Robô industrial. Robôs em produção. Robôs autômatos

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

Esses dispositivos são especialmente procurados hoje na economia nacional. Um robô industrial, que tem pouca semelhança com seu protótipo no livro Rise of the Robots de K. Chapek, não alimenta de forma alguma ideias revolucionárias. Ao contrário, ele executa conscientemente, e com grande precisão, tanto os principais processos de produção (montagem, soldagem, pintura) quanto os auxiliares (carga e descarga, fixação do produto durante a fabricação, movimentação).

O uso de tais máquinas "inteligentes" contribui para a solução eficaz de três grandes problemas de produção:

• melhorar a produtividade do trabalho;
• melhorar as condições de trabalho das pessoas;
• otimize o uso de recursos humanos.

Robôs industriais são a criação da produção em larga escala

Robôs em produção se espalharam massivamente no final do século 20 devido a um aumento significativo na produção industrial. Grandes séries de produtos levaram à necessidade da intensidade e qualidade desse trabalho, cujo desempenho supera as capacidades humanas objetivas. Em vez de empregar muitos milhares de trabalhadores qualificados, as fábricas tecnológicas modernas operaminúmeras linhas automáticas de alto desempenho operando em ciclos intermitentes ou contínuos.

Os líderes no desenvolvimento de tais tecnologias, declarando o uso generalizado de robôs industriais, são Japão, EUA, Alemanha, Suécia e Suíça. Robôs industriais modernos fabricados nos países acima são divididos em dois grandes grupos. Seus tipos são determinados por pertencerem a dois métodos de gestão fundamentalmente diferentes:

• manipuladores automáticos;
• dispositivos controlados remotamente por um humano.

Para que servem?

A necessidade de sua criação começou a ser discutida no início do século XX. No entanto, naquela época não havia nenhum elemento base para a implementação do plano. Hoje, seguindo os ditames da época, as máquinas robóticas são usadas na maioria das indústrias tecnologicamente mais avançadas.

Infelizmente, o reequipamento de indústrias inteiras com essas máquinas "inteligentes" é dificultado pela f alta de investimento. Embora os benefícios de usá-los superem claramente os custos monetários iniciais, porque nos permitem falar não só e não tanto de automação, mas de profundas mudanças na esfera da produção e do trabalho.

O uso de robôs industriais tornou possível realizar de forma mais eficaz trabalhos que estão além da capacidade humana em termos de intensidade e precisão do trabalho: carga/descarga, empilhamento, triagem, orientação de peças; mover peças em bruto de um robô para outro e produtos acabados para um armazém; soldagem por pontos e soldagem por costura; montagem de peças mecânicas e eletrônicas; colocação de cabos; corteespaços em branco ao longo de um contorno complexo.

Manipulador como parte de um robô industrial

Funcionalmente, tal máquina “inteligente” consiste em um ACS (sistema de controle automático) reprogramável e um corpo de trabalho (sistema de deslocamento e um manipulador mecânico). Se o ACS é geralmente bastante compacto, visualmente oculto e não chama a atenção imediatamente, então o corpo de trabalho tem uma aparência tão característica que um robô industrial é frequentemente chamado da seguinte forma: “robô-manipulador”.

Por definição, um manipulador é um dispositivo que move superfícies de trabalho e objetos de trabalho no espaço. Esses dispositivos consistem em dois tipos de links. As primeiras proporcionam um movimento progressivo. A segunda é o deslocamento angular. Esses links padrão usam acionamento pneumático ou hidráulico (mais potente) para seu movimento.

O manipulador, criado por analogia com a mão humana, está equipado com um dispositivo tecnológico de preensão para trabalhar com peças. Em vários dispositivos desse tipo, o aperto direto foi realizado com mais frequência por dedos mecânicos. Ao trabalhar com superfícies planas, os objetos foram capturados usando ventosas mecânicas.

Se o manipulador tiver que trabalhar simultaneamente com muitas peças semelhantes, a captura foi realizada graças a um design extenso especial.

Em vez de uma pinça, um manipulador é frequentemente equipado com um equipamento de soldagem móvel, uma pistola de pulverização tecnológica especial ou simplesmentechave de fenda.

Como o robô se move

Automata-robôs geralmente se adaptam a dois tipos de movimento no espaço (embora alguns deles possam ser chamados de estacionários). Depende das condições de uma determinada produção. Se for necessário garantir o movimento em uma superfície lisa, ele é implementado usando um monotrilho direcional. Se for necessário trabalhar em diferentes níveis, são utilizados sistemas "walking" com ventosas pneumáticas. Um robô em movimento é perfeitamente orientado em coordenadas espaciais e angulares. Os modernos dispositivos de posicionamento desses dispositivos são unificados, consistem em blocos tecnológicos e permitem o movimento de alta precisão de peças com peso de 250 a 4000 kg.

Design

A utilização das máquinas automatizadas em questão precisamente em indústrias multidisciplinares levou a uma certa unificação dos seus principais blocos constituintes. Os modernos manipuladores robóticos industriais possuem em seu design:

• a armação usada para prender o dispositivo de agarrar a peça (agarrar) - uma espécie de "mão" que realmente realiza o processamento;
• pegue com um guia (o último determina a posição da "mão" no espaço);
• apóiam dispositivos que acionam, convertem e transmitem energia na forma de torque no eixo (graças a eles, o robô industrial recebe o potencial de movimento);
• sistema de acompanhamento e gestão da implementação dos programas que lhe são atribuídos; aceitação de novos programas; análise de informações provenientes de sensores e, consequentemente,transferindo-o para os dispositivos de fornecimento;
• sistema de posicionamento da peça de trabalho, medindo posições e movimentos ao longo dos eixos de manipulação.

O alvorecer dos robôs industriais

Vamos voltar ao passado recente e relembrar como começou a história da criação das máquinas automáticas industriais. Os primeiros robôs surgiram nos EUA em 1962 e foram produzidos pela Union Incorporated e Versatran. Embora, para ser preciso, eles tenham lançado o robô industrial Unimate, criado pelo engenheiro americano D. Devol, que patenteou suas próprias armas autopropulsadas programadas com cartões perfurados. Foi um avanço técnico óbvio: máquinas "inteligentes" lembravam as coordenadas dos waypoints em sua rota e executavam o trabalho de acordo com o programa.

O primeiro robô industrial da Unimate foi equipado com uma garra de dois dedos acionada pneumaticamente e um braço acionado hidraulicamente com cinco graus de liberdade. Suas características possibilitaram movimentar uma peça de 12 kg com precisão de 1,25 mm.

Outro braço robótico Versatran, fabricado pela empresa de mesmo nome, carregava e descarregava 1.200 tijolos por hora em um forno. Ele substituiu com sucesso o trabalho das pessoas em um ambiente prejudicial à sua saúde com alta temperatura. A ideia de sua criação acabou sendo muito bem-sucedida, e o design é tão confiável que algumas máquinas desta marca continuam funcionando em nosso tempo. E isso apesar do fato de que seu recurso ultrapassou centenas de milhares de horas.

Observe que a primeira geração de robôs industriais emem termos de valor, assumiu 75% de mecânica e 25% de eletrônica. O reajuste desses dispositivos demandava tempo e causava paralisação dos equipamentos. Para reaproveitá-los para realizar um novo trabalho, o programa de controle foi substituído.

Máquinas robóticas de segunda geração

Logo ficou claro: apesar de todas as vantagens, as máquinas da primeira geração acabaram sendo imperfeitas… A segunda geração assumiu um controle mais sutil dos robôs industriais - adaptativos. Os primeiros dispositivos exigiam a ordenação do ambiente em que trabalhavam. A última circunstância muitas vezes significava altos custos adicionais. Isso estava se tornando crítico para o desenvolvimento da produção em massa.

A nova etapa de progresso foi caracterizada pelo desenvolvimento de muitos sensores. Com a ajuda deles, o robô recebeu uma qualidade chamada “feeling”. Passou a receber informações sobre o ambiente externo e, de acordo com isso, escolher o melhor curso de ação. Por exemplo, ele adquiriu habilidades que lhe permitem participar e contornar um obstáculo com isso. Essa ação ocorre devido ao processamento microprocessado das informações recebidas, que além disso, inseridas nas variáveis dos programas de controle, na verdade são guiadas pelos robôs.

Os tipos de operações básicas de produção (soldadura, pintura, montagem, vários tipos de usinagem) também estão sujeitos a adaptação. Ou seja, ao realizar cada um deles, a multivariância é iniciada para melhorar a qualidade de qualquer tipo de trabalho acima.

Os manipuladores industriais são controlados principalmente por software. Hardware de controlefunções são microcomputadores industriais PC/104 ou MicroPC. Observe que o controle adaptativo é baseado em software multivariante. Além disso, a decisão sobre a escolha do tipo de operação do programa é feita pelo robô com base nas informações sobre o ambiente descrito pelos detectores.

Uma característica do funcionamento do robô de segunda geração é a presença preliminar de modos de operação estabelecidos, cada um dos quais é ativado em determinados indicadores obtidos do ambiente externo.

Terceira geração de robôs

Robôs automáticos de terceira geração são capazes de gerar de forma independente um programa de suas ações, dependendo da tarefa e das circunstâncias do ambiente externo. Não possuem “cheatsheets”, ou seja, ações tecnológicas pintadas para determinadas variantes do ambiente externo. Eles têm a capacidade de construir de forma independente o algoritmo de seu trabalho, bem como implementá-lo rapidamente na prática. O custo da eletrônica de tal robô industrial é dez vezes maior do que sua parte mecânica.

O mais novo robô, capturando uma peça graças a sensores, “sabe” quão bem o fez. Além disso, a própria força de preensão (retorno de força) é regulada dependendo da fragilidade do material da peça. Talvez por isso o dispositivo da nova geração de robôs industriais seja chamado de inteligente.

Como você entende, o “cérebro” de tal dispositivo é seu sistema de controle. O mais promissor é a regulação realizada de acordo com os métodos deinteligência.

A inteligência dessas máquinas é dada por pacotes de aplicativos, controladores lógicos programáveis, ferramentas de modelagem. Na produção, os robôs industriais são conectados em rede, proporcionando o nível adequado de interação entre o sistema homem-máquina. Além disso, foram desenvolvidas ferramentas para prever o funcionamento desses dispositivos no futuro graças à simulação de software implementada, que permite escolher as melhores opções de configuração de ação e conexão de rede.

As principais empresas de robôs do mundo

Hoje, o uso de robôs industriais é fornecido por empresas líderes, incluindo japonesas (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), americanas (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), alemãs (Kuka).

Por que essas empresas são famosas no mundo? Os ativos da Fanuc incluem o robô delta mais rápido M-1iA até hoje (essas máquinas são geralmente usadas para embalagem), o mais forte dos robôs seriais - M-2000iA, robôs de soldagem ArcMate reconhecidos mundialmente.

Robôs industriais produzidos pela Kuka não são menos procurados. Essas máquinas realizam processamento, soldagem, montagem, embalagem, paletização, carregamento com precisão alemã.

Impressionante é também a gama de produtos da empresa nipo-americana Motoman (Yaskawa), com atuação no mercado norte-americano: 175 modelos de robôs industriais, além de mais de 40 soluções integradas. Robôs industriais usados na produção nos EUA são feitos principalmente por este líder da indústriaempresa.

A maioria das outras empresas que representamos preenche seu nicho fabricando uma gama mais restrita de instrumentos especializados. Por exemplo, a Daihen e a Panasonic produzem robôs de soldagem.

Métodos de organização da produção automatizada

Se falamos sobre a organização da produção automatizada, a princípio foi implementado um princípio linear rígido. No entanto, a uma velocidade suficientemente alta do ciclo de produção, tem uma desvantagem significativa - tempo de inatividade devido a falhas. Como alternativa, a tecnologia rotativa foi inventada. Com essa organização da produção, tanto a peça de trabalho quanto a própria linha automatizada (robôs) se movem em círculo. As máquinas neste caso podem duplicar funções e as falhas são praticamente excluídas. No entanto, neste caso, a velocidade é perdida. A organização de processos ideal é um híbrido das duas anteriores. É chamado de transportador rotativo.

Robô industrial como elemento de produção automática flexível

Os dispositivos "inteligentes" modernos são rapidamente reconfigurados, altamente produtivos e realizam trabalhos de forma independente usando seus equipamentos, materiais de processamento e peças de trabalho. Dependendo das especificidades de uso, eles podem funcionar tanto dentro da estrutura de um programa quanto variando seu trabalho, ou seja, escolhendo o caminho certo de um número fixo de programas fornecidos.

Robô industrial é um elemento constituinte da produção automatizada flexível (abreviatura geralmente aceita - GAP). Últimotambém inclui:

• sistema de projeto auxiliado por computador;
• complexo de controle automatizado de equipamentos tecnológicos de produção;
• braços robóticos industriais;
• Transporte automático de produção;
• dispositivos de carga/descarga e posicionamento;
• sistemas de controle de processos de fabricação;
• controle automático de produção.

Mais sobre a prática de usar robôs

As aplicações industriais reais são robôs modernos. Seus tipos são diferentes e proporcionam alta produtividade em áreas estrategicamente importantes da indústria. Em particular, a economia alemã moderna deve muito do seu potencial crescente à sua aplicação. Em que indústrias esses "trabalhadores de ferro" trabalham? Na metalurgia, atuam em quase todos os processos: fundição, soldagem, forjamento, proporcionando o mais alto nível de qualidade de trabalho.

Como uma indústria com condições extremas para o trabalho humano (ou seja, altas temperaturas e poluição), a fundição é amplamente robotizada. As máquinas da Kuka são montadas mesmo em fundições.

A indústria alimentícia também recebeu da Kuka equipamentos para produção. "Robôs de comida" (fotos são apresentadas no artigo) na maioria das vezes substituem pessoas em áreas com condições especiais. Distribuído na produção de máquinas que proporcionam um microclima em salas aquecidas comtemperatura não superior a 30 graus Celsius. Robôs de aço inoxidável processam carne com maestria, participam da produção de laticínios e, claro, empilham e embalam produtos de maneira otimizada.

É difícil superestimar a contribuição de tais dispositivos para a indústria automotiva. De acordo com especialistas, as máquinas mais poderosas e produtivas hoje são precisamente os robôs “Cozinhar”. As fotos desses dispositivos que realizam toda a gama de operações de montagem automática são impressionantes. Ao mesmo tempo, é realmente hora de falar sobre produção automatizada.

Processamento de plásticos, produção de plásticos, fabricação das peças mais complexas de diversos materiais é fornecido por robôs em produção em um ambiente poluído e realmente prejudicial à saúde humana.

Outra área importante de aplicação dos agregados "Cook" é a marcenaria. Além disso, os dispositivos descritos fornecem tanto o cumprimento de pedidos individuais quanto o estabelecimento de produção em massa em larga escala em todas as etapas - desde o processamento primário e serragem até a fresagem, perfuração e retificação.

Preços

Atualmente, os robôs fabricados pela Kuka e Fanuc estão em demanda nos mercados russo e da CEI. Seus preços variam de 25.000 a 800.000 rublos. Uma diferença tão impressionante é explicada pela existência de vários modelos: padrão de baixa capacidade (5-15 kg), especial (resolvendo tarefas especiais), especializado (trabalhando em um ambiente não padronizado), de grande capacidade (até 4000 toneladas).

Conclusões

É preciso reconhecer que o potencial dos robôs industriais ainda não está totalmente explorado. Ao mesmo tempo, graças ao esforço de especialistas, as tecnologias modernas possibilitam a implementação de ideias cada vez mais ousadas.

A necessidade de aumentar a produtividade da economia mundial e maximizar a participação do trabalho humano intelectual servem como incentivos poderosos para o desenvolvimento de cada vez mais novos tipos e modificações de robôs industriais.