Роботы-манипуляторы – виды и особенности применения

Роботы-манипуляторы – высокотехнологичные приборы, созданные, чтобы перемещать, вращать или иным образом воздействовать на объект путем выполнения тех или иных операций. Такие устройства были созданы, чтобы заменить монотонный, опасный или сложный технический человеческий труд.

• Что такое роботы манипуляторы: назначение
• Виды роботизированных манипуляторов
  • По типу монтажа роботизированного оборудования
  • По типу применения
  • По типу выполняемых функций
  • По типу привода
  • По полезной нагрузке
• Области применения роботов-манипуляторов
• Перспектива применения и преимущества

Что такое роботы манипуляторы: назначение

Роботами-манипуляторами называют промышленные устройства, основной функционал которых имеет параметры с руками человека. Такие манипуляторы могут быть как автономными устройствами, так и входить в состав сложнейшего роботизированного комплекса. Фрагментарные части манипуляторов отличаются наличием узлов, которые делают возможными вращательные или поступательные движения.

Основной силой, которая приводит к развитию сферы робототехники, является потребность промышленности в сокращении затрат. Применение роботов-манипуляторов позволяет существенно снизить количество ошибок, допущенных в ходе производства, сократить количество произведенного брака, нецелесообразные потери сырья и числа травм среди персонала. Также применение робототехники позволяет сделать предприятие более гибким в вопросе применяемых технологий, улучшить условия труда работников и поднять безопасность в цехах на новый уровень.

Виды роботизированных манипуляторов

Единой классификации среди существующих роботов-манипуляторов на сегодняшний день нет. Устройства группируются по их технологическому назначению, конструктивным особенностям и другим параметрам.

По типу монтажа роботизированного оборудования

Мобильные

Приборы этого типа не имеют привязки к конкретному месту установки и предназначены для выполнения задач в любой точке производства или за его пределами. Они могут иметь разные источники питания – автономные или постоянные, разные условия, в которых допустимо их применение – для любой погоды, в воде, жестких или опасных условиях, например, разминирования и др. Мобильные устройства отличаются сравнительно небольшой массой и размерами, занимают мало места при транспортировке, а их возможности позволяют успешно преодолевать препятствия, возникающие на их пути. Нередко мобильные манипуляторы имеют блоки, отвечающие за наличие искусственного интеллекта. Недостатками являются высокая цена и небольшую полезную нагрузку (за редким исключением).

Стационарные

Самые распространенные роботы-манипуляторы. Могут отличаться в зависимости от выбранного типа крепления (напольный, потолочный, настенный). Основной характеристикой является повышенная грузоподъемность и широкий радиус действия.

Горизонтальные

Их длина может достигать нескольких десятков метров. Применяются в тех случаях, когда необходимо единовременное обслуживание нескольких участков.

Вертикальные - используются в условиях ограниченного пространства.

По типу применения

• Автономные роботы-манипуляторы (программируемые).

Такие манипуляторы могут быть расположены максимально близко от объектов, которые должны быть обработаны, и прочими роботизированными устройствами. Это позволяет планировать гибкие линии производства и максимально плотно использовать рабочую площадь помещений.

• Автономный робот-манипулятор с колесами всенаправленного движения.

Роботы, оснащенные колесами всенаправленного движения, могут перемещаться самостоятельно в любом выбранном направлении. Это позволяет применять устройства в условиях, куда невозможен доступ человека по тем или иным причинам.

• С ручным управлением.

Роботы-манипуляторы, которые управляются вручную, позволяют создать максимально точные детали.

• Коллаборативные.

Коллаборативные манипуляторы или коботы – роботизированная техника, которая предназначена для успешного взаимодействия с работниками в общем производственном пространстве. К таким приборам применимы максимально жесткие требования по безопасности конструкций и программному обеспечению, которые призваны исключить возможность нанесения травм сотрудникам.

По типу выполняемых функций

• Сборочные роботы-манипуляторы (сборка/разборка). Такая техника применяется во время промышленной сборки изделий любых размеров. Во время работы с деталями больших размеров вывод человеческого труда за рамки процесса позволяет ускорить производственный процесс и сократить область применения больших грузоподъемных устройств. В процессе производства мелких деталей увеличивается не только скорость, но и точность, а также качество работы.
• Пайка и сварка. Сварочные работы, которые выполняются с помощью роботов, позволяют обеспечивать высочайшее качество сварных швов и стабильность имеющихся дуг. Также отличительной чертой является высокие скорости сварных работ и применение крайне низкого тока, что невозможно при ручной аппаратной сварке. Роботы-манипуляторы, предназначенные для выполнения сварных работ, часто дополнительно оборудуются вращающимся столом, который позволяет выполнять действия в любом положении.
• Обработка материалов. Применение манипуляторов в этой сфере позволяет получить идеально гладкие поверхности, сопровождая процесс обработки укреплением стенок металла и повышения его твердости более чем на 30 % за счет холодной ковки. Автоматизированный процесс позволяет полностью исключить ручной труд по шлифовке и полировки деталей.
• Очистка, покраска, дозирование. Приборы используются для очистки поверхностей струями воды, подающимися под большим давлением, пескоструйной обработке или нанесения новых лакокрасочных слоев на готовые изделия. Один оператор при этом может успешно управлять сразу всем робототехническим комплексом.
• Резка и обработка. Процедура, сопровождающаяся травмами для живых работников, полностью безопасна для роботизированной техники. Помимо этого, манипуляторы могут производить операции по резке и обработке материала с максимально возможной точностью, снизив при этом до минимума потерю материала и сократив врем, затраченное на обработку.
• Строительные. Роботы-манипуляторы, применяемые в области строительства, способны возводить объекты с максимально возможной скоростью, предельно точно соблюдая заложенный программой план. Кроме того, машины могут работать и днем, и ночью, не завися от погодных условий и технологических особенностей производственного процесса.
• Прочие. Роботы-манипуляторы используются во всех сферах жизни человека, от военных операций по разминированию, до высокотехнологичных операций, связанных с медициной.

По типу привода

• Гидравлические роботы-манипуляторы. Используются в тех случаях, когда требуется работать с грузами, масса которых превышает 100 кг. Роботы этого типа оснащаются двигателями, в которых для приведения исполнительного органа в движение используется жидкость. Принцип работы заключается в наличии насоса, создающего давление рабочей жидкости в напорной магистрали, соединенной непосредственно с двигателем прибора. Он предназначен для преобразования давления жидкости в механическое. Такие манипуляторы чаще всего используются в тяжелой промышленности и автомобилестроении. Их преимуществами являются сравнительно небольшие размеры и вес установки, высокая производительность и возможность равномерного регулирования силы воздействия.

• Электрические. Могут быть разделены в зависимости от типа двигателя: синхронные и асинхронные; шаговые, а также серводвигатели. Манипуляторы приводятся в движение электрическим током и обладают большой производительностью и точностью операций.
• Пневматические. Рабочий инструмент приводится в движение через энергию, получаемую из сжатого воздуха. Основным компонентом системы является компрессор, который накачивает воздух в пневмолинии. Отсутствие вязкой среды позволяет применять приборы этого типа там, где требуется высокая скорость вращения пневмомотора. Обладают сравнительно более низкой производительностью, но гораздо менее чувствительны к воздействию внешних факторов.

По полезной нагрузке

• 0–20 кг. Роботы этого типа компактны, обладают высокой скоростью и точностью при небольшой грузоподъемности и маленькой рабочей зоне. Нередко используются в «чистых помещениях».
• 20–80 кг. Отличаются высокой производительностью и универсальностью в вопросах области применения. Такие манипуляторы оптимизированы для исполнения многократно повторяющихся быстрых операций. Роботы этого типа могут создавать компактные производственные цеха с повышенными показателями плотности в вопросе монтажа устройств при высоком качестве исполнения операций.
• 80–300 кг. Используются в сложных условиях производства. Отличаются высокой износостойкостью, высокой надежностью, а также простотой в вопросах настройки и управления.
• 300–1000 кг. Предназначены для использования в тяжелых условиях. Часто используются в автомобилестроении для поворачивания автомобильных кузовов, операций в кузнечных или литейных цехах.
• 1000–3000 кг. Могут легко манипулировать грузами с самой большой массой. Применяются на погрузо-разгрузочных работах благодаря своим возможностям с высокой точностью перемещать самые тяжелые грузы.

Области применения роботов-манипуляторов

Развитие современных технологий достигло небывалых высот, а роботы повсеместно заменяют человека. Они способны выполнять управляющие и двигательные функции на самых сложных участках производственного процесса. Каждый робот-манипулятор способен успешно заменить собой несколько десятков специалистов.

На сегодняшний день манипуляторы успешно применяются в следующих сферах:

• Строительная отрасль.
• Расфасовка и упаковка готовой продукции.
• Производства пищевых продуктов.
• Строительство автомобилей.
• Обработка деталей.
• Литейное производство.
• Транспортировка готовой продукции.
• Химическая промышленность.
• Производство крупногабаритной мебели.
• Обработка материалов и др.

Перспектива применения и преимущества

Робототехника из года в год становится все более доступной, в том числе и за счет стремительной автоматизации работы предприятий. Себестоимость устройств снижается (за последнее десятилетие их цена в среднем уменьшилась на 30 %), а эксперты в области промышленного производства делают прогнозы, что в ближайшее время их стоимость упадет еще не менее чем на 20 %. Также стоит отметить, что применение роботов-манипуляторов все чаще отмечается не только в крупных производственных концернах, но и в мелкой промышленности.

Применение современной робототехники в промышленности позволяет увеличить производственные мощности предприятий и их рентабельность, при этом существенно сократив затраты на возможный брак, обслуживание другой техники и повысив безопасность производства. Роботы-манипуляторы успешно применяются в самых разных отраслях экономики, позволяя снизить себестоимость продукции без снижения ее качества.