Robot industrial. Robots en producción. Autómatas-robots

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

Estos dispositivos tienen una demanda especial hoy en día en la economía nacional. Un robot industrial, que se parece poco a su prototipo en el libro Rise of the Robots de K. Chapek, no alimenta en absoluto ideas revolucionarias. Por el contrario, realiza a conciencia, y con gran precisión, tanto los procesos productivos principales (montaje, soldadura, pintura) como los auxiliares (carga y descarga, fijación del producto durante la fabricación, traslado).

El uso de estas máquinas "inteligentes" contribuye a la solución eficaz de tres grandes problemas de producción:

• mejorar la productividad laboral;
• mejorar las condiciones de trabajo de las personas;
• optimizar el uso de los recursos humanos.

Los robots industriales son una creación de la producción a gran escala

Los robots en producción se extendieron masivamente a fines del siglo XX debido a un aumento significativo en la producción industrial. Grandes series de productos han llevado a la necesidad de la intensidad y la calidad de dicho trabajo, cuyo rendimiento supera las capacidades humanas objetivas. En lugar de emplear muchos miles de trabajadores calificados, las modernas fábricas tecnológicas operannumerosas líneas automáticas de alto rendimiento que funcionan en ciclos intermitentes o continuos.

Los líderes en el desarrollo de tales tecnologías, declarando el uso generalizado de robots industriales, son Japón, EE. UU., Alemania, Suecia y Suiza. Los robots industriales modernos fabricados en los países mencionados se dividen en dos grandes grupos. Sus tipos están determinados por pertenecer a dos métodos de gestión fundamentalmente diferentes:

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

¿Para qué sirven?

La necesidad de su creación comenzó a ser discutida a principios del siglo XX. Sin embargo, en ese momento no había ningún elemento base para la implementación del plan. Hoy, siguiendo los dictados de los tiempos, las máquinas robóticas se utilizan en la mayoría de las industrias tecnológicamente más avanzadas.

Desafortunadamente, el reequipamiento de industrias enteras con estas máquinas "inteligentes" se ve obstaculizado por la f alta de inversión. Aunque los beneficios de utilizarlos superan claramente los costes monetarios iniciales, porque permiten hablar no sólo y no tanto de automatización, sino de cambios profundos en el ámbito productivo y laboral.

El uso de robots industriales ha hecho posible realizar con mayor eficacia trabajos que superan la fuerza humana en términos de intensidad y precisión del trabajo: carga/descarga, apilado, clasificación, orientación de piezas; mover espacios en blanco de un robot a otro y productos terminados a un almacén; soldadura por puntos y soldadura por costura; montaje de piezas mecánicas y electrónicas; tendido de cables; corteespacios en blanco a lo largo de un contorno complejo.

Manipulador como parte de un robot industrial

Funcionalmente, una máquina "inteligente" de este tipo consta de un ACS (sistema de control automático) reprogramable y un cuerpo de trabajo (sistema de desplazamiento y un manipulador mecánico). Si el ACS suele ser bastante compacto, visualmente oculto y no llama la atención de inmediato, entonces el cuerpo de trabajo tiene una apariencia tan característica que un robot industrial a menudo se denomina de la siguiente manera: "robot manipulador".

Por definición, un manipulador es un dispositivo que mueve superficies de trabajo y objetos de trabajo en el espacio. Estos dispositivos constan de dos tipos de enlaces. Los primeros proporcionan un movimiento progresivo. El segundo es el desplazamiento angular. Dichos enlaces estándar utilizan un accionamiento neumático o hidráulico (más potente) para su movimiento.

El manipulador, creado por analogía con la mano humana, está equipado con un dispositivo tecnológico de agarre para trabajar con piezas. En varios dispositivos de este tipo, el agarre directo se realizaba con mayor frecuencia mediante dedos mecánicos. Cuando se trabajaba con superficies planas, los objetos se capturaban mediante ventosas mecánicas.

Si el manipulador tenía que trabajar simultáneamente con muchas piezas de trabajo similares, la captura se llevó a cabo gracias a un diseño extenso especial.

En lugar de una pinza, un manipulador suele estar equipado con un equipo de soldadura móvil, una pistola pulverizadora tecnológica especial o simplementedestornillador.

Cómo se mueve el robot

Los autómatas-robots suelen adaptarse a dos tipos de movimientos en el espacio (aunque algunos de ellos pueden denominarse estacionarios). Depende de las condiciones de una producción particular. Si es necesario garantizar el movimiento en una superficie lisa, se implementa mediante un monorriel direccional. Si se requiere trabajar a diferentes niveles, se utilizan sistemas de "caminar" con ventosas neumáticas. Un robot en movimiento está perfectamente orientado tanto en coordenadas espaciales como angulares. Los dispositivos de posicionamiento modernos de tales dispositivos están unificados, consisten en bloques tecnológicos y permiten el movimiento de alta precisión de piezas de trabajo que pesan de 250 a 4000 kg.

Diseño

La utilización de las máquinas automatizadas en cuestión precisamente en industrias multidisciplinares llevó a una cierta unificación de sus principales bloques constituyentes. Los manipuladores robóticos industriales modernos tienen en su diseño:

• el marco utilizado para sujetar el dispositivo de toma de piezas (agarre), una especie de "mano" que realmente realiza el procesamiento;
• agarrar con guía (este último determina la posición de la "mano" en el espacio);
• dispositivos de soporte que accionan, convierten y transmiten energía en forma de par sobre el eje (gracias a ellos, el robot industrial recibe el potencial de movimiento);
• sistema de seguimiento y gestión para la ejecución de los programas que se le asignen; aceptación de nuevos programas; análisis de la información procedente de los sensores y, en consecuencia,transferirlo a los dispositivos de suministro;
• sistema de posicionamiento de la pieza de trabajo, midiendo posiciones y movimientos a lo largo de los ejes de manipulación.

El amanecer de los robots industriales

Volvamos al pasado reciente y recordemos cómo comenzó la historia de la creación de máquinas automáticas industriales. Los primeros robots aparecieron en los EE. UU. en 1962 y fueron producidos por Union Incorporated y Versatran. Aunque, para ser precisos, lanzaron el robot industrial Unimate, creado por el ingeniero estadounidense D. Devol, quien patentó sus propias pistolas autopropulsadas programadas mediante tarjetas perforadas. Fue un avance técnico obvio: las máquinas "inteligentes" recordaron las coordenadas de los puntos intermedios en su ruta y realizaron el trabajo de acuerdo con el programa.

El primer robot industrial de Unimate estaba equipado con una pinza de dos dedos accionada neumáticamente y un brazo accionado hidráulicamente con cinco grados de libertad. Sus características permitían mover una pieza de 12 kg con una precisión de 1,25 mm.

Otro brazo robótico Versatran, fabricado por la empresa del mismo nombre, cargaba y descargaba 1.200 ladrillos por hora en un horno. Reemplazó con éxito el trabajo de las personas en un ambiente dañino para su salud con una temperatura alta. La idea de su creación resultó ser muy exitosa, y el diseño es tan confiable que algunas máquinas de esta marca continúan funcionando en nuestro tiempo. Y esto a pesar de que su recurso superó los cientos de miles de horas.

Tenga en cuenta que la primera generación de robots industriales enen términos de valor, asumió un 75% de mecánica y un 25% de electrónica. El reajuste de dichos dispositivos requería tiempo y provocaba tiempo de inactividad del equipo. Para reutilizarlos para realizar nuevos trabajos, se reemplazó el programa de control.

Máquinas robotizadas de segunda generación

Pronto quedó claro: a pesar de todas las ventajas, las máquinas de la primera generación resultaron ser imperfectas… La segunda generación asumió un control más sutil de los robots industriales: adaptativo. Los primeros dispositivos requerían ordenar el entorno en el que trabajaban. Esta última circunstancia a menudo significaba altos costos adicionales. Esto se estaba volviendo crítico para el desarrollo de la producción en masa.

La nueva etapa de progreso se caracterizó por el desarrollo de muchos sensores. Con su ayuda, el robot recibió una cualidad llamada "sentimiento". Comenzó a recibir información sobre el entorno externo y, de acuerdo con él, elegir el mejor curso de acción. Por ejemplo, adquirió habilidades que le permiten tomar una parte y sortear un obstáculo con ella. Esta acción ocurre debido al procesamiento del microprocesador de la información recibida, que además, ingresada en las variables de los programas de control, en realidad es guiada por los robots.

Los tipos de operaciones básicas de producción (soldadura, pintura, montaje, varios tipos de mecanizado) también están sujetos a adaptación. Es decir, al realizar cada uno de ellos, se inicia la multivarianza para mejorar la calidad de cualquier tipo de los trabajos anteriores.

Los manipuladores industriales se controlan principalmente mediante software. hardware de controlfunciones son miniordenadores industriales PC/104 o MicroPC. Tenga en cuenta que el control adaptativo se basa en un software multivariante. Además, la decisión sobre la elección del tipo de funcionamiento del programa la toma el robot en función de la información sobre el entorno descrito por los detectores.

Un rasgo característico del funcionamiento del robot de segunda generación es la presencia preliminar de modos de operación establecidos, cada uno de los cuales se activa en ciertos indicadores obtenidos del entorno externo.

Tercera generación de robots

Los robots automáticos de tercera generación pueden generar de forma independiente un programa de sus acciones, dependiendo de la tarea y las circunstancias del entorno externo. No tienen "hojas de trucos", es decir, acciones tecnológicas pintadas para ciertas variantes del entorno externo. Tienen la capacidad de construir independientemente de manera óptima el algoritmo de su trabajo, así como también implementarlo rápidamente en la práctica. El costo de la electrónica de un robot industrial de este tipo es diez veces mayor que su parte mecánica.

El robot más nuevo, que captura una pieza gracias a sensores, “sabe” lo bien que lo hizo. Además, la propia fuerza de agarre (force feedback) se regula en función de la fragilidad del material de la pieza. Quizá por eso el dispositivo de la nueva generación de robots industriales se denomina inteligente.

Como comprenderá, el "cerebro" de dicho dispositivo es su sistema de control. La más prometedora es la regulación llevada a cabo según los métodos deinteligencia.

La inteligencia de estas máquinas está dada por paquetes de aplicaciones, controladores lógicos programables, herramientas de modelado. En producción, los robots industriales están conectados en red, proporcionando el nivel adecuado de interacción entre el sistema humano-máquina. Asimismo, se han desarrollado herramientas para predecir el funcionamiento de dichos dispositivos en el futuro gracias al software de simulación implementado, que permite elegir las mejores opciones de actuación y configuraciones de conexión a la red.

Las principales empresas de robots del mundo

Hoy en día, el uso de robots industriales lo proporcionan empresas líderes, incluidas japonesas (Fanuc, Kawasaki, Motoman, OTC Daihen, Panasonic), estadounidenses (KC Robots, Triton Manufacturing, Kaman Corporation), alemanas (Kuka).

¿Por qué son famosas estas firmas en el mundo? Los activos de Fanuc incluyen el robot delta M-1iA más rápido hasta la fecha (estas máquinas generalmente se usan para empaquetar), el más fuerte de los robots en serie: M-2000iA, robots de soldadura ArcMate reconocidos en todo el mundo.

Los robots industriales producidos por Kuka no tienen menos demanda. Estas máquinas realizan procesamiento, soldadura, montaje, embalaje, paletización, carga con precisión alemana.

También es impresionante la gama de productos de la empresa estadounidense de origen japonés Motoman (Yaskawa), que opera en el mercado estadounidense: 175 modelos de robots industriales, así como más de 40 soluciones integradas. Los robots industriales utilizados en la producción en los EE. UU. están fabricados principalmente por esta empresa líder en la industria.empresa.

La mayoría de las otras empresas que representamos llenan su nicho fabricando una gama más limitada de instrumentos especializados. Por ejemplo, Daihen y Panasonic producen robots de soldadura.

Métodos para organizar la producción automatizada

Si hablamos de la organización de la producción automatizada, al principio se implementó un principio lineal rígido. Sin embargo, a una velocidad suficientemente alta del ciclo de producción, tiene un inconveniente importante: el tiempo de inactividad debido a fallas. Como alternativa, se inventó la tecnología rotativa. Con tal organización de producción, tanto la pieza de trabajo como la propia línea automatizada (robots) se mueven en círculo. Las máquinas en este caso pueden duplicar funciones, y las fallas están prácticamente excluidas. Sin embargo, en este caso, se pierde velocidad. La organización de procesos ideal es un híbrido de las dos anteriores. Se llama transportador rotativo.

Robot industrial como elemento de producción automática flexible

Los dispositivos "inteligentes" modernos se reconfiguran rápidamente, son altamente productivos y realizan el trabajo de forma independiente utilizando sus equipos, materiales de procesamiento y piezas de trabajo. Dependiendo de los detalles de uso, pueden funcionar tanto dentro del marco de un programa como variando su trabajo, es decir, eligiendo el correcto de un número fijo de programas provistos.

El robot industrial es un elemento constitutivo de la producción automatizada flexible (abreviatura generalmente aceptada - GAP). Ultimotambién incluye:

• sistema de diseño asistido por computadora;
• complejo de control automatizado de equipos tecnológicos de producción;
• brazos robóticos industriales;
• Transporte automático de producción;
• dispositivos de carga/descarga y colocación;
• sistemas de control de procesos de fabricación;
• control de producción automático.

Más sobre la práctica de usar robots

Las aplicaciones industriales reales son los robots modernos. Sus tipos son diferentes y proporcionan una alta productividad en áreas estratégicamente importantes de la industria. En particular, la economía alemana moderna debe gran parte de su potencial de crecimiento a su aplicación. ¿En qué industrias trabajan estos "trabajadores del hierro"? En metalmecánica, funcionan en casi todos los procesos: fundición, soldadura, forja, brindando el más alto nivel de calidad de trabajo.

Como industria con condiciones extremas para el trabajo humano (es decir, altas temperaturas y contaminación), la fundición está en gran parte robotizada. Las máquinas de Kuka se montan incluso en fundiciones.

La industria alimentaria también recibió equipos para fines de producción de Kuka. Los "robots de alimentos" (las fotos se presentan en el artículo) en su mayor parte reemplazan a las personas en áreas con condiciones especiales. Distribuido en la producción de máquinas que proporcionan un microclima en habitaciones climatizadas contemperatura no superior a 30 grados centígrados. Los robots de acero inoxidable procesan magistralmente la carne, participan en la producción de productos lácteos y, por supuesto, apilan y empaquetan los productos de manera óptima.

Es difícil sobreestimar la contribución de tales dispositivos a la industria automotriz. Según los expertos, las máquinas más potentes y productivas de la actualidad son precisamente los robots “cocineros”. Las fotos de tales dispositivos que realizan toda la gama de operaciones de ensamblaje de automóviles son impresionantes. Al mismo tiempo, ha llegado el momento de hablar de producción automatizada.

El procesamiento de plásticos, la producción de plástico, la fabricación de las piezas más complejas a partir de diversos materiales es proporcionada por robots en producción en un entorno contaminado que es realmente dañino para la salud humana.

Otra área importante de aplicación de los agregados "Cook" es la carpintería. Además, los dispositivos descritos proporcionan tanto el cumplimiento de pedidos individuales como el establecimiento de una producción en masa a gran escala en todas las etapas, desde el procesamiento primario y el aserrado hasta el fresado, taladrado y rectificado.

Precios

Actualmente, los robots fabricados por Kuka y Fanuc tienen demanda en los mercados ruso y de la CEI. Sus precios oscilan entre 25.000 y 800.000 rublos. Una diferencia tan impresionante se explica por la existencia de varios modelos: estándar de baja capacidad (5-15 kg), especial (resolviendo tareas especiales), especializado (trabajando en un entorno no estándar), de gran capacidad (hasta 4000 toneladas).

Conclusiones

Debe reconocerse que el potencial de los robots industriales todavía no se explota por completo. Al mismo tiempo, gracias al esfuerzo de los especialistas, las tecnologías modernas permiten implementar ideas cada vez más atrevidas.

La necesidad de aumentar la productividad de la economía mundial y maximizar la participación del trabajo humano intelectual sirven como poderosos incentivos para el desarrollo de más y más tipos nuevos y modificaciones de robots industriales.