Strona główna

O nas   l  Oferta   l  Partnerzy   l  Mapa strony   l   Kontakt

Roboty przemysłowe to roboty wykorzystywane przy szeroko pojętych zadaniach przemysłowych.

Robotyka przemysłowa jest dziedziną robotyki zajmująca się zastosowaniem robotów i manipulatorów przemysłowych w celu robotyzacji  procesów produkcyjnych (m.in. spawanie, malowanie, paletyzacja, montaż, prasowanie, przenoszenie, inspekcja produktów, testowanie produktów itp.).

Manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowaną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą własności manipulacyjny lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań przemysłowych (definicja wg normy ISO ITR 8373).

Według H. J. Warencke robot przemysłowy to urządzenie przeznaczone do automatycznej manipulacji z mozliwoscia wykonania programowalnych ruchów względem kilku osi, zaopatrzone w chwytaki lub narzedzia i skonstruowane specjalnie do zastosowana w przemyśle.

W skład schematu funkcjonalnego robota wchodzą:

- podstawa: płyta  lub inna konstrukcja (nieruchoma), która jest pierwszym członem
- korpus: obudowa elementów zespołów ruchów ramienia
- ramię dolne i górne
- przegub (kiść, nadgarstek) część układu ruchu między elementem roboczym a ramieniem, która orientuje element roboczy
- element roboczy: np. chwytak lub wkręt itp
- sterowanie
- napędy

Roboty przemysłowe można sklasyfikować, biorąc pod uwagę ich budowę, rodzaj sterowania, typ wykonywanej pracy lub inne kryteria podziału, np. dokładność pozycjonowania czy mobilność.

Podział robotów przemysłowych ze względu na budowę jednostki kinematycznej:

- jednostki monolityczne - jednostki kinematyczne o niezmiennej konstrukcji mechanizmu, którą użytkownik może uzupełnić nieliczną grupą komponentów dopuszczonych przez producenta (np. chwytak, narzędzie lub zespół ruchu). Wadą tego typu urządzeń jest ich bardzo mała elastyczność wymagana w nowoczesnych systemach produkcyjnych.

- jednostki modułowe - jednostki kinematyczne złożone z dostarczonych przez producenta gotowych zespołów ruchu, zgodnie z potrzebami klienta. Zazwyczaj  producent nie ogranicza możliwych do zestawienia struktur, jednak są one ograniczone przez własności mechaniczne i dynamiczne dostarczonych modułów.

- jednostki pseudomodułowe - jednostki kinematyczne o stałej strukturze kinematycznej, charakteryzujące się możliwością wymiany przez użytkownika robota niektórych zespołów ruchu, zazwyczaj ostatnich w łańcuchu kinematycznym zespołów ruchu.

Podział robotów przemysłowych ze względu na strukturę kinematyczną:

1. roboty stacjonarne

1.1 roboty z szeregową strukturą kinematyczną (z otwartym łańcuchem kinematycznym)

1.1.1 kartezjańskie (PPP)
Roboty z prostokątnym układem współrzędnych i prostopadłościenną przestrzenią ruchu - jest to najprostsza spośród wszystkich konfiguracji. Taka struktura manipulatora jest korzystna w zastosowaniach do montażu na blacie stołu oraz do transportu materiałów lub ładunków.

1.1.2 cylindryczne (OPP)
Roboty z  jednym obrotowym i dwoma liniowymi zespołami ruchu - charakteryzują się walcowym układem współrzędnych i cylindryczną przestrzenią ruchu. W takiej strukturze zmienne przegubowe są jednocześnie współrzędnymi cylindrycznymi końcówki roboczej względem podstawy, a przestrzenią roboczą jest niepełny cylinder. Nazywane są także robotami bramowymi lub suwnicowymi.

1.1.3 SCARA (OOP) (Selectively Compliant Assembly Robot Arm)
Roboty z trzema osiami równoległymi - dwoma o ruchu obrotowym i jedną o ruchu postępowym. Głównym przeznaczeniem tej klasy manipulatorów jest montaż elementów i podzespołów oraz powtarzalne przenoszenie detali i ich sortowanie (np. paletyzacja produktów). Strukturę tę wykorzystuje się także do tworzenia obwodów drukowanych w elektronice. SCARA posiadając strukturę (OOP), różni się od konfiguracji sferycznej wyglądem jak i obszarem zastosowania.

1.1.4 sferyczne (OOP)
Roboty posiadające  jeden liniowy oraz dwa obrotowe zespoły ruchu.

1.1.5 przegubowe (antropomorficzne) (OOO)
Roboty, których wszystkie 3 osie są osiami obrotowymi. Roboty o takiej konfiguracji mogą być wykorzystywane przy operacjach montażowych, polerowaniu, lakierowaniu różnego rodzaju detali. 

1.2 roboty z równoległą strukturą kinematyczną (z zamkniętym łańcuchem kinematycznym - roboty równoległe)

Zasada działania tego typu robotów opiera się na idei odpowiednio zaprojektowanych  ramion robota. Użycie tych ramion pozwala ustawić pozycję i orientację ruchomej platformy. Roboty te posiadają 3 lub 6 ramion, które wprowadzają odpowiednio 3 lub 6 stopni swobody. Ruchoma platforma jest wyposażona w efektor który posiada dodatkowy stopień swobody umożliwiający np. obrót. Tego typu roboty znalazły zastosowanie m.in. w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym oraz elektronicznym. Roboty równoległe w porówaniu do urządzeń szeregowych, wykazują się większą dopuszczalną obciążalnością oraz dużo wyższą sztywnością. Na ich niekorzyść przemawia mniejsza przestrzeń robocza oraz skomplikowane sterowanie.

Rozwiązania jednostek kinematycznych o bardziej złożonych układach zespołów ruchu lub zwielokrotnionych łańcuchach kinematycznych stanowią zazwyczaj kombinację wymienionych wyżej struktur.

2. roboty mobilne

2.1 roboty poruszające się po stałym torze
2.2 autonomiczne roboty mobilne (AGV - Automated Guided Vehicles)

Klasyfikacja robotów ze względu na sterowanie:

- roboty sekwencyjne: roboty z sekwencyjnym układem sterowania.

- roboty realizujące zadane trajektorie: roboty realizujące ustaloną wcześniej procedurę ruchów, według instrukcji określającej żądane pozycje i prędkość ruchu.

- roboty adaptacyjne: roboty o najbardziej zaawansowanym technologicznie układzie sterowania, pozwalającym na adaptację ruchów robota w zależności od aktualnej sytuacji, np. roboty wyposażone w czujniki wizyjne, dzięki którym możliwa jest korekta ruchów podczas wykonywania danej czynności. Układy takie charakteryzują się możliwością zmiany własności, dzięki wykorzystaniu informacji z czujników lub nagromadzonych doświadczeń, planowania zadań lub przez nauczanie.

- teleoperator - robot ze sterowaniem zdalnym, realizowanym przez operatora lub komputer.

Zobacz też: generacje robotów

Klasyfikacja robotów ze względu na rodzaj napędu:

W zależności od rodzaju energii do wprawiania w ruch mechanizmów robota, rozróżnia się  napędy:

- pneumatyczny
- hydrauliczny
- elektryczny

Obecnie większość robotów wyposażona jest w napędy elektryczne, znacznie rzadziej stosowane są napędy pneumatyczne i hydrauliczne (bardziej jako drugie źródło energii w urządzeniu do napędzania niektórych elementów).

Klasyfikacja robotów ze względu na rodzaj wykonywanej pracy:

- spawalnicze
- montażowe
- paletyzujące i depaletyzujące
- transportujące
- malarskie
- do przenoszenia materiałów i załadunku palet (AGV, LGV)
- roboty stosowane do obróbki materiałów
- roboty do owijania palet (owijarki)

Wszystkie roboty przemysłowe są sterowane mechanizmami servo lub innymi. Roboty z servo są sterowane poprzez wykorzystanie czujników, które w sposób ciągły monitorują osie robota, oraz powiązane z nimi komponenty pozycji i prędkości. Sprzężenie zwrotne jest porównywane z wcześniej zapisanymi informacjami, które zostały zaprogramowane i zmagazynowane w pamięci robota. Roboty sterowane mechanizmami inne niż servo nie korzystają z informacji sprzężenia zwrotnego, a ich osie są kontrolowane poprzez system mechanicznych zatrzymań i przełączników krańcowych.

Historia robotyki przemysłowej.

George C. Devol (1982)

Pierwszym na świecie ramieniem robota przemysłowego był Unimate. Został zbudowany przez firmę Unimation założoną przez G.C. Devola i J.S.Engelbergera w 1956 roku. Manipulator przemysłowy został zaprojektowany do wykonywania powtarzalnych i niebezpiecznych zadań na linii produkcyjnej General Motors.

Roboty Unimation były także nazywane programowanymi maszynami przenoszącymi, ponieważ początkowo ich głównym zadaniem było przenoszenie obiektów z jednego punktu do drugiego - na odległość do 12 stóp (około 3.6 m). Roboty te do ruchu wykorzystywały napęd hydrauliczny, ich dokładność wynosiła 1/10000 cala. Unimation sprzedał licencję do swoich robotów firmom Kawasaki Heavy Industries (Japonia) i Guest-Nettlefolds (Anglia), które rozpoczęły produkcję robotów przemysłowych.

Przez pewien czas jedyną konkurencją dla Unimation była amerykańska firma Cincinnati Milacron z siedzibą w Ohio. Sytuacja zmieniła się radykalnie w późnych latach 70. XX wieku, kiedy to produkcję robotów przemysłowych rozpoczęło kilka dużych firm japońskich.

Stanford Arm

W 1969 roku Victor Scheinman z Uniwersytetu Stanford zbudował ramię Stanford Arm - sześcioosiowy robot przegubowy, którego wszystkie osie były napędzane elektrycznie. Projekt ramienia staje się standardem i do dzisiejszych czasów ma wpływ na projekty tego typu ramion robotów. Stanford Arm dzięki możliwości wykonywania dowolnych ruchów w przestrzeni roboczej, rozszerzył potencjalne zastosowanie ówczesnych robotów o prace bardziej wyrafinowane, takie jak zadania montażowe lub spawanie. Później Scheinman buduje kolejny model ramienia robota, tym razem dla Massachusetts Institute of Technology, który nazwał MIT Arm. Scheinman otrzymuje stypendium naukowe od firmy Unimation, w ramach którego rozwija konstrukcje swoich robotów, a następnie sprzedaje tej firmie ich projekty. Unimation, przy współpracy firmy General Motors i nadal prowadzi prace nad rozwojem tych robotów, a następnie wprowadza je do sprzedaży, pod nazwą PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly). Robot PUMA przeznaczony był głównie do zadan motażowych. W roku 1973 KUKA Robotics buduje swojego robota, zwanego FAMULUS, który jest pierwszym robotem przegubowym, wyposażonym w 6 osi napędzanych elektromechanicznie.

Późne lata 70. XX wieku to czas, kiedy pojawiło się wiele amerykańskich firm, specjalizujących się w robotyce przemysłowej, m.in. General Electric i General Motors (która wraz z japońską firmą FANUC utworzyła spółkę joint venture - FANUC Robotics).

W 1970 roku General Motors staje się pierwszą firmą wykorzystującą systemy wizyjne w zastosowaniach przemysłowych. System Consight zostaje zainstalowany w kanadyjskim zakładzie w Saint Catharines.

W 1971 roku powołano do życia Japońskie Stowarzyszenie Robotyki Przemysłowej (Japanese Industrial Robot Association), w 1973 roku pojawia się pierwszy numer międzynarodowego czasopisma "Roboty Przemysłowe".

W tym samym roku firma Cincinnati Milacron Corporation wprowadza do sprzedaży T3 (z ang. the Tomorrow Tool) - pierwszy ogólnodostepny, komercyjny robot przemysłowy (zaprojektowany przez Richarda Hohn'a) sterowany poprzez minikomputer.

Pierwsze mobilne roboty przemysłowe pojawiały się w 1954 roku. W tym roku pierwszy na świecie wózek elektryczny bez kierowcy, wyprodukowany przez Barrett Electronics Corporation rozpoczął przenoszenie ładunków w magazynie sklepu spożywczego w South Carolina. Nawigacja maszyn tego typu (AGV - Automatem Guided Vehicles) odbywała się poprzez podążanie wzdłuż kabli umieszczonych w betonowej podłodze, emitujących sygnały odbierane przez robota mobilnego. W latach 80. XX wieku roboty AGV wyposażono w kontrolę mikroprocesorową, co pozwoliło na zastosowanie tego typu urządzeń do bardziej skomplikowanych zadań. W latach 90. pojawiła się nowa metoda nawigacji robotów AGV: nawigacja laserowa. Robot wyposażony w obracający się laser rozpoznaje swoją pozycję, dzięki pomiarowi odbić światła laserowego od reflektorów rozmieszczonych w magazynie lub fabryce.

Pomimo, że pierwsze roboty przemysłowe pojawiały się w Stanach Zjednoczonych, to jednak nie wytrzymały one próby czasu. W 1983 roku firma Unimation został wykupiona przez Westinghouse Electric Corporation za 107 mln dolarów. W 1988 roku Westinghouse odsprzedaje Unimation francuskiej firmie Stäubli Faverges SCA.

Z kolei inna firma bran zy robotyki przemysłowej - Cincinnati Milacron, specjalizująca się w produkcji ramoin hydraulicznych, w 1990 roku sprzedaje swój oddział robotyki szwedzkiej firmie Asea Brown Boveri. Jedyną amerykańską firmą produkującą roboty przemysłowe jest Adept Technology (powstała w 1983 roku).

Lata 80. to czas wkraczania wielu firm europejskich i japońskich na rynek robotyki przemysłowej. W Japonii decydującym czynnikiem stymulującym ten proces była wizja starzejącego się społeczeństwa i niedobór pracowników, co doprowadziło do tego, że japońscy producenci rozwijali nowoczesne technologie robotyczne zanim zaczęły one przynosić dochody. Późne lata 80. to w Japonii dominacja kilku firm: Fanuc, Matsushita Electric Industrial Company, Mitsubishi Group i Honda Motor Company, które to firmy stały się światowymi liderami w produkcji i stosowaniu robotów przemysłowych.

W późniejszym czasie znaczący wzrost przemysłu robotyki przemysłowej dokonał się również w Europie, a to za sprawą coraz większych kosztów utrzymania pracowników. W 2001 roku liczba instalacji robotów przemysłowych w Unii Europejskiej po raz pierwszy w historii przekroczyła liczbę instalacji obecnych w Japonii, która do tego czasu była niekwestionowanym liderem w tej dziedzinie.

Parametry opisujące roboty przemysłowe.

Liczba osi - 2 osie są wymagane, aby robot dosięgnął dowolnego punktu w płaszczyźnie; 3 osie są wymagane do osiągnięcia przez robota dowolnego punktu w przestrzeni. Do pełnej kontroli orientacji końcówki ramienia (np. chwytaka) potrzebne są dodatkowe 3 osie.

Liczba stopni swobody - ilość zmiennych położenia, jaką należy podać w celu jednoznacznego określenia układu w przestrzeni. Zazwyczaj jest równa liczbie osi robota.

Przestrzeń robocza - przestrzeń ruchów robota.

Kinematyka - rzeczywiste rozmieszczenie sztywnych elementów i złącz robota, które określają możliwe ruchy robota. Istnieje kilka klas kinematyki robotów: przegubowa,  kartezjańska, równoległa i SCARA.

Nośność (udźwig użyteczny) - dopuszczalna masa obiektu, jaką robot może podnieść

Prędkość - jak szybko robot może przemieścić końcówkę ramienia. Prędkość może być określona jako prędkość kątowa lub liniowa każdej z osi robota, lub jako prędkość złożona, np. prędkość końcówki ramienia kiedy wszystkie osie robota poruszają się.

Przyspieszenie - jak szybko oś robota może przyspieszyć. Często wartość przyspieszenia robota zdefiniowana w specyfikacji nie może być osiągnięta, np. z powodu zbyt krótkiej odległości ruchu lub skomplikowanej trajektorii ruchów, wymagającej zmianę kierunku ruchu.

Dokładność - jak blisko manipulator może dojść do zadanego punktu w przestrzeni roboczej. Dokładność może przybierać różne wartości, w zależności od prędkości i pozycji manipulatora w przestrzeni roboczej, oraz od masy przenoszonego ładunku. Dokładność może zostać ulepszona poprzez kalibrację robota.

Powtarzalność - określa jak blisko manipulator może dojść do uprzednio osiągniętej pozycji.

Kontrola ruchu - w niektórych zastosowaniach, takich jak operacje podnieś i przenieś, robot potrzebuje jedynie ograniczonej liczby zaprogramowanych pozycji w przestrzeni roboczej, które osiąga podczas pracy. Inne, bardziej zaawansowane zastsoowania, takie jak spawanie czy obróbka końcowa materiałów (np. malowanie), trajektoria ruchu robota musi być bezustannie kontrolowana.

Źródło energii - roboty do pracy wykorzystują różnego typu napędy: elektryczny, hydrauliczny, pneumatyczny lub mieszany (który jest kombinacją trzech poprzednich napędów). Każdy z napędów ma swoje zalety i wady, jednak zdecydowana większość obecnie stosowanych napędów to silniki elektryczne.

Podatność - miara o jaki kąt lub odległość oś robota przesunie się, kiedy przyłożona zostanie do niej siła zewnętrzna. Podatność sprawia, że kiedy robot przenosi obiekt o maksymalnej, dopuszczalnej masie, pozycja elementu wykonawczego będzie nieco niżej niż podczas tego samego ruchu robota, ale już bez obciążenia.

Niezawodność - własność obiektu mówiąca o tym, czy pracuje on poprawnie (spełnia wszystkie powierzone mu funkcje i czynności) przez wymagany czas i w określonych warunkach eksploatacji (w danym zespole czynników wymuszających).

źródło: [1] - Spong Mark W., Vidyasagar M. Dynamika i sterowanie robotów, Warszawa, WNT, 1997, [2] - Craig John J. Wprowadzenie do robotyki, Warszawa, WNT, 1993 [3] - Jerzy Honczarenko Roboty przemysłowe: budowa i zastosowanie, Warszawa, WNT, 2004 , [4] - wikipedia.com, [5] - NASA, [6] - looptechnology.com, [7] - britannica.com

Producenci robotów przemysłowych

Publikacja Roboty przemysłowe i bezpieczeństwo systemu robotycznego (Industrial robots and robot system safety) (84 kB)

Publikacja Definicja i podział robotów przemysłowych (wg normy ISO 8373) (228 kB)

Robotics Industries Association

International Federation of Robotics

Japan Robot Association

Kalibracja robotów przemysłowych