Какую систему классификации вы можете предложить для роботов

Классификация роботов по использованию, передвижению и компонентам

Колпаков, С. Г. Классификация роботов по использованию, передвижению и компонентам / С. Г. Колпаков, А. Д. Мячиков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 3 (137). — С. 241-244. — URL: https://moluch.ru/archive/137/36438/ (дата обращения: 26.02.2023).

Бурное развитие робототехники в последние годы дало начало большому числу роботизированных устройств, а также снижению стоимости их разработки. Несомненной задачей в начале разработки является конкретизация параметров будущего робота, в чём несомненную помощь оказывает их классификация.

Ключевые слова: робототехника, классификация роботов, обзор компонентов

В последние годы робототехника продолжает завоёвывать лидирующие позиции как в производстве, так и в повседневной жизни. Вместе с совершенствованием технологий уменьшается и стоимость производства роботов, что позволяет разрабатывать собственные робототехнические проекты даже небольшим группам студентов. Другими словами, робототехника становится прикладной наукой, доступной группам даже со сравнительно небольшим финансированием, при этом дающей возможность создания устройств весьма высокого уровня. Одним из первоначальных этапов в составлении классификации является конкретизация основных терминов. Робот — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма, предназначенное для осуществления производственных и других операций, которое действует по заранее заложенной программе и получает информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком [2]. Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства [3].

Промышленные роботы (ПТ) предназначенны для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе манипуляционный робот, т. е. автоматическое устройство, состоящее из манипулятора и перепрограммируемого устройства управления, которое формирует управляющие воздействия, задающие требуемые движения исполнительных органов манипулятора [1]. Они позволяют значительно автоматизировать процесс конвейерного производства, что, в свою очередь, позволяет увеличить производительность труда, уменьшить издержки производства, а также ослабить влияние человеческого фактора, за счет чего повысится конкурентоспособность. В зависимости от рода выполняемой роботами работы выделяют:

1. Литейные — предназначены для отливки изделий расплавленным материалом, в том числе и 3D принтеры. Главной технологической сложностью при разработке являются высокие температуры при плавлении.

2. Роботы для механических обработок — используются при обработке изделий с помощью механического воздействия с применением режущего инструмента, кузнечных работах, а также прессовки и штамповки.

3. Сборочные — в большинстве случаев это манипуляторы использующие различные инструменты как для механического соединения, так и для пайки электронных компонентов.

4 Окрасочные — используются при автоматического нанесения лакокрасочного покрытия, а также последующей полировки изделия.

1. Строительные — предназначены для автоматизации строительства, а также добычи ресурсов, сюда входят и роботизированные средства доставки строительных материалов и машины для постройки различных объектов.
2. Фасовочно-сортировальные — используются для проверки качества продукта, его сортировки и фасовки в упаковку, в большинстве случаев это последний этап автоматизации на конвейерах, не считая средств доставки изделий потребителям.
3. Транспортные — к этому классу относятся любые роботизированные средства доставки грузов, наиболее распространёнными среди них являются конвейерные.
4. Сельскохозяйственные — роботы основной задачей которых является автоматизация сельскохозяйственного производства, например, оросители, комбайны, трактора и др.

Бытовой робот — робот, предназначенный для помощи человеку в повседневной жизни. Мы выделяем следующие классы:

1. Транспортные роботы — используются для перевозки пассажиров и грузов в автоматическом режиме.
2. Умный дом — интеллектуальная, роботизированная система главной задачей которой является автоматизация и согласование всех систем жизнеобеспечения и безопасности.
3. Робот-помощник — универсальный класс роботов способных на физическую и интеллектуальную помощь хозяину.
4. Робот-домохозяйка — класс роботов выполняющих повседневную работу в доме, к нему относятся роботы-повара, пылесосы, мойщики окон, посудомойки, очистители воздуха, автокормушки, уборщики бассейнов и др.

Социальный робот — робот, способный в автономном или полуавтономном режиме взаимодействовать и общаться с людьми в общественных местах или домах.

1. Роботы члены семьи — устройства, способные практически полностью «влиться» в состав семьи, способны передвигаться по дому, взаимодействовать с окружающими.

2. Роботы-животные — устройства, заменяющие домашних животных, способны копировать их движения и звуки.

3. Роботы-игрушки — средства развлечения детей, способствующие их обучению различным навыкам и знаниям.

Медицинский робот — робот, созданный для выполнения медицинских манипуляций под управлением человека. Существуют роботы-хирурги, способные выполнять высокоточные операции, роботы-фармацевты, разносящие медицинские препараты пациентам в больницах, а также большое количество узкоспециализированных роботов.

1. Роботы-хирурги — применяются для хирургического лечения заболеваний и травм, кроме выполнения роли хирурга, могут выполнять функции ассистента при операциях.

2. Роботы-фармацевты — способны изготавливать и раздавать лечебные препараты пациентам.

3. Роботизированные протезы — предназначены для замены утраченных или необратимо повреждённых частей тела искусственными роботизированными устройствами.

4. Роботизированные трансплантаты — используются для замены поврежденных или не функционирующих органов и тканей на роботизированные устройства, способными действенно их заменить.

5. Роботы-сиделки — способны заменить работников младшего медицинского персонала при уходе за больными.

6. Роботизированные симуляторы пациентов — предназначены для практического обучения и отработки навыков медицинских специалистов.

7. Роботы-диагносты — способны на основе данных анамнеза поставить диагноз и назначить лечение.

Исследовательские роботы — это устройства для проведения различных исследований, в том числе и возможностей использования роботов для выполнения различных функций. К ним относятся многочисленные приборы как автоматического, так и полуавтоматического плана. По средам использования различают:

1. Космические — используются для проведения исследований в условиях космоса, к ним можно отнести различные исследовательские спутники.
2. Наземные — предназначены для проведения исследований на поверхности земли, в случае проведения исследований на других планетах, роботов называют планетоходами.
3. Подземные — способны проводить исследования под поверхностью почвы, или непосредственно под грунтом или же в пещерах и гротах.
4. Морские — устройства для проведения исследований в надводном или подводном положении.

Боевой робот — это многофункциональное техническое устройство с антропоморфным (человекоподобным) поведением, частично или полностью выполняющее функции человека при решении определенных боевых задач. Позволяет заменить человека при выполнении боевых задач, сохранить ему жизнь, а также выполнить задачи, несовместимые с его возможностями. По средам использования различают:

1. Воздушные БПЛА (Беспилотный летательный аппарат) — предназначены для выполнения воздушных миссий, таких как наблюдение и разведка, координация нанесения ударов по противнику, создание рядом с собой беспроводных сетей связи.
2. Сухопутные — к этому классу относятся наземные боевые машины, это беспилотные военные автомобили, системы разведки, охранные системы, роботы-сапёры, а также полноценные боевые комплексы.
3. Морские — этот класс объединяет роботизированных устройств надводного и подводного типа, основными задачами которых является разведка, сопровождение, патрулирование и поиск мин.

Из определения можно выделить то, что робот предназначен для выполнения определенных операций, в зависимости от рода которых можно выделить стационарный и мобильный тип устройства. Одним из основных критериев деления мобильных роботов на классы является способ передвижения:

1. Колёсный способ — наиболее распространённый способ передвижения, который в зависимости от числа используемых колёс можно разделить на подклассы. Преимуществом использования малого (от 1 до 2) количества колёс может служить простота конструкции и отличная манёвренность, с другой стороны, увеличение числа колёс расширяет площадь контакта с поверхностью, что способствует значительному улучшению проходимости.

2. Гусеничный способ — чаще всего применяется в боевых роботах, так как использование гусениц значительно повышает проходимость на пересечённой местности.

3. Шагающий способ — использование для передвижения аналоги ног повышает сложность проектирования, вместе с тем современные технологии не позволяют достичь устойчивости, приближенной к человеческой.

4. Передвижение по воздуху — к нему относятся так называемые БПЛА, ракеты, а также самолёты и вертолёты, оснащённые автопилотом.

5. Плавающий способ — использующий для передвижения гребные винты или силы ветра, способные передвигаться над и под водой, к этому способу относятся БППА (беспилотный плавающий аппарат) а также корабли, оснащенные автопилотом.

Для создания полноценного робота требуется большое количество компонентов и мы, произвели попытку систематизации их для дальнейшего использования. “Мозгом” практически каждого робота является микроконтроллер или же их совокупность, где каждый отвечает за определённые функции. С одной стороны, использование нескольких микроконтроллеров усложняет конструкцию, но с другой — позволяет добиться большей надёжности системы в целом и продолжительности её работы благодаря возможности отключения некоторых узлов, а также управляющих ими контроллеров в случае их ненадобности в данный момент. Ключевыми аспектами при выборе микроконтроллера являются: разрядность, количество цифровых и аналоговых входов и выходов, размер флэш-памяти, количество оперативной памяти, тактовая частота, наличие таймеров и других периферийных устройств. Важным критерием для мобильных роботов являются рабочее напряжение и энергопотребление.

Приводы относятся к важнейшим компонентам практически любых роботов, позволяя им совершать движения и перемещаться в пространстве, в некоторых случаях приводы можно сравнить с мышцами живого организма. Рассмотрим несколько наиболее распространённых вида приводов. Одним из самых простых решений является использование электрического сервопривода, представляющего собой электродвигатель с установленным редуктором и датчиком положения вала, благодаря которому и производится точное перемещение привода. Частым решением так же является использование в качестве привода шагового двигателя: в нём так же используется электродвигатель, но без использования датчика положения вала, так как управление углом вращения происходит благодаря контроллеру, которому заранее известен угол отклонения вала. Альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, использующие для вращения ротора вибрацию пьезоэлектрических ножек на ультразвуковой частоте [4].

Очень похожими на настоящие мышцы выглядят пневмоприводы, работающие по весьма простой технологии: в специальную оболочку, способную увеличивать свой объём только с уменьшением длины и увеличением толщины, под давлением закачивается газ, благодаря чему и происходит сокращение. Трансформация энергии газа под давлением так же возможна и во вращение: по примеру пневмопистолетов для закручивания гаек в производстве. Кроме того, часто вместо газа используются и жидкости под давлением — это так называемые гидроприводы. Чаще всего они применяются в производственных манипуляторах. Главным аспектом при проектировании робота является обеспечение его электропитанием. Для стационарных роботов это обстоятельство не является критичным, но для мобильных, а тем более для автономных роботов задача обеспечения энергией при их проектировании выходит на первый план. Основными критериями являются напряжение и максимально возможная сила тока, которую может дать его источник. В случае с мобильными роботами — это длительность автономной работы и возможность подзарядки.

Созданием данной классификации мы постарались обобщить современные представления о возможностях, функциях и областях применения робототехники в наши дни. Как мы видим, эта наука проникла и успешно используется во многих областях жизни и производства. При всём этом, робототехника всё ещё остаётся очень перспективной наукой и таит в себе огромные возможности и потенциал для дальнейшего развития. В частности, современный лечебно-диагностический процесс уже невозможно представить себе без технической составляющей — УЗИ, МРТ, рентгеновских методов диагностики, датчиков медико-биологической информации, лазеро- и электролечения, холтеровского мониторирования и чреспищеводной электростимуляции сердца — список бесконечен [5], а в современной хирургии успешно применяется роботизированная хирургическая система «Da Vinci» при помощи которой только в 2012 году было проведено 200тыс. успешных операций [6]. Однако для создания подобных систем необходимы знания не только технические знания в создании устройств, но и знания в области медицины именно этот фактор определяет необходимость обучения специалистов в области медицинской робототехники, чему может способствовать создание специализированных факультетов в медицинских вузах.

Данная классификация может использоваться в качестве основы методических материалов для преподавания курса общей робототехники, а также сторонними разработчиками для конкретизации параметров будущего робота и позволит точно определить необходимые функции и компоненты для создания роботизированного устройства, а мы, в свою очередь, используя данную классификацию как основу, планируем и в дальнейшем работать в этом направлении.

V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2013

В данной статье мы решили рассмотреть разновидности роботов, их классификацию и области применения. Это позволит ориентироваться в мире робототехники и выбирать более актуальные тематики для последующей исследовательской работы.

Существует множество определений понятия «робот»:

робот(от чешск. robota) – электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др. (Википедия).

робот – машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда (Большая советская энциклопедия).

Таким образом, робот – понятие неопределённое, и поэтому к классу роботов можно отнести многие автоматические устройства.

Анализируя литературные источники по данной теме, в зависимости от назначения и решаемого класса задач мы придерживаемся следующей классификации роботов.

Производственные роботы – это роботы, предназначенные для выполнения тяжелой, монотонной, вредной и опасной для здоровья людей физической работы. Виды производственных роботов представлены в таблице:

автоматизация всех видов ручных и транспортных операций в различных отраслях промышленности

роботы для покраски, сборки деталей, сварки, резки металла

автоматизация трудоемких и монотонных процессов в сельском хозяйстве

роботы для подстрижки овец,

автоматизация управления различными транспортными средствами.

самоходные тележки, шагающие аппараты, автопилоты и авторулевые.

автоматизация ручных операций как вспомогательных, так и основных, органически присущих строительному делу.

автоматизация операций, связанных с бытом человека и с богатой разнообразием сферой его обслуживания.

роботы-пылесосы, роботы-носильщики, роботы-игрушки, социальные роботы

2. Исследовательские роботы. Они служат для поиска, сбора, переработки и передачи информации об исследуемых объектах. К числу таких объектов относятся космическое пространство, поверхности планет, подводное пространство, подземные полости (шахты, пещеры и т. п.), Арктика и Антарктика, пустыни, зараженная местность и другие, труднодоступные для человека области. Примерами таких роботов являются беспилотные летательные аппараты, роботы-саперы, роботы-санитары, различные многоцелевые боевые машины и т.д.

Каждое последующее поколение роботов обладает большими возможностями и совершенством, но не исключает предыдущего; они взаимно дополняют друг друга и находят применение соответственно своим функциональным возможностям и условиям экономической целесообразности. К настоящему времени сформировалось три поколения роботов.

Роботы первого поколения (с программным управлением), применяют для: обслуживания станков, прессов, печей, сварочных установок и машин; выполнения основных технологических процессов (резки, сборки, сварки); погрузочно-разгрузочных и складских работ.

Роботы второго поколения отличаются от роботов первого наличием чувствительных устройств (осязание, телевизионное зрение), имеют более сложное управляющее устройство.

Роботы третьего поколения (интегральные роботы) в отличие от роботов второго поколения обрабатывают информацию, получаемую от органов чувств. Эти роботы применяют для работ, требующих распознавания образов (работа по чертежу), а также протекающих в сложных и изменяющихся условиях. [2]

Классификация роботов может так же производится по другим признакам, необходимым для разработки типажа.

По характеру выполнения технологических операций роботы делятся на:

технологические роботы – выполняют основные технологические операции. Они непосредственно участвуют в техпроцессе в качестве оборудования (гибка, сварка, окраска, сборка и т.д.);

вспомогательные (подъемно-транспортные) выполняют функции переноса объекта в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Их применяют для обслуживания основного технологического оборудования;

универсальные роботы – выполняющие разнообразные технологические операции – основные и вспомогательные.

По степени специализации:

специальные – только для выполнения одной технологической операции или обслуживания конкретного технологического оборудования;

специализированные – предназначены для выполнения технологических операций одного вида ;

многоцелевые – для выполнения различных основных и вспомогательных операций и они относятся к числу универсальных.

По системе основных координатных перемещений:

Прямоугольная: плоская; пространственная

Полярная: плоская; цилиндрическая; сферическая

По числу степеней подвижности:

с одно, двумя и n- степенями подвижности.

сверхлегкие – до 1 кг.;

легкие – до 10 кг.;

средние – до 200 кг.;

тяжелые – до 1000 кг.;

сверхтяжелые – свыше 1000 кг.

Таким образом, мы видим, что существует множество разновидностей, а так же множество классификаций роботов. При проектировании робота, необходимо четко осознавать для каких целей он будет служить, какие действия будет выполнять. Резюмируя вышеизложенное, отметим, что современная робототехника представляет собой гармоничное сочетание роботов различных типов и поколений, которые возникли в связи с потребностями научно-технического прогресса.

Изучение данного направления для меня – это, прежде всего реальная возможность стать специалистом в этой области, которая в данный момент востребована и актуальна.

Студенческий научный форум — 2013
V Международная студенческая научная конференция

В рамках реализации «Государственной молодежной политики Российской Федерации на период до 2025 года» и направления «Вовлечение молодежи в инновационную деятельность и научно-техническое творчество» коллективами преподавателей различных вузов России в 2009 году было предложено совместное проведение электронной научной конференции «Международный студенческий научный форум».

Разновидности роботов и их классификация

В наше время автоматические устройства, способные заменить людей во многих видах деятельности, перестали считаться фантастикой. Их практическое применение стало доступной реальностью. Разработаны разнообразные виды роботов, а потому современному человеку надо разбираться в их классификации.

История зарождения робототехники

По сути, робот — это кибернетическое устройство, способное выполнять за человека определенную физическую или умственную работу по специальной программе, заложенной в него, учитывая внешние факторы. Первые идеи о таких механизмах зародились еще в древнегреческих мифах, но реальное воплощение они нашли только в XX веке.

Термин «робот» появился на свет благодаря чешскому писателю К. Чапеку, который употребил его в 1920 году в своей пьесе, а первые реальные прототипы современных андроидов — в 30-х годах прошлого столетия. Толчок развитию робототехники дал Г. Форд в работах по созданию поточных линий. Первая в мире компания по изготовлению промышленных роботов (Unimation) возникла в США в 1956 году, а ее первенец — промышленный робот заработал в концерне General Motors в начале 1960-х годов. Примерно в это же время появилась лаборатория по исследованию искусственного интеллекта.

Серьезно продвинуло робототехнику вперед создание систем управления на базе микропроцессоров в 1970-х годах, что удешевило изготовление роботов, а также разработка официального языка программирования роботов в 1982 году. Первый робот (Scara) с электроприводом изготовлен компанией Adept в 1984 году. Резкое развитие робототехники началось в начале XXI века. Она стала охватывать многие области человеческой деятельности: от бытовых работ до работ на космической станции.

В развитии роботостроения можно выделить 3 важных этапа:

1. Создание роботов 1-го поколения. Они освоены промышленностью в 1960-х годах. В них закладывалась определенная программа, которая не могла приспосабливаться к изменению внешних факторов. Наиболее яркие представители — роботы Версатран и Юнимейт.
2. Создание роботов 2-го поколения. В них закладывалась гибкая программа, способная решать сложные производственные задачи, в т. ч. по сборке с соблюдением высокой точности параметров. Появилась возможность выбирать оптимальный режим работы с учетом изменений внешних факторов.
3. Разработка роботов 3-го поколения. В них внедрены инновационные средства адаптации, способность к самообучению и распознанию образов. Сделан важный шаг по созданию искусственного интеллекта.

Таким образом, современный робот — это устройство с определенной программой, но способное воспринимать окружающий мир через систему датчиков, строить модели поведения, принимать решения и воздействовать на физический мир разными способами.

Виды роботов, применяемые в современном мире

Роботы, используемые в настоящее время, подразделяются на несколько видов с учетом определяющих критериев.

По управлению

Управление роботами осуществляется с помощью специальных программ. Выделяются такие разновидности:

1. Жесткопрограммируемые устройства. По сути, это роботы 1-го поколения, в которые вводится программа, не изменяющаяся в процессе работы.
2. Адаптивное программирование. В программах содержатся сведения о состоянии внешних факторов. Через сенсорную систему роботы могут распознавать состояние внешнего мира и корректировать режимы работы с учетом изменения условий.
3. Гибкопрограммируемые роботы. Это устройства последнего поколения, которые могут изменять программу своих действий, принимая во внимание только конечную цель, получая и анализируя информацию об окружающем мире.

Важно! Отдельно выделяются коллаборативные роботы, не имеющие полной автономности действий и осуществляющие их под контролем человека.

По позиционированию

По позиционированию возможных перемещений роботы подразделяются на такие виды:

1. Роботы с прямоугольной или декартовой системой координат. Они совершают возвратно-поступательные перемещения по двум координатам — плоское позиционирование или по трем координатам — пространственное позиционирование.
2. Роботы с цилиндрической системой координат. Имеется возможность одной степени вращательного движения и не менее одного направления поступательного перемещения.
3. Роботы с полярной или сферической системой координат. Манипулятор имеет две степени вращения и одну поступательную степень.
4. Шарнирные роботы. Они имеют не менее трех вращательных степеней подвижности.
5. Роботы SCARA. Они обладают двумя вращательными степенями подвижности по параллельным осям.
6. Комбинированная кинематика. Такие роботы могут совмещать разный тип позиционирования.

Помимо указанного распределения роботы разделяются по числу степеней подвижности. Они могут иметь 1, 2, 3 и N степеней.

По назначению

По своему основному назначению роботы подразделяются на множество разновидностей. Можно выделить основные виды:

1. Промышленные роботы . Наиболее распространенные разновидности: литейные, для механической обработки, сборочные, окрасочные, строительные, фасовочно-сортировочные, транспортные, сельскохозяйственные.
2. Медицинские роботы. Они используются: для проведения хирургических операций (роботы-хирурги), приготовления лекарственных препаратов (роботы-фармацевты), ухода за больными (робот-сиделка), диагностики заболеваний (роботы-диагносты), обучения медицинским навыкам (робот-педагог). Кроме того, в медицине применяются роботизированные системы в виде протезов конечностей и трансплантатов для замены внутренних органов.
3. Бытовые роботы. Они в последнее время получили большую популярность. Выделяется несколько категорий: роботы для транспортировки предметов и грузов в автоматическом режиме по заданному маршруту; робот-домохозяйка (приготовление пищи, мойка, пылесосы и т. д.); универсальный робот-помощник по дому; «умный дом», т. е. роботизированная система всего жизнеобеспечения. Особую категорию составляют социальные роботы: «поводыри», «домашние животные», игрушки, универсальные роботы для общения и снятия напряжения.
4. Роботы для обеспечения безопасности. Они активно используются подразделениями МЧС, среди прочего при тушении пожаров, разборе завалов, разминировании, наводнениях, спасении людей в экстремальных условиях.
5. Боевые роботы. Это обширная группа разнообразной техники для ведения боевых действий, в т. ч. беспилотные летательные аппараты, самоходные танки и БТР, надводные и подводные аппараты, и т. д.
6. Исследовательские роботы. Они необходимы при проведении исследований в экстремальных условиях: высокая температура, радиация, разряженный воздух и т. п. Они способны работать на земле и под землей, на воде и под водой, в воздухе и космосе.

Трудно найти области, где не пригодятся роботы. В последнее время начали использоваться роботы-ученые и роботы-педагоги. Возможности роботизированных систем практически неограниченны.

По способу передвижения

По способу перемещения роботы можно подразделить на такие виды:

1. Колесное перемещение. Может использоваться разное количество колес: 1, 2, 4 и более в зависимости от назначения и необходимой маневренности.
2. Гусеничный способ. Он значительно увеличивает проходимость, а потому востребован в боевых установках.
3. Шагающий принцип. Он имитирует движение человека.
4. Полет в воздухе. Это беспилотные летающие аппараты разного назначения.
5. Плавающий принцип. Используются гребные винты или паруса.
6. Имитация движения животных. В роботах может использоваться принцип передвижения змей, птиц, насекомых и т. д.

В некоторых универсальных моделях используются комбинации разных способов. Это могут быть колесно-гусеничные механизмы, шагающий способ с присосками и другие варианты.

Современные роботы от топовых производителей

Качество и надежность роботов во многом зависит от производителя. Можно выделить несколько топовых компаний и моделей, доказавших эффективность продукции.

Новая модель промышленных роботов KUKA KR QUANTEC PA Arctic предназначен для работы при значительных минусовых температурах без дополнительной защиты. Его разработчики задались целью создания устройства для пищевой отрасли со способностью работать в морозильной камере и достигли нужного результата. Робот способен производить различные манипуляции с замороженными продуктами.

• Диапазон температур -30°C – +5°C
• Количество осей 5

• Дополнительная нагрузка, кг 50
• Максимальный радиус действия 3195 мм
• Монтажное положение на полу
• Полезная нагрузка, кг 240 / 180 / 120
• Система управления KR C4
• Стабильность повторяемости ±0,06 мм
• Тип защиты IP 65

Fanuc

Одним из самых мощных промышленных роботов является модель FANUC M-2000iA/1200. Она идеально подходит для погрузочно-разгрузочных работ, транспортировки и паллетирования тяжелых грузов. Робот имеет большую длину хода, обеспечивающую возможность работы с крупногабаритными изделиями. Особой популярностью такое оборудование пользуется в машиностроении и на кузнечных производствах.

Universal Robots

Среди роботов серии Universal Robots выделяется робот-манипулятор UR10. Он прекрасно сочетается с сельскохозяйственным, фармацевтическим и технологическим оборудованием. Его можно использовать для полировки деталей, литья, упаковки продукции, завинчивания при сборке, склеивании, сварке и дозировании. Он удобен при погрузочных работах и при проведении лабораторных исследований в экстремальных условиях.

Примеры использования роботов

Роботы широко используются в разных компаниях для выполнения различных производственных задач. Можно привести несколько примеров:

1. Упаковка и складирование. На больших складах с активным оборотом товара эффективно применяется робот-погрузчик Packaging World. В сфере упаковки продуктов питания надежно показали себя роботизированные системы Yasakawa. Роботы Robotics Tomorrow активно используются крупными компаниями Graphic Packaging, WestRock, Master Packaging и Malnove.
2. Бумажное производство. Приклеивание этикеток, обертывание, упаковка и расфасовка обеспечиваются оборудованием Control ENGINEering и Pulp & Paper Canada.
3. Деревообработка. Высоко оценивается работа роботов Robotics Online при окраске, обработке, сортировке деревянных изделий в компании Willamette Valley Co.
4. Металлообработка. Внедрение роботов в Canadian Metalworking позволило значительно повысить производительность труда. Роботы обеспечивают обработку, транспортировку и складирование деталей, обслуживание станков, проведение контроля качества.
5. Сталелитейное производство. Концерн Teesside Beam Mill использует роботы RobotWorx в своих металлургических подразделениях. С их помощью изготавливается различный стальной профиль в автоматическом режиме.

Спрос на промышленных роботов растет с каждым годом. За крупными корпорациями к этому процессу подключился средний и малый бизнес. Затраты на приобретение оборудования довольно быстро окупаются за счет повышения производительности и качества продукции.

Роботы в промышленности — их типы и разновидности

Это статья об индустриальном применении робототехники. Применение роботов в промышленности началось, по историческим меркам, не так давно — чуть больше, чем полвека назад, но сейчас уже мало какое производство можно представить себе без автоматических линий, без стальных манипуляторов и зорких стеклянных зрачков роботов — эти железные ребята прочно вошли в большинство производственных процессов и уходить не собираются.

Несмотря на такое обширное, почти повсеместное распространение роботов, лишь специалисты в полной мере представляют себе весь спектр их возможностей. В этой статье мы приоткроем дверь в мир промышленной робототехники для широкого круга читателей: опишем некоторые разновидности производственных роботов и сферы их применения. Нельзя объять необъятное в одной статье, но, если читателям будет интересно, мы обязательно продолжим.

Так какие они бывают — роботы?

Есть несколько классификаций промышленных роботов: по типу управления, по степени мобильности, по области применения и специфике совершаемых операций.

По типу управления:

Управляемые роботы: требуют, чтобы каждым их движением управлял оператор. В силу узости областей применения распространены мало. Да и не совсем роботы.

Автоматы и полуавтономные роботы: действуют строго по заданной программе, зачастую не имеют сенсоров и не способны корректировать свои действия, не могут обойтись без участия рабочего.

Автономные: могут совершать запрограммированный цикл действий без участия человека, согласно заданным алгоритмам и корректируя свои действия по мере необходимости. Такие роботы способны полностью перекрыть поле деятельности на своем участке конвейера, без привлечения живой рабсилы.

По функциям и сфере применения:

Роботы разделяются по назначению и исполняемым функциям, вот лишь некоторые из них: промышленные роботы бывают универсальные, сварочные, машиностроительные, режущие, комплектовочные, сборочные, упаковочные, складские, малярные.

Это далеко не полный перечень: количество всевозможных вариантов постоянно растет и все перечислить невозможно в рамках одной статьи. Можно лишь с уверенностью сказать о том, что вряд ли найдется такая область человеческой деятельности, где роботы не смогли бы сделать труд человека более творческим, взяв всю монотонную и опасную часть работы на себя.

Другие методы классификации

У каждой энциклопедии, каждого справочника и каждого производителя своя классификация и типология роботов. Что и не удивительно — зачастую она определяется сугубо специфическими нуждами и частным подходом того, кто её составляет.

Помешает ли это нам рассмотреть некоторые образцы и понять — что же они умеют? Нет конечно. Поехали.

Рассмотрим образцы

Среди промышленных роботов выделяется продукция таких известных фирм, как Kuka, Fanuc, Universal Robots, некоторые образцы которых мы рассмотрим чуть ниже.

KUKA KR QUANTEC PA — один из лучших роботов-палетоукладчиков на рынке. KUKA KR QUANTEC PA Arctic — его модификация, робот функционирующий при экстремально низких температурах. Он создан для работы преимущественно в морозильных камерах, при температурах до -30 °C. Электронные и механические части аппарата не нуждаются в защите от мороза, снега, инея, а также не выделяют излишнего тепла. Радиус действия манипулятора модификации Арктик, как и у стандартного KUKA KR QUANTEC PA, составляет 3195 мм, а полезная нагрузка — до 240 кг. Аппарат идеален для применения в пищевой промышленности и в условиях крайнего севера. Кроме составления штабелей из паллетов, робот может выполнять и другие манипуляции, ведь точность его движений, а точнее говоря — стабильность повторяемости позиционирования, составляет 0,06 мм.

FANUC M-2000iA/1200 — пятиосевой грузоподъемный робот поднимающий до 1200 кг и перемещающий этот груз на расстояние до 3,7 м — идеален в качестве погрузчика, так как работает без участия человека, что практически сводит к нулю опасность травматизма. Работает при температурах 0°C — +45 °C. Стабильность повторяемости — 0,03 мм.

Крайне прочный аппарат.

UR10 — самый крупный из манипуляторов Universal Robots и это коллаборативный робот, проще говоря — он создан для работы с другим оборудованием и помощи в работе человеку.

Манипулятор модели UR10 имеет радиус действия 1,3 м и поднимает груз до 10 кг. Его можно использовать с сельскохозяйственным, фармацевтическим, технологическим и многим другим оборудованием. Компактно размещается на рабочем месте человека, чтобы стать ему “третьей рукой”, легко программируется и быстро настраивается.

UR10 умеет завинчивать, клеить, сваривать и паять, производить литьевые и сборочные работы.

Также роботы Universal Robots применены в проекте Voodoo Manufacturing: Project Skywalker компании Medium Corporation — это фабрика 3D-печати, многие операции на которой выполняют именно роботы-манипуляторы. Такие действия, как замена платформ для печати, сбор и складирование готовых изделий больше не требуют неустанного внимания персонала.

Особенно интересны универсальные роботы, так как именно они, в силу своего назначения, снабжены наиболее адаптивными системами управления.

Rethinkrobotics

Это такие роботы, как Baxter и Sawyer производства Rethinkrobotics.

Baxter — многофункциональный робот с двумя манипуляторами и системами обратной связи и самообучения.

Его 7-осевые манипуляторы способны почти на всё, на что способна рука человека, в том числе — имеют обратную связь и могут контролировать прилагаемые усилия. Это, плюс ещё особенности дизайна, делают Бакстера безопасным для живых рабочих — его рабочее место не нуждается в ограждении, да и вообще — места он занимает немного, что здорово экономит пространство в цеху. Пара бакстеров способна успешно работать вместе.

Бакстер интересен еще и тем, что не требует тщательного подробного программирования каждого своего действия — “учить” его можно не только через интуитивно понятное визуальное приложение, но и прямо на рабочем месте — повторяя показанные движения он запоминает их и применяет в дальнейшем.

Sawyer — “младший брат” Бакстера — удивительно компактный и легкий робот-манипулятор, он весит всего 19 килограмм и может быть установлен почти где угодно, не занимая при этом много места.

Точность действий Сойера доходит до 0,1 мм, что позволяет использовать его в сотнях видов комплектовочных, сборочных и других конвейерных работ.

Оба робота легко переобучаются для выполнения новых функций даже без применения традиционного программирования и столь же просто перемещаются с одного рабочего места на другое.

Гибридное производство

Очень интересным представляется подход компании Stratasys, которая создала промышленный аппарат нового типа — гибрид робота и 3D-принтера.

Конечно, любой 3D-принтер обладает признаками робота, но тут — это совершенно традиционной формы роботизированный манипулятор, имеющий в том числе и функцию FDM-печати. Stratasys Infinite-Build 3D Demonstrator предназначен, прежде всего, для авиационного и космического производства, в котором так важна его способность производить печать на вертикальных поверхностях неограниченной площади, в соответствии с концепцией “infinite-build” — “бесконечное построение”. С работой над проектом связаны такие монстры, как аэрокосмический гигант Boeing и автоконцерн Ford, которые предоставили Stratasys спецификации по необходимым характеристикам получаемых изделий.

Восьмиосевой механизм манипулятора, обилие специально разработанных композитных материалов для печати, традиционно высокое качество изготовления — все говорит нам о том, что у этого аппарата и его потомков большое будущее.

Figure 4 компании 3D Systems — модульная робототехническаяя система для автоматизации стереолитографической 3D-печати, ни больше, ни меньше.

Это целый автоматический комплекс, который способен производить новые изделия каждые несколько минут — в отличие от нескольких часов на обычных SLS-принтерах.

Кроме того, в цикл уже включены и такие этапы, как промывка, отделение поддержек и дозасветка, а не только первичная экспозиция. Все это Figure 4 делает сам, без вмешательства оператора в процесс работы.

Благодаря модульности, на основе Figure 4 можно создать достаточно крупные автоматические линии, используя стандартные компоненты.

Этот комплекс был представлен общественности в этом году, на выставке The International Dental Show в Кёльне, как и новый 3D-принтер ProJet CJP 260Plus — полноцветный 3D-принтер предназначенный для анатомического моделирования медицинских изделий и быстрого прототипирования любых промышленных образцов.

Принтер также роботизирован — снабжен системой автоматической загрузки, удаления и переработки печатного порошка.

Можно с уверенностью сказать, что комплексный подход к 3D-печати — часть производственной культуры будущего. Он даст радикально новое сочетание скорости, точности, удобства и снижения себестоимости изделий.

Carbon SpeedCell — технологическое решение от компании Carbon, которое включает в себя новый 3D-принтер The M2, работающий по технологии CLIP, и финишинговый аппарат для стереолитографических распечаток Smart Part Washer.

CLIP — технология бесслойной стереолитографической печати, обеспечивающая скорость от 25 до 100 раз быстрее обычной SLS и новый уровень качества поверхности.

Система CLIP (Continuous Liquid Interface Production) позволяет получить невозможные ранее формы изделий требующие минимальной постобработки. Точных характеристик аппаратного комплекса производитель пока не предоставил, но сам подход уже радует — это почти готовое решение для любой мастерской, в которой требуется стереолитографическая печать.

Аппарат сочетающий в себе несколько разных подходов к обработке деталей: это и классический фрезерный станок с программным управлением — пятиосевой и весьма точный, и лазерный режущий инструмент с теми же степенями свободы, и печатающий металлом 3D-принтер с технологией лазерного напыления. Сложно представить себе операцию, которую не смог бы произвести этот станок с металлической деталью. Гибридный подход: фрезеровка заготовки, наплавление недостающих деталей или печать с нуля и чистовая обработка — все операции могут произведены с деталью за один подход, в рамках одной заданной программы, без прерывания технологического цикла. Размер обрабатываемой и/или печатаемой детали составляет до 600 на 400 мм, а вес может быть до 600 кг.

Такое МФУ для работы по металлу уже многое изменило в культуре производства штучных и мелкосерийных изделий, а в ближайшее время подобный подход может распространиться и на серийное производство.

EOS — Additive Manufacturing

Компания EOS создала манипуляторы, которые способны производить различные операции, где требуется захват и перемещение детали. Разработки EOS в этой области основываются на наблюдениях за поведением животных, в частности — этот манипулятор создан по примеру хобота слона.

Такой робот-манипулятор может быть использован во множестве промышленных операций, как то: в транспортировке и упаковке, в перемещении деталей из одной рабочей зоны в другую, например — из 3D-принтера в камеру пост-обработки, чтобы исключить участие человека на этом этапе.

Вот так он устроен:

Также компания спонсирует и представляет проект Roboy — это мобильный гуманоидный робот, который способен выполнять любые движения свойственные человеку и служить помощником на производстве.

Известный производитель печатающих металлом 3D-принтеров, Concept Laser заключил соглашение с компанией Swisslog, их общий проект — M Line Factory, это система перемещения металлических 3D-печатных деталей между станками Concept Laser с помощью роботов Swisslog.

Компании продолжают совершенствование аппаратных комплексов для 3D-печати металлом. Роботизированные составляющие этих машин способны провести деталь через весь цикл — от загрузки проекта в память, до выхода готового изделия на склад, — без необходимости вмешательства оператора.

Единственная в своем роде установка — единая система для печати, транспортировки из рабочей камеры и хранения готовых деталей. Фактически — готовый цех металлической 3D-печати в одном корпусе.

Существуют роботы, которые способны выполнять функции сварочных и фрезерных станков c программным управлением.

А также такие, которые обслуживают традиционные фрезерные ЧПУ-станки, увеличивая их производительность.

Например, вот так это делает упомянутый выше Sawyer:

Выводы

Роботы в современной промышленности везде. Они в любом цеху и в любой области производства. И это нормально: роботы экономят деньги работодателей, а рабочих спасают от вредной и монотонно-отупляющей работы; роботы работают круглосуточно и безостановочно; роботы намного точнее живых рабочих — они не устают, у них не “замыливается глаз”, их сенсоры и системы позиционирования способны сохранять точность до сотых долей миллиметра.

Пока мы видим их еще не везде — многие производственные процессы скрыты от рядового пользователя, да и не особо интересны обычно, — но совсем скоро невозможно будет не замечать того, что подавляющая часть всех материальных благ производится умными машинами.