основали Unimation — первую компанию по промышленным роботам в США. Прорыв: в 1962 году General Motors впервые применила манипулятор Unimate на конвейере. К 1969 году заработал первый компьютерно-управляемый манипулятор. К 1973 году в Японии и Германии появились коммерческие 6-осевые модели. Сегодня производство почти полностью роботизировано, и этот тренд усилится.

Параметры, определяющие манипуляторы в производстве

Основные восемь параметров:

• Число осей: от 2 и выше. Чем больше осей, тем шире функционал.
• Рабочая оболочка: пространство, охватываемое манипулятором в полном вытяжении.
• Рабочее пространство: зона полного взаимодействия без столкновений.
• Грузоподъемность: максимальный вес груза, который манипулятор может поднять.
• Повторяемость: способность выполнять одни и те же задачи без потери скорости и точности.
• Управление движением: заданные траектории в рабочей зоне, регулируемые под задачу.
• Подвижность (Compliance): смещение сустава под действием силы.
• Привод: мощность мотора для создания движений, часто через шестеренные системы.

Типы роботизированных манипуляторов

Четыре основных типа, широко применяемые в отраслях, использующих роботов в производстве:

Портальный манипулятор (Gantry)

Источник: Pinterest

Оси совпадают с декартовой системой координат. Применяется как робот «захват-перемещение», для нанесения герметиков, обслуживания станков, MIG-сварки. Обычно имеет три призматических сустава.

Цилиндрический манипулятор

Оси образуют цилиндрическую систему координат. Используется для роботизированной сборки: обслуживание станков, сварка, работа с литьевыми машинами.

Артикулированный манипулятор

Минимум 3 вращательных сустава. Применяется в сборочных цехах, как робот для дуговой сварки, для распыления краски, литья под давлением.

Сферические манипуляторы

Оси образуют полярную систему координат. Не путать с цилиндрическими. Применяются как роботы для точечной сварки, манипуляторы для перемещения материалов, обслуживания станков, литья, в шлифовальных машинах, для газосварки.

Основные области применения манипуляторов в производстве

Источник: Pinterest

Роботизированное зрение

Обеспечивает осведомленность робота об окружении: распознавание объектов, предотвращение столкновений. Софтисованные сенсоры оценивают расстояния и скорости движущихся объектов, корректируя траекторию. Без зрения манипулятор — жесткий механизм по заданному пути.

Автоматизированные сварочные процессы

Точечная и дуговая сварка — основа авто- и авиастроения. Роботизированные сварочные системы занимают >50% задач манипуляторов в производстве. Высокие температуры делают работу опасной для людей.

Сборка

Авиация, автопром, электроника требуют точной сборки тяжелых деталей. Роботы сборочных линий справляются с весом и минимизируют ошибки. Роботизированные сборочные системы гарантируют скорость и точность, критичные для безопасности (авто, медтехника).

Автоматизированная покраска

Человеческая рука не дает такого равномерного покрытия, как робот. Покраска авто защищает от коррозии и солнца. Покрасочный робот обеспечивает идеальное качество.

Обслуживание станков и перемещение деталей

Ручная разгрузка сырья и загрузка в линию отнимает время. Робот для обслуживания станков ускоряет процесс и повышает точность. Бесшовное производство требует точной синхронизации.

Перемещение материалов

Автоматизация «захват-перемещение» — часть производства. Тяжелые грузы опасны для людей. Монотонность и требования к скорости делают роботов идеальными. Манипуляторы легко перемещают нагрузки >1 тонны, на что потребовалось бы много людей.

Почему манипуляторы предпочтительны в производстве

Рост роботизации не случаен. Выгоды перевешивают социальные издержки. Главные причины:

Безопасность

Источник: Pinterest

Снижение травматизма за счет замены людей и использования роботизированного зрения. Иски за производственные травмы были нормой с начала индустриальной революции. Безопасность растет с внедрением более продвинутых манипуляторов.

Скорость

Спрос обгоняет предложение. Высокоскоростной манипулятор решает проблему без потери качества. Люди не могут конкурировать по скорости.

Постоянство

Источник: Pinterest

Контроль качества критичен. Сырье меняется, но роботы выполняют повторяющиеся операции без вариаций качества продукции.

Точность

Минимальный допуск ошибок. Манипуляторы запрограммированы на идентичное выполнение задач. Продукция получается одинаковой по весу, упаковке, качеству — то, что ценят потребители.

Повышение производительности

Источник: Pinterest

Комбинация безопасности, скорости, постоянства и точности дает рост производительности. Роботы работают без перерывов и сна, заменяя команды людей на днях.

Тонкие операции

Источник: Pinterest

В электронике, медицине, фармацевтике брак недопустим. Микродатчики, миниатюрные инструменты невозможно собрать вручную. Только специализированные манипуляторы справляются с этим.

Гибкость

Источник: Pinterest

Главный плюс — перепрограммируемость. Робот можно переназначить на другую задачу, избегая излишков. Один робот может выполнить все роли на заводе за годы службы.

Коллаборативность

Источник: robots.com

Где нужен человеческий труд, применяются коллаборативные роботы, безопасно работающие рядом с людьми. Они повышают темп работы и снимают страх потери рабочих мест.

У производителей нет выбора

Источник: Pixabay

Как мир перешел от лошадей к авто, сегодня производители вынуждены внедрять роботизированные системы автоматизации. Игнорирование автоматизации — экономическое самоубийство: невозможно удержать конкурентоспособность.

Топ-5 производителей роботизированных манипуляторов

Гонка за лидерство в промышленной робототехнике разгоняет инновации. Ключевые игроки:

EVS

Китайский производитель промышленных роботов, специализирующийся на широком спектре решений для разных отраслей. Грузоподъемность 3–800 кг. Включает 6-осевые роботы: SCARA, дельта, взрывобезопасные и др. Применение: паллетизация, сварка, пробивка, резка, паллетизация, пик-плейс, обслуживание станков, манипулирование.

FANUC Corporation

Источник: fanuc.co.jp

Гигант робототехники с 1956 года (Япония). Пioonер сервомеханизмов. Линейка: SCARA, дельта, портальные, коллаборативные роботы. Высокие рейтинги, узнаваемые желтые корпуса.

ABB

Источник: global.abb

Более 400 000 установок по миру. Один из самых широках каталогов, отделение кастомизации. Бренд существует >100 лет, производя самые передовые фабричные манипуляторы.

EPSON Robots

Источник: epson.com

Известен принтерами, но давно в промышленных роботах. Роботизированное отделение выделилось из потребностей Seiko в часочном производстве. Дешевые SCARA-роботы EPSON — среди лучших. Также артикулированные и декартовы модели.

KUKA

Источник: kuka.com

Штаб-квартира в Аугсбурге. Крупнейший европейский производитель, продажи >3,2 млрд евро, 14 000+ сотрудников. KUKA широко представлена в робототехнике автопрома — главной отрасли Германии.

Промышленные роботы: безопасность персонала

Несмотря на снижение аварийности, риски остаются. Роботы еще не полностью автономны. Меры минимизации опасностей:

Самообучающиеся роботы

Самообучающиеся роботы улучшают себя, наблюдая за средой и адаптируясь к новым задачам. Мониторинг окружения делает их безопаснее для людей и других роботов. Разработка дорога, но со станут стандартом.

Регулярные инспекции

Обязательны для раннего выявления дефектов. Роботы не имеют самодиагностики, зависят от людей в обслуживании. Неисправный манипулятор угрожает качеству и физической безопасности персонала.

Обновление ПО

Ремонт и замена деталей должны сопровождаться обновлением софта. Улучшение программы повышает надежность всего робота. Гладко работающий код снижает риск сбоев и «бунта» машины.

Обучение безопасности

Люди и роботы могут работать вместе, но обучение обязательно. Люди устают, теряют концентрацию. На заводах строгие инструкции на стенах напоминают о бдительности.

Проектирование рабочих станций для роботов

Эффективный способ — отдельные зоны для роботов, изолированные от людей. Исключает контакты, дает роботу пространство для работы без маневров ухода от столкновений.

Запрет несанкционированного доступа

Сложные машины с дорогими технологиями. Только квалифицированные техники. Посторонние могут нарушить настройки, создавая угрозу.

Новые вызовы в применении манипуляторов

Автоматизация имеет барьеры, замедляющие полную интеграцию:

Стоимость

Источник: epson.com

Автоматизация дешевит в долгосрочной перспективе, но начальные вложения могут обанкротить компанию. Один сварочный робот стоит ~$40 000 без обслуживания. Непосильно для многих.

Кадровый дефицит

Источник: Pixabay

Нехватка экспертов по робототехнике тормозит автоматизацию. Дефицит техников и программистов не решен, а заводов с роботами растет. Риск простоя производства.

Долгое внедрение

Источник: Pixabay

Установка — полдела. Калибровка и настройка под задачу занимают месяцы. Плюс обучение промышленной робототехнике персонала. Может превратиться в убытки.

Саботаж

Распространены случаи отключения роботов недовольными рабочими, боющимися за рабочие места. Компании теряют миллионы на ремонте после умышленного вреда.

Заключение

Рост применения манипуляторов продолжится. Появление новых производителей снизит цены, делая роботов доступными даже малым заводам. В будущем дешевые манипуляторы можно будет заказать онлайн.

Если вы планируете создать компанию по производству манипуляторов, консультируйтесь с экспертами промышленной робототехники. Свяжитесь с нами — ответим на все вопросы.

Читайте также:

Рабочая область робота: что это и как используется?

Читать далее »

Применение портальных роботов

Читать далее »

Различные степени свободы в роботизированных манипуляторах: полное объяснение

Читать далее »