Первый в мирепромышленный роботродился в Соединенных Штатах в 1962 году. Американский инженер Джордж Чарльз Девол-младший предложил «робота, который может гибко реагировать на автоматизацию посредством обучения и воспроизведения». Его идея вызвала интерес у предпринимателя Джозефа Фредерика Энгельбергера, известного как «отец роботов», и, таким образом,промышленный роботТак появился продукт под названием «Unimate (= рабочий партнер с универсальными возможностями)».
Согласно ISO 8373, промышленные роботы — это многосуставные манипуляторы или многостепенные роботы для промышленной сферы. Промышленные роботы — это механические устройства, которые автоматически выполняют работу, и являются машинами, которые полагаются на собственную мощность и возможности управления для выполнения различных функций. Они могут принимать человеческие команды или работать в соответствии с заранее запрограммированными программами. Современные промышленные роботы также могут действовать в соответствии с принципами и рекомендациями, сформулированными технологией искусственного интеллекта.
Типичные области применения промышленных роботов включают сварку, покраску, сборку, сборку и размещение (например, упаковку, паллетирование и SMT), проверку и тестирование продукции и т. д.; все работы выполняются эффективно, долговечно, быстро и точно.
Наиболее часто используемые конфигурации роботов — это сочлененные роботы, роботы SCARA, дельта-роботы и декартовы роботы (роботы с подвесной системой или xyz-роботы). Роботы демонстрируют различную степень автономности: некоторые роботы запрограммированы на многократное выполнение определенных действий (повторяющиеся действия) добросовестно, без вариаций и с высокой точностью. Эти действия определяются запрограммированными процедурами, которые задают направление, ускорение, скорость, замедление и расстояние серии скоординированных действий. Другие роботы более гибкие, так как им может потребоваться определить местоположение объекта или даже задачу, которую необходимо выполнить на объекте. Например, для более точного управления роботы часто включают подсистемы машинного зрения в качестве своих визуальных датчиков, подключенных к мощным компьютерам или контроллерам. Искусственный интеллект или все, что ошибочно принимается за искусственный интеллект, становится все более важным фактором в современных промышленных роботах.
Джордж Девол первым предложил концепцию промышленного робота и подал заявку на патент в 1954 году. (Патент был выдан в 1961 году). В 1956 году Девол и Джозеф Энгельбергер совместно основали компанию Unimation, основанную на оригинальном патенте Девола. В 1959 году в Соединенных Штатах появился первый промышленный робот Unimation, открыв новую эру в разработке роботов. Позднее Unimation лицензировала свою технологию компаниям Kawasaki Heavy Industries и GKN для производства промышленных роботов Unimates в Японии и Великобритании соответственно. Некоторое время единственным конкурентом Unimation была компания Cincinnati Milacron Inc. из Огайо, США. Однако в конце 1970-х годов эта ситуация кардинально изменилась после того, как несколько крупных японских конгломератов начали производить похожих промышленных роботов. Промышленные роботы довольно быстро набрали популярность в Европе, и ABB Robotics и KUKA Robotics вывели роботов на рынок в 1973 году. В конце 1970-х годов интерес к робототехнике рос, и многие американские компании вышли на эту сферу, включая такие крупные компании, как General Electric и General Motors (чье совместное предприятие с японской FANUC Robotics было создано FANUC). Среди американских стартапов были Automatix и Adept Technology. Во время бума робототехники в 1984 году компания Unimation была приобретена Westinghouse Electric за 107 миллионов долларов. Westinghouse продала Unimation компании Stäubli Faverges SCA во Франции в 1988 году, которая до сих пор производит шарнирных роботов для общепромышленного применения и применения в чистых помещениях, и даже приобрела подразделение робототехники Bosch в конце 2004 года.
Определить параметры Изменить количество осей — для перемещения в любую точку плоскости требуются две оси; для перемещения в любую точку пространства требуются три оси. Для полного управления направлением конечной руки (т. е. запястья) требуются еще три оси (панорамирование, тангаж и крен). Некоторые конструкции (например, роботы SCARA) жертвуют движением ради стоимости, скорости и точности. Степени свободы — обычно совпадают с количеством осей. Рабочая зона — область в пространстве, которую может достичь робот. Кинематика — фактическая конфигурация жестких элементов корпуса робота и сочленений, которая определяет все возможные движения робота. Типы кинематики робота включают шарнирную, карданную, параллельную и SCARA. Грузоподъемность — какой вес может поднять робот. Скорость — как быстро робот может установить положение своей конечной руки в нужное положение. Этот параметр можно определить как угловую или линейную скорость каждой оси или как составную скорость, то есть в терминах скорости конечной руки. Ускорение — как быстро ось может ускориться. Это ограничивающий фактор, так как робот может не достичь максимальной скорости при выполнении коротких движений или сложных траекторий с частой сменой направления. Точность — насколько близко робот может подойти к желаемому положению. Точность измеряется как то, насколько далеко абсолютное положение робота находится от желаемого положения. Точность можно улучшить, используя внешние сенсорные устройства, такие как системы зрения или инфракрасные датчики. Воспроизводимость — насколько хорошо робот возвращается в запрограммированное положение. Это отличается от точности. Ему могут приказать перейти в определенное положение XYZ, и он переместится только в пределах 1 мм от этого положения. Это проблема точности, и ее можно исправить с помощью калибровки. Но если это положение обучено и сохранено в памяти контроллера, и оно каждый раз возвращается в пределах 0,1 мм от обученного положения, то его повторяемость будет в пределах 0,1 мм. Точность и повторяемость — это очень разные показатели. Повторяемость обычно является самой важной характеристикой для робота и похожа на «точность» в измерении — со ссылкой на точность и прецизионность. ISO 9283[8] устанавливает методы измерения точности и повторяемости. Обычно робот отправляется в обученное положение несколько раз, каждый раз переходя в четыре других положения и возвращаясь в обученное положение, и измеряется ошибка. Затем повторяемость количественно определяется как стандартное отклонение этих образцов в трех измерениях. Типичный робот, конечно, может иметь ошибки положения, которые превышают повторяемость, и это может быть проблемой программирования. Кроме того, разные части рабочей зоны будут иметь разную повторяемость, и повторяемость также будет меняться в зависимости от скорости и полезной нагрузки. ISO 9283 указывает, что точность и повторяемость должны измеряться на максимальной скорости и при максимальной полезной нагрузке. Однако это дает пессимистичные данные, поскольку точность и повторяемость робота будут намного лучше при более легких нагрузках и скоростях. Повторяемость в промышленных процессах также зависит от точности терминатора (например, захвата) и даже от конструкции «пальцев» на захвате, которые используются для захвата объекта. Например, если робот берет винт за головку, винт может находиться под случайным углом. Последующие попытки вставить винт в отверстие для винта, скорее всего, потерпят неудачу. Такие ситуации можно улучшить с помощью «вводных функций», например, сделав вход в отверстие коническим (с фаской). Управление движением — для некоторых приложений, таких как простые операции по сборке «взять и разместить», роботу нужно только перемещаться вперед и назад между ограниченным количеством предварительно обученных позиций. Для более сложных приложений, таких как сварка и покраска (распылительная окраска), движение должно непрерывно контролироваться по траектории в пространстве с заданной ориентацией и скоростью. Источник питания — некоторые роботы используют электродвигатели, другие — гидравлические приводы. Первый быстрее, последний мощнее и полезен для таких приложений, как покраска, где искры могут вызвать взрывы; однако воздух низкого давления внутри руки предотвращает попадание легковоспламеняющихся паров и других загрязняющих веществ. Привод — некоторые роботы соединяют двигатели с соединениями через шестерни; у других двигатели подключены напрямую к сочленениям (прямой привод). Использование шестерен приводит к измеримому «люфту», который является свободным движением оси. Меньшие по размеру руки робота часто используют высокоскоростные двигатели постоянного тока с низким крутящим моментом, которые обычно требуют более высоких передаточных чисел, которые имеют недостаток в виде люфта, и в таких случаях вместо них часто используются гармонические редукторы. Податливость — это мера величины угла или расстояния, на которое может переместиться сила, приложенная к оси робота. Из-за податливости робот будет двигаться немного ниже при перевозке максимальной полезной нагрузки, чем при отсутствии полезной нагрузки. Податливость также влияет на величину перебега в ситуациях, когда ускорение необходимо уменьшить при высокой полезной нагрузке.
Время публикации: 15 ноября 2024 г.
