Robot công nghiệp. Robot trong sản xuất. Robot tự động hóa

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Những thiết bị này ngày nay đặc biệt có nhu cầu trong nền kinh tế quốc dân. Một robot công nghiệp, có chút tương đồng với nguyên mẫu của nó trong cuốn sách Rise of the Robots của K. Chapek, hoàn toàn không nuôi sống những ý tưởng mang tính cách mạng. Ngược lại, anh ấy thực hiện một cách tận tâm và với độ chính xác cao cả quy trình sản xuất chính (lắp ráp, hàn, sơn) và phụ (bốc xếp, sửa chữa sản phẩm trong quá trình sản xuất, di chuyển).

Việc sử dụng những chiếc máy "thông minh" như vậy góp phần giải quyết hiệu quả ba vấn đề sản xuất lớn:

• nâng cao năng suất lao động;
• cải thiện điều kiện làm việc của mọi người;
• tối ưu hóa việc sử dụng nguồn nhân lực.

Robot công nghiệp là sản phẩm trí tuệ của quá trình sản xuất quy mô lớn

Robot trong sản xuất ồ ạt lan rộng vào cuối thế kỷ 20 do sự gia tăng đáng kể trong sản xuất công nghiệp. Hàng loạt sản phẩm lớn đã dẫn đến nhu cầu về cường độ và chất lượng công việc, hiệu suất vượt quá khả năng khách quan của con người. Thay vì sử dụng hàng nghìn công nhân lành nghề, các nhà máy công nghệ hiện đại hoạt độngnhiều dây chuyền tự động hiệu suất cao hoạt động theo chu kỳ gián đoạn hoặc liên tục.

Các nhà lãnh đạo trong việc phát triển các công nghệ như vậy, tuyên bố sử dụng rộng rãi robot công nghiệp, là Nhật Bản, Hoa Kỳ, Đức, Thụy Điển và Thụy Sĩ. Robot công nghiệp hiện đại được sản xuất ở các nước trên được chia thành hai nhóm lớn. Các loại của họ được xác định bằng cách thuộc về hai phương pháp quản lý cơ bản khác nhau:

• máy thao tác tự động;
• thiết bị do con người điều khiển từ xa.

Chúng được sử dụng để làm gì?

Nhu cầu về sự sáng tạo của chúng bắt đầu được thảo luận vào đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, tại thời điểm đó không có cơ sở yếu tố nào để thực hiện kế hoạch. Ngày nay, tuân theo mệnh lệnh của thời đại, máy móc rô bốt được sử dụng trong hầu hết các ngành công nghệ tiên tiến nhất.

Thật không may, việc tái trang bị toàn bộ các ngành công nghiệp với những máy móc "thông minh" như vậy bị cản trở do thiếu đầu tư. Mặc dù lợi ích của việc sử dụng chúng rõ ràng vượt quá chi phí tiền tệ ban đầu, bởi vì chúng cho phép chúng ta nói không chỉ và không quá nhiều về tự động hóa mà còn về những thay đổi sâu sắc trong lĩnh vực sản xuất và lao động.

Việc sử dụng robot công nghiệp giúp thực hiện hiệu quả hơn những công việc vượt quá sức người về cường độ lao động và độ chính xác: xếp / dỡ, xếp, phân loại, định hướng các bộ phận; chuyển phôi từ rô bốt này sang rô bốt khác và thành phẩm vào kho; hàn điểm và hàn đường nối; lắp ráp các bộ phận cơ khí và điện tử; đặt cáp; cắtkhoảng trống dọc theo một đường viền phức tạp.

Người điều khiển như một phần của robot công nghiệp

Về mặt chức năng, một chiếc máy “thông minh” như vậy bao gồm một ACS có thể lập trình lại (hệ thống điều khiển tự động) và một cơ thể làm việc (hệ thống di chuyển và một bộ điều khiển cơ học). Nếu ACS thường khá nhỏ gọn, bị che khuất trực quan và không bắt mắt ngay, thì cơ quan làm việc có vẻ ngoài đặc trưng đến mức robot công nghiệp thường được gọi như sau: “robot thao tác”.

Theo định nghĩa, máy thao tác là một thiết bị di chuyển bề mặt làm việc và đối tượng lao động trong không gian. Các thiết bị này bao gồm hai loại liên kết. Đầu tiên cung cấp một phong trào tiến bộ. Thứ hai là phép dời hình. Các liên kết tiêu chuẩn như vậy sử dụng truyền động khí nén hoặc thủy lực (mạnh hơn) cho chuyển động của chúng.

Người chế tác, được tạo ra bằng cách tương tự với bàn tay con người, được trang bị một thiết bị kẹp công nghệ để làm việc với các bộ phận. Trong các thiết bị khác nhau thuộc loại này, việc cầm nắm trực tiếp thường được thực hiện bằng các ngón tay cơ học. Khi làm việc với các bề mặt phẳng, các vật thể được chụp bằng cách sử dụng các giác hút cơ học.

Nếu người chế tác phải làm việc đồng thời với nhiều phôi giống nhau, thì việc chụp lại được thực hiện nhờ một thiết kế mở rộng đặc biệt.

Thay vì kẹp, thợ chế tác thường được trang bị thiết bị hàn di động, súng phun công nghệ đặc biệt, hoặc đơn giản làtuốc nơ vít.

Cách robot di chuyển

Robot tự động thường thích ứng với hai loại chuyển động trong không gian (mặc dù một số trong số chúng có thể được gọi là đứng yên). Nó phụ thuộc vào các điều kiện của một sản xuất cụ thể. Nếu cần đảm bảo chuyển động trên bề mặt nhẵn, thì nó được thực hiện bằng cách sử dụng ray một chiều. Nếu nó được yêu cầu làm việc ở các mức độ khác nhau, hệ thống "đi bộ" với các cốc hút khí nén được sử dụng. Một robot di chuyển được định hướng hoàn hảo cả về tọa độ không gian và góc. Các thiết bị định vị hiện đại của các thiết bị như vậy là thống nhất, chúng bao gồm các khối công nghệ và cho phép chuyển động chính xác cao của các phôi nặng từ 250 đến 4000 kg.

Thiết kế

Việc sử dụng chính xác các máy móc tự động được đề cập trong các ngành công nghiệp đa ngành đã dẫn đến sự thống nhất nhất định của các khối cấu thành chính của chúng. Các nhà chế tác rô bốt công nghiệp hiện đại có trong thiết kế của họ:

• khung được sử dụng để gắn chặt thiết bị gắp bộ phận (gắp) - một loại "bàn tay" thực sự thực hiện quá trình xử lý;
• nắm bằng thanh dẫn hướng (cái sau xác định vị trí của "bàn tay" trong không gian);
• hỗ trợ các thiết bị truyền động, chuyển đổi và truyền năng lượng dưới dạng mô-men xoắn lên trục (nhờ chúng, robot công nghiệp nhận được tiềm năng chuyển động);
• hệ thống giám sát và quản lý việc thực hiện các chương trình được giao cho nó; chấp nhận các chương trình mới; phân tích thông tin đến từ các cảm biến, và theo đó,chuyển nó sang thiết bị cung cấp;
• hệ thống định vị của bộ phận làm việc, đo các vị trí và chuyển động dọc theo trục thao tác.

Buổi bình minh của robot công nghiệp

Hãy quay trở lại quá khứ gần đây và nhớ lại lịch sử hình thành máy tự động công nghiệp bắt đầu như thế nào. Những người máy đầu tiên xuất hiện ở Hoa Kỳ vào năm 1962, và chúng được sản xuất bởi Union Incorporated và Versatran. Mặc dù, chính xác mà nói, họ vẫn cho ra mắt robot công nghiệp Unimate, được tạo ra bởi kỹ sư người Mỹ D. Devol, người đã được cấp bằng sáng chế cho súng tự hành của riêng mình được lập trình bằng cách sử dụng các thẻ đục lỗ. Đó là một bước đột phá kỹ thuật rõ ràng: máy móc "thông minh" ghi nhớ tọa độ của các điểm tham chiếu trên tuyến đường của chúng và thực hiện công việc theo chương trình.

Robot công nghiệp đầu tiên của Unimate được trang bị bộ kẹp hai ngón tay được dẫn động bằng khí nén và cánh tay được dẫn động bằng thủy lực năm bậc tự do. Đặc điểm của nó giúp nó có thể di chuyển một bộ phận nặng 12 kg với độ chính xác 1,25 mm.

Một cánh tay robot khác của Versatran, do công ty cùng tên chế tạo, tải và dỡ 1.200 viên gạch mỗi giờ vào lò nung. Ông đã thay thế thành công công việc của con người trong một môi trường có hại cho sức khỏe của họ với nhiệt độ cao. Ý tưởng tạo ra nó hóa ra rất thành công và thiết kế đáng tin cậy đến mức một số máy của thương hiệu này vẫn tiếp tục hoạt động trong thời đại của chúng ta. Và điều này bất chấp thực tế là tài nguyên của họ đã vượt quá hàng trăm nghìn giờ.

Lưu ý rằng thế hệ rô bốt công nghiệp đầu tiên trongvề giá trị, nó giả định 75% cơ khí và 25% điện tử. Việc điều chỉnh lại các thiết bị như vậy cần thời gian và gây ra thời gian ngừng hoạt động của thiết bị. Để sử dụng lại chúng để thực hiện công việc mới, chương trình điều khiển đã được thay thế.

Máy rô-bốt thế hệ thứ hai

Điều đó sớm trở nên rõ ràng: mặc dù có tất cả những ưu điểm, nhưng máy móc của thế hệ đầu tiên hóa ra lại không hoàn hảo … Thế hệ thứ hai giả định khả năng điều khiển tinh vi hơn của robot công nghiệp - thích ứng. Những thiết bị đầu tiên yêu cầu phải sắp xếp thứ tự môi trường mà chúng hoạt động. Trường hợp thứ hai thường có nghĩa là chi phí bổ sung cao. Điều này trở nên quan trọng đối với sự phát triển của sản xuất hàng loạt.

Giai đoạn phát triển mới được đặc trưng bởi sự phát triển của nhiều cảm biến. Với sự giúp đỡ của họ, robot đã nhận được một chất lượng gọi là “cảm giác”. Anh ta bắt đầu tiếp nhận thông tin về môi trường bên ngoài và phù hợp với nó, chọn cách hành động tốt nhất. Ví dụ, anh ta có được các kỹ năng cho phép anh ta tham gia và vượt qua chướng ngại vật bằng nó. Hành động này xảy ra do bộ vi xử lý xử lý thông tin nhận được, thông tin này được đưa vào các biến của chương trình điều khiển, thực sự được hướng dẫn bởi rô bốt.

Các loại hoạt động sản xuất cơ bản (hàn, sơn, lắp ráp, các loại gia công) cũng có thể điều chỉnh. Nghĩa là, khi thực hiện từng công việc đó, đa phương sẽ được khởi tạo để cải thiện chất lượng của bất kỳ loại công trình nào ở trên.

Người thao tác trong công nghiệp chủ yếu được điều khiển bằng phần mềm. Kiểm soát phần cứngchức năng là máy tính mini công nghiệp PC / 104 hoặc MicroPC. Lưu ý rằng điều khiển thích ứng dựa trên phần mềm đa biến. Hơn nữa, quyết định lựa chọn loại hoạt động chương trình được thực hiện bởi rô bốt dựa trên thông tin về môi trường được mô tả bởi các máy dò.

Một tính năng đặc trưng về hoạt động của robot thế hệ thứ hai là sự hiện diện sơ bộ của các chế độ hoạt động đã thiết lập, mỗi chế độ được kích hoạt ở một số chỉ số nhất định thu được từ môi trường bên ngoài.

Thế hệ thứ ba của người máy

Robot tự động thế hệ thứ ba có thể tạo ra một chương trình hành động của chúng một cách độc lập, tùy thuộc vào nhiệm vụ và hoàn cảnh của môi trường bên ngoài. Họ không có "bảng gian lận", tức là, vẽ các hoạt động công nghệ cho một số biến thể của môi trường bên ngoài. Họ có khả năng độc lập xây dựng tối ưu thuật toán cho công việc của mình, cũng như nhanh chóng triển khai nó trong thực tế. Chi phí cho phần điện tử của một robot công nghiệp như vậy cao gấp mười lần so với phần cơ khí của nó.

Robot mới nhất, nắm bắt một phần nhờ cảm biến, "biết" nó đã làm điều đó tốt như thế nào. Ngoài ra, bản thân lực kẹp (lực phản hồi) được điều chỉnh tùy thuộc vào độ mỏng manh của vật liệu bộ phận. Có lẽ vì vậy mà thiết bị của thế hệ robot công nghiệp mới được gọi là thông minh.

Như bạn hiểu, “bộ não” của một thiết bị như vậy là hệ thống điều khiển của nó. Triển vọng nhất là quy định được thực hiện theo các phương pháp nhân tạotrí thông minh.

Trí thông minh cho các máy này được cung cấp bởi các gói ứng dụng, bộ điều khiển logic có thể lập trình, các công cụ mô hình hóa. Trong sản xuất, các robot công nghiệp được nối mạng, cung cấp mức độ tương tác thích hợp giữa hệ thống máy móc giữa con người. Ngoài ra, các công cụ đã được phát triển để dự đoán hoạt động của các thiết bị như vậy trong tương lai nhờ mô phỏng phần mềm được triển khai, cho phép bạn chọn các tùy chọn tốt nhất cho cấu hình hành động và kết nối mạng.

Các công ty robot hàng đầu thế giới

Ngày nay, việc sử dụng robot công nghiệp được cung cấp bởi các công ty hàng đầu, bao gồm Nhật Bản (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), Mỹ (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), Đức (Kuka).

Các hãng này có gì nổi tiếng trên thế giới? Tài sản của Fanuc bao gồm rô bốt delta nhanh nhất M-1iA cho đến nay (những máy như vậy thường được sử dụng để đóng gói), rô bốt nối tiếp mạnh nhất - M-2000iA, rô bốt hàn ArcMate được toàn thế giới công nhận.

Robot công nghiệp do Kuka sản xuất đang có nhu cầu không kém. Những máy này thực hiện quá trình gia công, hàn, lắp ráp, đóng gói, xếp hàng, xếp dỡ với độ chính xác của Đức.

Ấn tượng nữa là dòng sản phẩm của công ty Motoman (Yaskawa) Nhật-Mỹ, đang hoạt động tại thị trường Mỹ: 175 mẫu robot công nghiệp, cũng như hơn 40 giải pháp tích hợp. Robot công nghiệp được sử dụng trong sản xuất ở Mỹ hầu hết được sản xuất bởi những người dẫn đầu ngành công nghiệp nàycông ty.

Hầu hết các công ty khác mà chúng tôi đại diện đều lấp đầy thị trường ngách của họ bằng cách sản xuất một loạt các dụng cụ chuyên dụng hẹp hơn. Ví dụ, Daihen và Panasonic sản xuất robot hàn.

Phương pháp tổ chức sản xuất tự động

Nếu chúng ta nói về việc tổ chức sản xuất tự động, thì lúc đầu, một nguyên tắc tuyến tính cứng nhắc đã được thực hiện. Tuy nhiên, ở tốc độ đủ cao của chu kỳ sản xuất, nó có một nhược điểm đáng kể - thời gian chết do hỏng hóc. Để thay thế, công nghệ quay được phát minh. Với cách tổ chức sản xuất như vậy, bản thân cả phôi và dây chuyền tự động (rô bốt) đều chuyển động theo hình tròn. Máy móc trong trường hợp này có thể trùng lặp chức năng và trên thực tế đã loại trừ lỗi hỏng hóc. Tuy nhiên, trong trường hợp này, tốc độ bị mất. Tổ chức quy trình lý tưởng là sự kết hợp của hai quy trình trên. Nó được gọi là băng tải quay.

Robot công nghiệp như một yếu tố của sản xuất tự động linh hoạt

Các thiết bị "thông minh" hiện đại được cấu hình lại nhanh chóng, năng suất cao và thực hiện công việc một cách độc lập bằng cách sử dụng thiết bị, vật liệu gia công và phôi của họ. Tùy thuộc vào các chi tiết sử dụng cụ thể, chúng có thể hoạt động cả trong khuôn khổ của một chương trình và bằng cách thay đổi công việc của chúng, tức là chọn một chương trình phù hợp từ một số chương trình được cung cấp cố định.

Robot công nghiệp là một yếu tố cấu thành của sản xuất tự động linh hoạt (viết tắt được chấp nhận chung - GAP). Cuốicũng bao gồm:

• hệ thống thiết kế hỗ trợ máy tính;
• phức hợp kiểm soát tự động thiết bị công nghệ sản xuất;
• cánh tay robot công nghiệp;
• Vận chuyển sản xuất tự động;
• thiết bị xếp / dỡ hàng và sắp xếp;
• hệ thống kiểm soát quy trình sản xuất;
• kiểm soát sản xuất tự động.

Thông tin thêm về thực hành sử dụng robot

Ứng dụng công nghiệp thực sự là những con robot hiện đại. Các loại của chúng khác nhau và chúng mang lại năng suất cao trong các lĩnh vực quan trọng chiến lược của ngành. Đặc biệt, nền kinh tế Đức hiện đại có nhiều tiềm năng ngày càng tăng nhờ ứng dụng của chúng. Những "công nhân sắt" này làm việc trong những ngành nào? Trong gia công kim loại, chúng hoạt động trong hầu hết các quy trình: đúc, hàn, rèn, mang lại chất lượng công việc cao nhất.

Là một ngành công nghiệp có điều kiện lao động khắc nghiệt của con người (có nghĩa là nhiệt độ cao và ô nhiễm), đúc phần lớn được robot hóa. Máy móc của Kuka được lắp ráp ngay cả trong xưởng đúc.

Ngành công nghiệp thực phẩm cũng nhận được thiết bị cho mục đích sản xuất từ Kuka. "Robot thực phẩm" (ảnh được trình bày trong bài) phần lớn thay thế con người ở những khu vực có điều kiện đặc biệt. Được phân phối trong sản xuất máy cung cấp vi khí hậu trong các phòng được sưởi ấm vớinhiệt độ không quá 30 độ C. Robot bằng thép không gỉ chế biến thành thạo thịt, tham gia vào quá trình sản xuất các sản phẩm từ sữa và tất nhiên là xếp và đóng gói sản phẩm một cách tối ưu.

Rất khó để đánh giá quá cao sự đóng góp của các thiết bị như vậy đối với ngành công nghiệp ô tô. Theo các chuyên gia, những cỗ máy năng suất và mạnh mẽ nhất hiện nay chính xác là những robot “Nấu ăn”. Ảnh chụp các thiết bị thực hiện toàn bộ các hoạt động lắp ráp tự động như vậy rất ấn tượng. Đồng thời, đã đến lúc nói về sản xuất tự động.

Chế biến nhựa, sản xuất nhựa, sản xuất các bộ phận phức tạp nhất từ các vật liệu khác nhau được cung cấp bởi robot sản xuất trong môi trường ô nhiễm thực sự có hại cho sức khỏe con người.

Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng khác của cốt liệu "Nấu" là chế biến gỗ. Hơn nữa, các thiết bị được mô tả cung cấp cả việc thực hiện các đơn đặt hàng riêng lẻ và thiết lập sản xuất hàng loạt quy mô lớn ở tất cả các giai đoạn - từ chế biến và cưa sơ cấp đến phay, khoan, mài.

Giá

Hiện tại, robot do Kuka và Fanuc sản xuất đang có nhu cầu ở thị trường Nga và các nước CIS. Giá của chúng dao động từ 25.000 đến 800.000 rúp. Sự khác biệt ấn tượng như vậy được giải thích bởi sự tồn tại của nhiều mẫu mã khác nhau: tiêu chuẩn công suất thấp (5-15 kg), đặc biệt (giải quyết các nhiệm vụ đặc biệt), chuyên dụng (làm việc trong môi trường phi tiêu chuẩn), công suất lớn (lên đến 4000 tấn).

Kết luận

Phải thừa nhận rằng tiềm năng của robot công nghiệp vẫn chưa được khai thác hết. Đồng thời, nhờ sự nỗ lực của các bác sĩ chuyên khoa, công nghệ hiện đại giúp chúng tôi có thể thực hiện những ý tưởng táo bạo hơn bao giờ hết.

Nhu cầu tăng năng suất của nền kinh tế thế giới và tối đa hóa tỷ trọng lao động trí óc của con người là động lực mạnh mẽ cho sự phát triển ngày càng nhiều loại và sửa đổi mới của robot công nghiệp.