1. Происхождение промышленных роботов Изобретение промышленных роботов можно проследить до 1954 года, когда Джордж Девол подал заявку на патент на программируемое преобразование деталей. После партнерства с Джозефом Энгельбергером была основана первая в мире компания по производству роботов Unimation, и первый робот был введен в эксплуатацию на производственной линии General Motors в 1961 году, в основном для извлечения деталей из машины для литья под давлением. Большинство универсальных манипуляторов с гидравлическим приводом (Unimates) были проданы в последующие годы, они использовались для манипуляции частями тела и точечной сварки. Оба приложения были успешными, что свидетельствует о том, что роботы могут работать надежно и гарантировать стандартизированное качество. Вскоре многие другие компании начали разрабатывать и производить промышленных роботов. Зародилась отрасль, движимая инновациями. Однако потребовалось много лет, чтобы эта отрасль стала по-настоящему прибыльной.
2. Стэнфордская рука: крупный прорыв в робототехнике Инновационная «Стэнфордская рука» была разработана Виктором Шейнманом в 1969 году в качестве прототипа исследовательского проекта. Он был студентом-инженером на кафедре машиностроения и работал в Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта. «Стэнфордская рука» имеет 6 степеней свободы, а полностью электрифицированный манипулятор управляется стандартным компьютером, цифровым устройством под названием PDP-6. Эта неантропоморфная кинематическая структура имеет призму и пять вращательных сочленений, что позволяет легко решать кинематические уравнения робота, тем самым ускоряя вычислительную мощность. Модуль привода состоит из двигателя постоянного тока, волнового привода и редуктора с цилиндрической зубчатой передачей, потенциометра и тахометра для обратной связи по положению и скорости. Последующая конструкция робота находилась под сильным влиянием идей Шейнмана.
3. Рождение полностью электрифицированного промышленного робота В 1973 году компания ASEA (теперь ABB) выпустила первого в мире полностью электрифицированного промышленного робота с микрокомпьютерным управлением IRB-6. Он может выполнять непрерывное движение по траектории, что является необходимым условием для дуговой сварки и обработки. Сообщается, что эта конструкция оказалась очень прочной, а срок службы робота составляет до 20 лет. В 1970-х годах роботы быстро распространились в автомобильной промышленности, в основном для сварки и погрузки-разгрузки.
4. Революционный дизайн роботов SCARA В 1978 году Хироши Макино из Университета Яманаси, Япония, разработал селективно совместимый сборочный робот (SCARA). Эта знаковая четырехосевая недорогая конструкция была идеально адаптирована к нуждам сборки мелких деталей, поскольку кинематическая структура позволяла выполнять быстрые и совместимые движения руки. Гибкие сборочные системы на основе роботов SCARA с хорошей совместимостью дизайна продукта значительно способствовали разработке крупносерийных электронных и потребительских товаров по всему миру.
5. Разработка легких и параллельных роботов Требования к скорости и массе робота привели к появлению новых кинематических и трансмиссионных конструкций. С самого начала снижение массы и инерции конструкции робота было основной целью исследований. Соотношение веса 1:1 к человеческой руке считалось окончательным эталоном. В 2006 году эта цель была достигнута легким роботом от KUKA. Это компактная семистепенная роботизированная рука с расширенными возможностями управления силой. Другой способ достижения цели легкого веса и жесткой конструкции изучался и реализовывался с 1980-х годов, а именно разработка параллельных станков. Эти станки соединяют свои конечные эффекторы с базовым модулем станка через 3–6 параллельных кронштейнов. Эти так называемые параллельные роботы очень подходят для высокой скорости (например, для захвата), высокой точности (например, для обработки) или обработки больших грузов. Однако их рабочее пространство меньше, чем у аналогичных последовательных или разомкнутых роботов.
6. Декартовы роботы и двуручные роботы В настоящее время декартовы роботы по-прежнему идеально подходят для приложений, требующих широкой рабочей среды. В дополнение к традиционной конструкции с использованием трехмерных ортогональных осей трансляции, в 1998 году Гудель предложил конструкцию рамы с выемками. Эта концепция позволяет одной или нескольким рукам робота отслеживать и циркулировать в закрытой системе передачи. Таким образом, рабочее пространство робота может быть улучшено с высокой скоростью и точностью. Это может быть особенно ценно в логистике и машиностроении. Тонкая работа двух рук имеет решающее значение для сложных задач сборки, одновременной обработки операций и загрузки крупных объектов. Первый коммерчески доступный синхронный двуручный робот был представлен Motoman в 2005 году. Как двуручный робот, который имитирует досягаемость и ловкость человеческой руки, он может быть размещен в пространстве, где ранее работали рабочие. Таким образом, капитальные затраты могут быть снижены. Он имеет 13 осей движения: 6 в каждой руке, плюс одна ось для базового вращения.
7. Мобильные роботы (AGV) и гибкие производственные системы В то же время появились промышленные робототехнические автоматически управляемые транспортные средства (AGV). Эти мобильные роботы могут перемещаться по рабочему пространству или использоваться для загрузки оборудования из точки в точку. В концепции автоматизированных гибких производственных систем (FMS) AGV стали важной частью гибкости пути. Первоначально AGV полагались на предварительно подготовленные платформы, такие как встроенные провода или магниты, для навигации движения. Между тем, свободно перемещающиеся AGV используются в крупномасштабном производстве и логистике. Обычно их навигация основана на лазерных сканерах, которые предоставляют точную 2D-карту текущей фактической среды для автономного позиционирования и обхода препятствий. С самого начала считалось, что сочетание AGV и роботизированных рук способно автоматически загружать и выгружать станки. Но на самом деле эти роботизированные руки имеют экономические и стоимостные преимущества только в определенных конкретных случаях, таких как загрузка и выгрузка устройств в полупроводниковой промышленности.
8. Семь основных тенденций развития промышленных роботов По состоянию на 2007 год эволюция промышленных роботов может быть отмечена следующими основными тенденциями: 1. Снижение стоимости и улучшение производительности. Средняя цена за единицу роботов снизилась до 1/3 от первоначальной цены эквивалентных роботов в 1990 году, что означает, что автоматизация становится все дешевле и дешевле. В то же время параметры производительности роботов (такие как скорость, грузоподъемность, среднее время между отказами (MTBF)) были значительно улучшены. 2. Интеграция технологий ПК и ИТ-компонентов. Технологии персональных компьютеров (ПК), программное обеспечение потребительского уровня и готовые компоненты, привнесенные ИТ-индустрией, эффективно повысили экономическую эффективность роботов. Теперь большинство производителей интегрируют процессоры на базе ПК, а также программирование, связь и моделирование в контроллер и используют высокодоходный рынок ИТ для его поддержания. 3. Совместное управление несколькими роботами. Несколько роботов можно программировать, координировать и синхронизировать в режиме реального времени с помощью контроллера, что позволяет роботам точно работать вместе в одном рабочем пространстве. 4. Широкое использование систем технического зрения. Системы технического зрения для распознавания объектов, позиционирования и контроля качества все чаще становятся частью контроллеров роботов. 5. Сетевое взаимодействие и дистанционное управление. Роботы подключаются к сети через полевую шину или Ethernet для лучшего управления, настройки и обслуживания. 6. Новые бизнес-модели. Новые финансовые планы позволяют конечным пользователям арендовать роботов или поручить управление роботизированным блоком профессиональной компании или даже поставщику роботов, что может снизить инвестиционные риски и сэкономить деньги. 7. Популяризация обучения и подготовки кадров. Обучение и подготовка кадров стали важными услугами для большего числа конечных пользователей, чтобы они могли узнать робототехнику. Профессиональные мультимедийные материалы и курсы предназначены для обучения инженеров и рабочих, чтобы они могли эффективно планировать, программировать, эксплуатировать и обслуживать роботизированные блоки.
、
Время публикации: 15 апреля 2025 г.
