Открыть сервис
Главная → Блог → Промышленный робот

Промышленный робот

Промышленный робот — это автоматическое устройство, состоящее из манипулятора и перепрограммируемой системы управления, предназначенное для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, аналогичных функциям человека при перемещении предметов производства или технологической оснастки. Промышленные роботы относятся к классу средств автоматизации и являются ключевым элементом гибких производственных систем (ГПС) и роботизированных технологических комплексов (РТК).

История развития

Предпосылки и ранние разработки

Идея создания механических помощников для замены человека в тяжелых и монотонных операциях возникла задолго до появления первых роботов. В середине XX века, с развитием электроники и теории автоматического управления, стали предприниматься первые практические шаги. В 1954 году американский изобретатель Джордж Девол запатентовал устройство, названное «Programmed Article Transfer» (программируемый передатчик изделий), которое считается прототипом современного промышленного робота.

Первое поколение

Первый промышленный робот Unimate был установлен в 1961 году на заводе General Motors в Трентоне (штат Нью-Джерси, США). Он выполнял операции по горячей штамповке и литью под давлением, работая с опасными для человека расплавленными металлами. Unimate представлял собой гидравлический манипулятор с программным управлением на магнитной ленте. В 1966 году компания Unimation начала серийное производство этих роботов.

Развитие в СССР и России

В Советском Союзе работы по созданию промышленных роботов начались в конце 1960-х годов. Первые отечественные образцы были разработаны в 1971 году в Центральном научно-исследовательском институте робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) в Ленинграде. В 1970–1980-е годы в СССР была создана широкая номенклатура промышленных роботов, включая модели «Универсал-5», «ПР-1», «Бриг-10», «РПМ-25». Особое внимание уделялось роботизации сварки, литья и погрузочно-разгрузочных работ. К концу 1980-х годов парк промышленных роботов в СССР превышал 100 тысяч единиц, однако значительная их часть имела низкую надежность и ограниченные функциональные возможности.

Классификация

По типу управления

  • Роботы с цикловым управлением — выполняют жестко заданную последовательность перемещений, перепрограммирование осуществляется сменой упоров или кулачков.
  • Роботы с позиционным управлением — перемещают рабочий орган по заданным точкам в пространстве, траектория между точками не контролируется.
  • Роботы с контурным управлением — обеспечивают движение рабочего органа по заданной непрерывной траектории (например, при дуговой сварке).
  • Адаптивные роботы — оснащены сенсорами (силомоментными, тактильными, технического зрения) и способны корректировать свои действия в зависимости от внешних условий.

По кинематической схеме

  • Прямоугольные (декартовы) — перемещение по трем взаимно перпендикулярным осям (X, Y, Z). Примеры: портальные роботы, роботы-манипуляторы для станков.
  • Цилиндрические — две поступательные и одна вращательная степень подвижности.
  • Сферические — одна поступательная и две вращательные степени.
  • Антропоморфные (шарнирные) — все степени подвижности вращательные, конструкция напоминает руку человека. Наиболее распространенный тип в современной промышленности.
  • SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) — комбинированная схема с двумя вращательными и одной поступательной степенью, оптимизирована для сборочных операций.
  • Параллельные (триподы, гексаподы) — рабочий орган удерживается несколькими штангами с приводами, обеспечивает высокую жесткость и точность.

По грузоподъемности

Устройство и основные компоненты

Манипулятор

Механическая часть робота, состоящая из звеньев, соединенных шарнирами (сочленениями). Каждое сочленение оснащено приводом (электрическим, гидравлическим или пневматическим) и датчиком обратной связи (энкодер, резольвер). Совокупность звеньев образует кинематическую цепь, которая определяет рабочую зону робота.

Система управления

Включает контроллер (промышленный компьютер), блоки питания и интерфейсы связи. Современные контроллеры работают на базе операционных систем реального времени (RTOS) и поддерживают языки программирования роботов (например, RAPID от ABB, KRL от KUKA, MotoPlus от Yaskawa). Система управления обеспечивает:

  • интерполяцию траекторий;
  • синхронизацию с внешним оборудованием;
  • обработку сигналов с датчиков;
  • диагностику и аварийную остановку.

Схват (захватное устройство)

Конечный элемент манипулятора, предназначенный для удержания объекта. Типы схватов:

  • механические (параллельные, рычажные, трехкулачковые);
  • вакуумные (присоски);
  • магнитные (электромагниты);
  • пневматические (для хрупких предметов);
  • специализированные (для сварки, окраски, лазерной резки).

Применение

Обработка материалов

Роботы выполняют операции механической обработки (фрезерование, шлифование, полировка), лазерной резки, гидроабразивной резки. В этом случае робот удерживает инструмент, а деталь фиксируется неподвижно.

Сварка

  • Дуговая сварка — робот ведет сварочную горелку по заданной траектории, обеспечивая стабильное качество шва. Требует контурного управления и адаптации к зазорам.
  • Точечная сварка — робот позиционирует сварочные клещи в заданных точках. Широко применяется в автомобилестроении (кузовные детали).

Сборка

Роботы SCARA и антропоморфные роботы используются для установки компонентов на печатные платы, сборки мелких узлов, запрессовки подшипников. Требуют высокой точности позиционирования (до 0,01 мм) и наличия силомоментных датчиков.

Погрузочно-разгрузочные работы

Обслуживание станков (загрузка/выгрузка заготовок), паллетирование (укладка готовой продукции на поддоны), перемещение деталей между конвейерами. Для этих задач часто применяются роботы с большой рабочей зоной и высокой грузоподъемностью.

Окраска и нанесение покрытий

Роботы с защищенным исполнением (взрывобезопасные) наносят лакокрасочные материалы, клеи, герметики. Обеспечивают равномерность покрытия и экономию материалов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • Повышение производительности (работа 24/7, высокая скорость).
  • Стабильное качество продукции (отсутствие человеческого фактора).
  • Снижение производственного травматизма (замена человека на опасных участках).
  • Экономия материалов (точное дозирование, минимизация брака).
  • Гибкость производства (быстрая переналадка при смене модели изделия).

Недостатки

  • Высокие капитальные затраты (стоимость робота, проектирования, интеграции).
  • Необходимость квалифицированного обслуживания (программисты, наладчики, мехатроники).
  • Ограниченная адаптивность (робот выполняет только запрограммированные операции).
  • Требования к организации производства (подготовка деталей, точное позиционирование).

Современные тенденции

Коллаборативные роботы (коботы)

С 2010-х годов активно развиваются роботы, способные безопасно работать совместно с человеком без защитных ограждений. Они оснащены датчиками крутящего момента, системой контроля столкновений и ограниченной силой (до 150 Н). Ведущие производители коботов: Universal Robots (Дания), Fanuc (Япония), KUKA (Германия).

Искусственный интеллект и машинное зрение

Современные роботы интегрируются с системами технического зрения на основе нейронных сетей, что позволяет им распознавать детали произвольной формы, определять их ориентацию и корректировать траекторию в реальном времени. Применяется в задачах «pick-and-place» (сбор урожая, сортировка мусора) и контроля качества.

Мобильные роботизированные платформы

Сочетание промышленного робота с автономным мобильным шасси (AGV/AMR) позволяет создавать гибкие производственные ячейки, способные перемещаться между станками и складами. Такие системы используются в концепции «фабрика будущего» (Industry 4.0).

Основные производители

  • FANUC (Япония) — крупнейший производитель, выпускает широкий спектр роботов грузоподъемностью от 0,5 до 2300 кг.
  • ABB (Швеция/Швейцария) — известна роботами серии IRB, системами управления и ПО RobotStudio.
  • KUKA (Германия) — производит антропоморфных роботов для автомобильной промышленности и коботов LBR iiwa.
  • Yaskawa Motoman (Япония) — специализируется на роботах для сварки и обработки материалов.
  • Kawasaki Robotics (Япония) — выпускает роботов для тяжелой промышленности и фармацевтики.
  • Эйдос Робототехника (Россия) — разработчик коллаборативных роботов и решений для автоматизации на базе отечественных компонентов.

Источники

  1. ГОСТ Р ИСО 8373-2014 «Роботы и робототехнические устройства. Термины и определения».
  2. «Промышленные роботы: устройство, программирование, применение» / под ред. Б. И. Черпакова. — М.: Машиностроение, 2019.
  3. «Робототехника: от теории к практике» / А. В. Богданов, В. В. Сысоев. — СПб.: Политехника, 2021.
  4. Отчет Международной федерации робототехники (IFR) «World Robotics 2023 – Industrial Robots».
  5. Материалы научно-технического журнала «Робототехника и техническая кибернетика» (ЦНИИ РТК, Санкт-Петербург).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →

Похожие материалы