Robot przemysłowy

Robot przemysłowy – manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowalną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą właściwości manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań przemysłowych[1]. Programowalność jest kluczową cechą robotów, odróżniającą je od mechanicznych manipulatorów. Oznacza, że zaprogramowane ruchy lub funkcje pomocnicze robota mogą być zmienianie bez zmiany struktury mechanicznej lub układu sterowania[2].

Robot przemysłowy przy pracy

HistoriaEdytuj

Przyjmuje się, że rozwój techniki robotyzacyjnej rozpoczął się ok. 1954 r., mimo iż już w 1937 roku Griffith P. Taylor skonstruował urządzenie spełniające definicję robota przemysłowego, zawartą w normie ISO. Był to dźwig o pięciu osiach obrotu, napędzany pojedynczym silnikiem elektrycznym, skonstruowany z części dla modelarzy i majsterkowiczów „Meccano”. Program dla robota był dostarczany na papierowej taśmie perforowanej[3][4]. Data 1954 jest związana z rozpoczęciem prac naukowo-badawczych nad budową maszyn manipulacyjnych dla przemysłu nuklearnego i poszukiwań oceanograficznych w USA. Pierwszy programowalny robot został zaprojektowany w 1954 r. przez Georga Devola. W 1956 r. prawa autorskie do tego robota wykupił student fizyki Uniwersytetu Columbia Joseph Engelberger, który założył firmę Unimation Company. Drugą firmą-prekursorem robotyki była Versatran. Pierwsze na świecie roboty przemysłowe, Unimate 1900 wyprodukowane przez Unimation, zainstalowano w fabryce General Motors w Trenton w stanie New Jersey w 1961 roku[5]. Obsługiwały wysokociśnieniową maszynę odlewniczą[6]. Praktycznie równolegle w zakładach Forda zainstalowano pierwszy Versatran Model C do obsługi prasy tłoczącej dwie podobne części karoserii[7].

Rozwój robotów przemysłowychEdytuj

Można wyróżnić trzy fazy rozwoju robotów i wytwarzającego je przemysłu:

  • I (1954 – połowa lat 70.)- początkowy okres rozwoju; pierwsze jednostki wytworzone przez firmy Unimation, Versatran i Prab pojawiły się w 1962 r. w USA i w 1968 r. w Europie.
  • II (połowa lat 70. – koniec lat 70.) – kilka firm amerykańskich podjęło produkcję przede wszystkim na potrzeby przemysłu motoryzacyjnego.
  • III (1979 – obecnie) – gwałtowny rozwój robotyzacji, wzrost liczby producentów, odbiorców, nowych modeli i zastosowań[8]

Rozwój robotyki przemysłowej w PolsceEdytuj

Pierwsze prace nad konstrukcją robotów przemysłowych w Polsce podjęto na początku lat 70.[9] Od 1976 r. prace naukowo-badawcze były prowadzone równolegle w kilkunastu ośrodkach, m.in. w Przemysłowym Instytucie Automatyki i Pomiarów, Instytucie Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie oraz w Centrum Badawczo-Konstrukcyjnym Obrabiarek w Pruszkowie.

Pierwsze udane zastosowanie robotów w polskim przemyśle nastąpiło w 1976 r. w Olkuskiej Fabryce Naczyń Emaliowanych. Maszyny firmy DeVilbiss-Tallfa (obecnie ABB) zastosowano do zrobotyzowanego emaliowania natryskowego wanien i zlewozmywaków.

15 robotów firmy Unimation zostało zainstalowane w linii montażowej do zgrzewania punktowego nadwozia samochodu osobowego Polonez[10]. Wykonywały one 384 z 1995 punktów zgrzewnych[11].

 
Szacunkowa roczna podaż robotów przemysłowych w Polsce w latach 2000–2009 (źródło World Robotics 2009)

ZastosowanieEdytuj

Roboty przemysłowe stosuje się w celu zastąpienia ludzi w pracy na stanowiskach uciążliwych i niebezpiecznych. Najczęściej wykonują one zadania ryzykowne (np. obsługa prasy lub praca w środowisku agresywnym chemicznie), monotonne (np. obsługa taśmy produkcyjnej) czy wymagające dużej siły fizycznej (np. rozładunek, załadunek), bądź wyjątkowej precyzji (np. zaawansowana obróbka materiałowa). Z drugiej strony stosowanie robotów ma na celu zwiększenie poziomu produkcji oraz zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów produkcji. Roboty przemysłowe znajdują zastosowanie głównie w przemyśle elektromaszynowym, ale także w górnictwie, rolnictwie, transporcie, budownictwie, łączności, przemyśle chemicznym, leśnictwie, medycynie, hotelarstwie, kosmonautyce[12].

Klasyfikacja robotów przemysłowychEdytuj

Ponieważ robotyka jest stosunkowo młodą dziedziną nauki i nie jest jeszcze w pełni sformalizowana dlatego też nie ma jednego oficjalnego podziału. Klasyfikację można przeprowadzić na podstawie budowy, mobilności, sterowania oraz inne kryteria podziału:

Budowa jednostki kinematycznejEdytuj

Można wydzielić roboty o strukturze:

  • Monolitycznej (stałej strukturze kinematycznej) konstrukcje można uzupełnić chwytakiem lub akcesorium dopuszczonym przez producenta.
  • Modułowej (zmienna struktura kinematyczna) konstrukcje można całkowicie przekonfigurować dokładając, zabierając lub wymieniając moduł.
  • Pseudo modułowej Posiadają jednolitą strukturę kinematyczną z możliwością wymiany niektórych elementów (zazwyczaj ostatnich ogniw w łańcuchu kinematycznym)

Struktura kinematycznaEdytuj

Jednostki robotów przemysłowych jako manipulatorów łączone są ze sobą za pomącą par kinematycznych. Człony można łączyć:

  • Szeregowo – tworzące otwarty łańcuch kinematyczny[13]
    • Roboty kartezjańskieUkład współrzędnych jest prostokątny a przestrzeń ruchu prostopadłościenna. Roboty tego typu wykorzystywane do transportu elementów oraz montażu. Nazywane także robotami suwnicowymi.
    • Roboty cylindryczne – Posiadają cylindryczną przestrzeń ruchową. Posiadają dwie prostopadłe względem siebie osie przesuwne i jedną obrotową.
    • Roboty SCARA – Posiadają trzy osie, przy czym dwie o ruchu obrotowym równoległym względem siebie, jedną postępową. Dzięki swojej budowie pozwalają na precyzyjny i szybki montaż lub pakowanie.
    • Roboty sferyczne – Posiadają jeden liniowy i dwa obrotowe zespoły ruchu.
    • Roboty przegubowe (antropomorficzne) – Są one najbardziej rozpowszechnione wśród robotów przemysłowych. Wszystkie 3 osie są obrotowe, działaniem i budową przypominające górną kończynę człowieka. Stosuje się je w przenoszeniu, paletyzacji, spawaniu, zgrzewaniu, lakierowaniu i innych.
  • Równolegle – tworząc zamknięty łańcuch kinematyczny.
    • Tripody – składające się z trzech ramion równoległych.
    • Hexapody – składające się z sześciu ramion równoległych.
  • Hybrydowe – będące połączeniem manipulatorów szeregowych i równoległych.

NapędEdytuj

W zależności od rodzaju energii używanej do poruszania członami roboty przemysłowe możemy podzielić na:

  • Pneumatyczne – nośnikiem energii jest sprężone powietrze.
  • Hydrauliczne – nośnikiem energii jest płyn hydrauliczny.
  • Elektryczne – poruszanie członów następuje przy pomocy silników elektrycznych.

Obecnie najpopularniejsze są roboty sterowane przy pomocy serwomechanizmów elektrycznych[14].


Typy robotów przemysłowychEdytuj

Wyróżnia się cztery podstawowe typy robotów przemysłowych:

  • robot sekwencyjny – robot z układem sterowania, w którym ruchy w poszczególnych osiach następują w określonej kolejności, a zakończenie jednego ruchu inicjuje kolejny (PN-EN ISO 8373 2.10)
  • robot sterowany według trajektorii – robot wykonujący procedurę sterowania, za pomocą której jest regulowany ruch w trzech lub większej liczbie osi do następnej żądanej pozycji (PN-EN ISO 8373.211)
  • robot adaptacyjny – robot mający sterowanie sensoryczne, sterowanie adaptacyjne lub funkcję uczenia się z układem sensorycznym (PN-EN ISO 8373 2.12)
  • robot mobilny – robot, który przenosi wszystkie środki niezbędne do jego kontroli i ruchu (układy zasilania, sterowania, napędu) (PN-EN ISO 8373 2.13)[15]
 
Przykład pokrowca ochronnego wyprodukowanego przez firmę EVOTEC z Lublina, który znalazł zastosowanie przy robocie w przemyśle odlewniczym

Pokrowce ochronne na roboty przemysłoweEdytuj

Pokrowiec ochronny to kompatybilna osłona ochronna współpracująca z maszyną lub manipulatorem. Stanowi ochronę części eksploatacyjnych maszyny przed bezpośrednim działaniem czynników środowiska pracy. Pokrowiec jest dopasowany do robota konstrukcyjnie i technologicznie, dzięki czemu maszyna ma swobodę ruchów.

Zasady działaniaEdytuj

W zależności od przeznaczenia pokrowiec ochronny izoluje robota[16] od bezpośredniego działania czynników środowiska pracy urządzenia. Konstrukcja pokrowca oraz jego materiał chroni robota przed działaniem:

WłaściwościEdytuj

MateriałyEdytuj

Do wykonania pokrowców ochronnych na roboty przemysłowe wykorzystywane są głównie impregnowane tkaniny techniczne[18]. Wynikowe właściwości fizykochemiczne materiałów technicznych zależą od:

  • właściwości i parametrów tkaniny bazowej,
  • sposobu połączenia materiału z powleczeniem
  • właściwości materiału powleczenia.

Cechy charakterystyczne materiałówEdytuj

  • Odporność mechaniczna:
    • odporność na ścieranie i uszkodzenia mechaniczne warstwy wierzchniej,
    • odporność na łuszczenie i delaminację powleczenia,
    • odporność na załamania i zagniecenia powłoki materiału,
    • odporność na abrazyjne działanie cząstek stałych,
    • wysokie właściwości wytrzymałościowe,
    • odporność́ na przebicie i przecięcia,
  • Odporność chemiczna[19]:
    • odporność na działanie większości substancji chemicznych (w zależności od parametrów procesu i stężenia substancji chemicznych),
    • odporność na przenikanie substancji chemicznych,
    • odporność na starzenie,
  • Odporność i ochrona temperaturowa:
    • termoodporność w zakresie temperatur od –70 °C do 1200 °C,
    • ochrona przed łukiem elektrycznym,
    • elastyczność przy szerokim zakresie temperatur –70 °C do 1200 °C,
    • odporność na rozpryski gorących cząstek metali: aluminium, żelazo, inne,
    • ochrona przed kontaktem z gorącymi obiektami (praca w obecności gorących narzędzi, gorących powierzchni),
    • niepalność – zastosowanie specjalnego niepalnego wykończenia,
  • Właściwości barierowe:
    • wodoszczelność – odporność na odpryski cieczy o różnym ciśnieniu,
    • odporność na wchłanianie ciekłych substancji chemicznych i wilgoci,
    • gazoszczelność – nie przepuszcza pary wodnej,
    • pyłoszczelność – nie przepuszcza cząsteczek stałych,
  • Estetyczny wygląd i właściwości użytkowe:
    • odporność na wybarwienie i promieniowanie UV,
    • stabilność wymiarowa podczas pracy,
    • możliwość czyszczenia i konserwacji,
    • zachowana stabilność wymiarowa podczas konserwacji,
  • Inne właściwości:

PrzeznaczenieEdytuj

Pokrowce ochronne stosuje się do różnych aplikacji:

CiekawostkiEdytuj

Do roku 2013 najpopularniejszym robotem przemysłowym na świecie był IRB 2400 firmy ABB (ponad 14 tysięcy pracujących robotów[22]).

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. Definicja według normy ISO TR 8373. Cytat za: J. Honczarenko, Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie, Warszawa 2004, s. 27.
  2. Jan Żurek: Podstawy robotyzacji. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2004, s. 83–7143–431–6.
  3. Wikipedia: Industrial robot (ang.). Wikipedia. [dostęp 2015-02-23].
  4. cybernetic zoo: 1937 – The Robot Gargantua – “Bill” Griffith P. Taylor (ang.). cyberneticzoo.com. [dostęp 2015-02-23].
  5. Tadeusz Szkodny: Podstawy robotyki. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2011, s. 5. ISBN 978-83-7335-769-3.
  6. Ryszard Zdanowicz: Robotyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 2013, s. 13. ISBN 978-83-7880-011-8.
  7. Jerzy Honczarenko: Roboty przemysłowe – Budowa i zastosowanie. Warszawa: WNT, 2004, s. 17. ISBN 83-204-2929-3.
  8. Jan Żurek: Podstawy robotyzacji. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2004, s. 11. ISBN 83-7143-431-6.
  9. Ryszard Zdanowicz: Robotyzacja procesów technologicznych. Gliwice: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 1999, s. 7. ISBN 83-88000-56-X.
  10. Jan Żurek: Podstawy robotyzacji. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2004, s. 14. ISBN 83-7143-431-6.
  11. Jan Żurek: Stan i tendencje rozwojowe robotyzacji procesów technologicznych. Poznań: Wydawnictwo Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk, 1997, s. 13. ISBN 83-7063-171-1.
  12. Jan Żurek: Podstawy robotyzacji. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2004, s. 9. ISBN 83-7143-431-6.
  13. Robotyka przemysłowa w Polsce i na świecie – sytuacja na rynku po kryzysie. „Automatyka podzespoły aplikacje”, s. 53, 05/2010. AVT. ISSN 1896-6381. 
  14. J. Honczarenko, Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie, Warszawa 2004.
  15. Jan Żurek: Podstawy robotyzacji. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 2004, s. 10. ISBN 83-7143-431-6.
  16. Roboty w typowych procesach i aplikacjach. [dostęp 2018-06-04].
  17. Zrobotyzowana paletyzacja i depaletyzacja. [dostęp 2018-06-04].
  18. Tkaniny techniczne i włókniny igłowane. [dostęp 2018-06-04].
  19. Stowarzyszenie Naukowo-Techniczne Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego i Przemysłu Materiałów Budowlanych: Katalog Materiałów Antykorozyjnych. Warszawa: Wydawnictwo Czasopism Technicznych.NOT, 1962.
  20. J. Matusiak, J. Wyciślik. Ocena zagrożeń chemicznych i pyłowych w środowisku pracy przy innowacyjnych metodach spawania, lutospawania i zgrzewania różnych materiałów konstrukcyjnych. „BIULETYN INSTYTUTU SPAWALNICTWA nr 5/2013”. 
  21. Roboty spawalnicze – w odpowiedzi na niedobór kadr. [dostęp 2018-05-30].
  22. robotics.ca: ABB IRB 2400L M98A S4C. [dostęp 2014-01-10].