Mis on tööstusrobot?

Maailma esimenetööstuslik robotsündis Ameerika Ühendriikides 1962. aastal. Ameerika insener George Charles Devol Jr pakkus välja "roboti, mis suudab paindlikult reageerida automatiseerimisele õpetamise ja taasesituse kaudu". Tema idee tekitas säde ettevõtja Joseph Frederick Engelbergeriga, kes on tuntud kui "robotite isa", ja seegatööstuslik robotsündis nimega “Unimate (= universaalsete võimalustega tööpartner)”.
ISO 8373 järgi on tööstusrobotid mitme liigesega manipulaatorid või mitme vabadusastmega robotid tööstusvaldkonna jaoks. Tööstusrobotid on mehaanilised seadmed, mis teevad tööd automaatselt ja on masinad, mis toetuvad erinevate funktsioonide täitmiseks oma võimsusele ja juhtimisvõimalustele. See võib vastu võtta inimeste käske või töötada vastavalt eelprogrammeeritud programmidele. Kaasaegsed tööstusrobotid suudavad tegutseda ka tehisintellekti tehnoloogia sõnastatud põhimõtete ja juhiste järgi.
Tööstusrobotite tüüpilisteks rakendusteks on keevitamine, värvimine, kokkupanek, kogumine ja paigutamine (nagu pakendamine, kaubaalustele paigutamine ja SMT), toodete kontrollimine ja testimine jne; kõik tööd viiakse lõpule tõhususe, vastupidavuse, kiiruse ja täpsusega.
Kõige sagedamini kasutatavad robotikonfiguratsioonid on liigendrobotid, SCARA-robotid, delta-robotid ja Descartes'i robotid (pearobotid või xyz-robotid). Robotitel on erinev autonoomia määr: mõned robotid on programmeeritud sooritama kindlaid toiminguid korduvalt (korduvaid toiminguid) truult, varieerumata ja suure täpsusega. Need toimingud määravad kindlaks programmeeritud rutiinid, mis määravad koordineeritud toimingute seeria suuna, kiirenduse, kiiruse, aeglustuse ja kauguse. Teised robotid on paindlikumad, kuna neil võib tekkida vajadus tuvastada objekti asukoht või isegi objektil täidetav ülesanne. Näiteks lisavad robotid täpsema juhendamise jaoks sageli visuaalsete anduritena masinnägemise alamsüsteeme, mis on ühendatud võimsate arvutite või kontrolleritega. Tehisintellekt või kõik, mida tehisintellektiks ekslikult peetakse, on muutumas kaasaegsetes tööstusrobotites üha olulisemaks teguriks.
George Devol pakkus esmakordselt välja tööstusroboti kontseptsiooni ja taotles patenti 1954. aastal. (Patent anti välja 1961. aastal). 1956. aastal asutasid Devol ja Joseph Engelberger Unimationi, mis põhines Devoli algsel patendil. 1959. aastal sündis Ameerika Ühendriikides Unimationi esimene tööstusrobot, mis juhatas sisse uue roboti arendamise ajastu. Hiljem litsentseeris Unimation oma tehnoloogia ettevõttele Kawasaki Heavy Industries ja GKN, et toota Unimatesi tööstusroboteid vastavalt Jaapanis ja Ühendkuningriigis. Mõnda aega oli Unimationi ainus konkurent USA-s Ohios asuv Cincinnati Milacron Inc. Kuid 1970. aastate lõpus muutus see olukord põhjalikult pärast seda, kui mitmed suured Jaapani konglomeraadid hakkasid tootma sarnaseid tööstusroboteid. Tööstusrobotid tõusid Euroopas üsna kiiresti hoo sisse ning ABB Robotics ja KUKA Robotics tõid robotid turule aastal 1973. 1970. aastate lõpus kasvas huvi robootika vastu ning valdkonda tulid paljud Ameerika ettevõtted, sealhulgas suured ettevõtted nagu General Electric ja General Motors (mille ühisettevõtte Jaapani FANUC Roboticsiga asutas FANUC). Ameerika idufirmade hulka kuulusid Automatix ja Adept Technology. Robootikabuumi ajal 1984. aastal omandas Westinghouse Electric Unimationi 107 miljoni dollari eest. Westinghouse müüs Unimationi 1988. aastal Prantsusmaale Stäubli Faverges SCA-le, mis toodab siiani liigendroboteid üldiste tööstuslike ja puhaste ruumide rakenduste jaoks, ning omandas 2004. aasta lõpus isegi Boschi robootikadivisjoni.

Parameetrite defineerimine Redigeeri telgede arvu – tasapinnal kuhugi jõudmiseks on vaja kahte telge; kuhu iganes ruumis pääsemiseks on vaja kolme telge. Otsaõla (st randme) suunamise täielikuks kontrollimiseks on vaja veel kolme telge (pann, kaldenurk ja rullimine). Mõned konstruktsioonid (nt SCARA robotid) ohverdavad liikumise kulude, kiiruse ja täpsuse nimel. Vabadusastmed – tavaliselt sama, mis telgede arv. Tööümbris – ala ruumis, kuhu robot võib ulatuda. Kinemaatika – roboti jäikade kereelementide ja liigeste tegelik konfiguratsioon, mis määrab kõik võimalikud roboti liikumised. Roboti kinemaatika tüübid on liigend, kardaan, paralleelne ja SCARA. Kandevõime või kandevõime – kui palju raskust robot suudab tõsta. Kiirus – kui kiiresti suudab robot oma otsakäe asendi paika saada. Seda parameetrit saab määratleda kui iga telje nurk- või lineaarkiirust või liitkiirust, mis tähendab õla otsakiirust. Kiirendus – kui kiiresti saab telg kiirendada. See on piirav tegur, kuna lühikeste liigutuste või keeruliste radade sooritamisel koos sagedaste suunamuutustega ei pruugi robot saavutada maksimaalset kiirust. Täpsus – kui lähedale suudab robot soovitud asendile jõuda. Täpsust mõõdetakse selle järgi, kui kaugel on roboti absoluutasend soovitud asendist. Täpsust saab parandada, kasutades väliseid sensorseadmeid, nagu nägemissüsteemid või infrapuna. Reprodutseeritavus – kui hästi robot programmeeritud asendisse naaseb. See erineb täpsusest. Sellel võidakse käskida minna teatud XYZ-asendisse ja see läheb sellest asendist ainult 1 mm täpsusega. See on täpsusprobleem ja seda saab kalibreerimisega parandada. Kui aga seda asendit õpetatakse ja see salvestatakse kontrolleri mällu ning see naaseb iga kord õpetatud asendist 0,1 mm täpsusega, on selle korratavus 0,1 mm piires. Täpsus ja korratavus on väga erinevad mõõdikud. Korratavus on tavaliselt roboti kõige olulisem spetsifikatsioon ja sarnaneb mõõtmise "täpsusega" - täpsuse ja täpsuse osas. ISO 9283[8] kehtestab täpsuse ja korratavuse mõõtmise meetodid. Tavaliselt saadetakse robot õpetatud asendisse mitu korda, iga kord läheb neljale muule asendile ja naaseb õpetatud asendisse ning viga mõõdetakse. Seejärel kvantifitseeritakse korratavus nende proovide kolmemõõtmelise standardhälbena. Tüüpilisel robotil võivad muidugi esineda korratavust ületavad asukohavead ja see võib olla programmeerimisprobleem. Lisaks on töö ümbriku erinevatel osadel erinev korratavus ning korratavus varieerub sõltuvalt kiirusest ja kasulikust koormusest. ISO 9283 täpsustab, et täpsust ja korratavust mõõdetakse maksimaalsel kiirusel ja maksimaalsel kandevõimel. See annab aga pessimistlikke andmeid, kuna roboti täpsus ja korratavus on kergemate koormuste ja kiiruste korral palju parem. Korratavust tööstusprotsessides mõjutab ka terminaatori (nt haarats) täpsus ja isegi haaratsil olevate “sõrmede” kujundus, mida kasutatakse objekti haaramiseks. Näiteks kui robot võtab kruvi peast kinni, võib kruvi olla juhusliku nurga all. Hilisemad katsed kruvi kruviauku asetada tõenäoliselt ebaõnnestuvad. Selliseid olukordi saab parandada "sissejuhatavate funktsioonide" abil, näiteks muutes ava sissepääsu kitsenevaks (faasitud). Liikumisjuhtimine – mõne rakenduse puhul, näiteks lihtsate korjamis- ja paigutustoimingute puhul, peab robot liikuma edasi-tagasi vaid piiratud arvu eelnevalt õpetatud asendite vahel. Keerulisemate rakenduste puhul, nagu keevitamine ja värvimine (pihustusvärvimine), tuleb liikumist pidevalt juhtida mööda ruumis olevat rada kindla orientatsiooni ja kiirusega. Toiteallikas – Mõned robotid kasutavad elektrimootoreid, teised hüdraulilisi ajamid. Esimene neist on kiirem, teine ​​võimsam ja kasulik näiteks värvimiseks, kus sädemed võivad plahvatusi põhjustada; käe sees olev madalrõhuõhk takistab aga tuleohtlike aurude ja muude saasteainete sissepääsu. Ajam – mõned robotid ühendavad mootorid liigenditega hammasrataste kaudu; teistel on mootorid ühendatud otse liigenditega (otseajam). Hammasrataste kasutamine annab mõõdetava “tagasilöögi”, milleks on telje vaba liikumine. Väiksemate robotkäte puhul kasutatakse sageli kiireid ja väikese pöördemomendiga alalisvoolumootoreid, mis nõuavad enamasti suuremat ülekandearvu, mille miinuseks on lõtk ning sellistel puhkudel kasutatakse sageli nende asemel harmoonilisi reduktoreid. Vastavus – see mõõdab nurga või kauguse suurust, mida roboti teljele rakendatav jõud suudab liikuda. Nõuetele vastavuse tõttu liigub robot maksimaalse kandevõimega kandmisel veidi madalamale kui ilma kandevõimeta. Nõuetele vastavus mõjutab ka ülejooksu suurust olukordades, kus kiirendust tuleb suure kandevõimega vähendada.