Արդյունաբերական ռոբոտ

FANUC R2000iB մեդելի արդյունաբերական ռոբոտ

 KUKA մոդելի արդյունաբերական ռոբոտ

Արդյունաբերական ռոբոտը — մանիպուլյատորից և վերածրագրավորվող կառավարման սարքից բաղկացած ավտոմատ մեքենա է: Կիրառվում է արտադրության ժամանակ օբյեկտների տեղափոխման և տարբեր տեսակի տեխնոլոգիական օպերացիաների իրագործման համար: 

Արդյունաբերական ռոբոտները համարվում են ավտոմատացված արտադրության հիմնական բաղադրիչներից մեկը, որոնք մեծացնում են արտադրողականությունը, որակի վրա չնչին ազդեցությամբ: Արտադրության մեջ բացի արդյունաբերական ռոբոտներից օգտագործում են նաև ավտոմատացված հոսքագծեր, կոմպլեքսներ և տարածքներ, որոնք նույնպես մեծացնում են արտադրողականությունը:

Պատմություն

Մեխանիկական մանիպուլյատորների, ծրագրավորման համակարգերի հայտնվելը հնարավորություն տվեց ստեղծել արդյունաբերական ռոբոտներ, այսինքն ծրագրային կառավարմամբ մանիպուլյատոր, որը նախատեսված է տարբեր տեսակի աշխատանքներ կատարելու համար: 

Արդյունաբերական ռոբոտների նախագծման սկիզբը

Արդյունաբերական նշանակության մանիպուլյատորները ի հայտ եկան միջուկային դարաշրջանում: 1947 թվականին ԱՄՆ-ի Արգոնի ազգային լաբորատորիաների մի խումբ աշխատողներ, Ռ.Գյորցի գլխավորությամբ ստեղծեցին առաջին ավտոմատացված էլեկտրամեխանիկական մանիպուլյատորը, որը կրկնօրինակում էր մարդ-օպերատորի շարժումները, և նախատեսված էր ռադիոակտիվ նյութերի տեղափոխման համար: 1948 թվականին «General Electric» ընկերությունը ստեղծում է հետադարձ կապով կրկնօրինակող «Handy Man» մանիպուլյատորը, որը հնարավորություն էր տալիս զգալ նաև ուժը և ավելի ճշգրիտ ղեկավարել այն:

Ջորջ Դեվոլ

Առաջին արդյունաբերական ռոբոտները արդյունաբերության մեջ կիրառվելու համար սկսեցին ստեղծվել 1950-ական թվականներին, ԱՄՆ-ում: 1954 թվականին ամերիկացի ինժեներ Ջորջ Դեվոլը ստեղծեց պերֆոքարտերի միջոցով մանիպուլյատորների ծրագրային ղեկավարման համակարգ: 1956 թվականին Ջորջ Դեվոլը և  Ժոզեֆ Էնգելբերգը ստեղծեցին առաջին արդյունաբերական ռոբոտներ արտադրող ընկերությունը, որի անունն էր՝ «Unimation» («Universal Automation»-ունիվերսալ ավտոմատացում ):

Ռոբոտացված արդադրության ստեղծումը

1960-ական թվականներին ԱՄՆ-ում ստեղծվեցին աշխարհի առաջին արդյունաբերական ռոբոտներ «Unimate»-ը և «Versatran»-ը: Նրանք ունեին մարդու ձեռքին նման մանիպուլյատոր: Այս ռոբոտներից մի քանիսը մինչ այսօր աշխատում են :

«Unimate»-ի փորձնական նախատիպը ստեղծվել էր դեռևս 1959 թվականին, «Unimation» ընկերության կողմից, բայց միայն 1961 թվականին սկսեց օգտագործվել ավտոմեքենաշինությամբ զբաղվող «General Motors» ընկերության կողմից: Այս ռոբոտը մեքենայի նոր պատրաստված տաք դետալները տեղափոխում էր սառեցնող հեղուկի մեջ, հետո տեղափոխում էր կոնվեյերի վրա: Տվյալ ռոբոտը ուներ  մանիպուլյատոր ՝ 5 ազատության աստիճանով, և բռնող սարք: Կարող էր տեղափոխել մինչև 12 կգ բեռ, 1.25 մմ ճշտությամբ:

«Versatran» արդյունաբերական ռոբոտը ուներ 3 ազատության աստիճան, և նախատեսված էր ժամում 1200 աղյուս դեպի վառարան բեռնելու և վերբեռնելու համար:

Արդյունաբերական ռոբոտների հետագա զարգացումը

1967 թվականից սկսվեց Եվրոպայում ռոբոտների լայնածավալ օգտագործումը: Առաջին արդյունաբերական ռոբոտները ներդրվել են Շվեդիայում, որից հետո սկսեցին տարածվել նաև Միացյալ Թագավորությունում, Գերմանիայում, Իտալիայում, Ֆրանսիայում և այլն: Որոշ ժամանակ անց Եվրոպական պետությունները սկսեցին իրենք արտադրել արդյունաբերական ռոբոտներ: 1968 թվականին  «Kawasaki Heavy Industries» ճապոնական ընկերությունը «Unimation» ընկերությունից ձեռք է բերում արդյունաբերական ռոբոտներ արտադրելու լիցենզիա: Արդեն 1970-ական թվականների վերջին Ճապոնիան արդյունաբերական ռոբոտների թվով և արտադրությամբ առաջին տեղում էր:

ԽՍՀՄ-ում առաջին արդյունաբերական ռոբոտները հայտնվել են 1971 թվականին, նրանց ստեղծել էր պրոֆեսոր Պ.Ն. Բելյանինան («УМ-1» ռոբոտը) և  ԽՍՀՄ Պետական մրցանակի դափնեկիր Բ. Ն. Սուրնինան («Универсал-50» ռոբոտը): 1972-1975 թվականներին ստեղծվեցին մի շարք խորհրդային արդյունաբերական ռոբոտներ (այդ թվում՝ «ПР-5», «Бриг-10», «ИЭС-690», «МП-9С», «ТУР-10» և այլ ռոբոտները):

1960 թվականին ԱՄՆ-ում ստեղծվել է առաջին հետադարձ կապով արդյունաբերական ռոբոտը: 1974 թվականին «Cincinnati Milacron»  ընկերությունը առաջին անգամ արդյունաբերական ռոբոտները ղեկավարելու համար օգտագործեց համակարգիչը, ստեղծելով T³ (անգլ.՝ The Tomorrow Tool-«Ապագայի գործիք» ) արդյունաբերական ռոբոտը:

Արդյունաբերական ռոբոտների բաղկացուցիչ մասերը

Արդյունաբերական ռոբոտները բաղկացած են մեխանիկական մասից (մեկ կամ ավելի մանիպուլյատոր) և ղեկավարման համակարգից: Բացի նշվածներից արդյունաբերական ռոբոտնրը կարող են ունենալ նաև ինֆորմացիոն-տվիչային համակարգ:

Մանիպուլյատոր

Մանիպուլյատորը մարդու ձեռքի շարժական ֆունկցիաների կատարման համար նախատեսված, բանվորական օրգան ունեցող կառավարվող մեքենա է: Արդյունաբերական ռոբոտները կարող են ունենալ մեկ կամ ավելի մանիպուլյատոր:

Կատարողական մեխանիզմ

Մանիպուլյատորի կատարողական մեխանիզմը իրենից ներկայացնում է բաց կինեմատիկ շղթա, որի օղակները իրար հետ կապված են հաջորդաբար:

Սովորաբար մանիպուլյատորի առաջին երեք հանգույցները նախատեսված են մանիպուլյատորի տեղափոխման համար, իսկ մնացածը բանվորական օրգանի դիրքը որոշելու համար: Կախված առաջին երեք հանգույցներից մանիպուլյատորները դասակարգվում են՝  

• դեկարտյան կոորդինատային համակարգում աշխատող ռոբոտներ-երեք հանգույցներն էլ կատարում են համընթաց շարժում (օրինակ՝ IBM ընկերության RS-1 ռոբոտը)
• գլանաձև կոորդինատային համակարգում աշխատող ռոբոտներ - երկու հանգույցները կատարում են համընթաց, իսկ երրորդը՝ պտտական շարժում (օրինակ՝ Prab ընկերության Versatran 600 ռոբոտը)
• գնդաձև կոորդինատային համակարգում աշխատող ռոբոտներ— առաջին հանգույցը՝ համընթաց, իսկ մյուս երկուսը՝ պտտական շարժում կատարող ռոբոտներ են (օրինակ՝ Unimate 2000B ռոբոտը)
• անկյունային կամ պտտական կոորդինատային համակարգում աշխատող ռոբոտներ-երեք հանգույցներն էլ կատարում են պտտական շարժում (օրինակ՝ PUMA կամ T3 ռոբոտները)

Բանվորական օրգան

Մանիպուլյատորի վերջում գտնվում է նրա բանվորական օրգանը: Այն սովորաբար իրենից ներկայացնում է բռնող մեխանիզմ կամ տեխնոլոգիական գործիք (ֆրեզ,գայլիկոն,լազեր և այլն):

Շարժաբեր

Շարժաբերները նախատեսված են մանիպուլյատորի օղակները և բռնիչ մեխանիզմը շարժման մեջ դնելու համար: Օգտագործում են էլեկտրական, հիդրավլիկ կամ պնևմատիկ շարժաբերներ: Հիդրավլիկական շարժաբերները օգտագործում են ծանր աշխատանքներ կատարելու ժամանակ, սրանք ապահովում են մեծ ուժ և արագություն: Էլեկտրական շարժաբերները չունեն մեծ արագություն և ուժ, բայց հնարավորություն են տալիս ապահովել մեծ ճշգրտություն: Պնևմատիկական շարժաբերները օգտագործվում են փոքր ռոբոտների մեջ, կատարում են պարզ շարժումներ և արագ ցիկլիկ օպերացիաներ:

Ղեկավարման համակարգ

Արդյունաբերական ռոբոտների ղեկավարման համակարգերի զարգացման ժամանակ կարելի է նկատել երկու ուղղություն՝ ծրագրային և ավտոմատացված: Այսպիսով արդյունաբերական ռոբոտները կարելի է բաժանել 3 հիմնական տիպի՝

• Ավտոմատ ռոբոտներ:

• Ծրագրային ղեկավարմամբ աշխատող ռոբոտներ
• Ադապտացվող ռոբոտներ
• Սովորող ռոբոտներ
• Ինտելեկտով ռոբոտներ

• Բիոտեխնիկական ռոբոտներ:

• Հրամաններով աշխատող ռոբոտներ
• Կրկնօրինակող ռոբոտներ
• Կիսաավտոմատ ռոբոտներ

• Ինտերակտիվ ռոբոտներ:

• Ավտոմատացված ռոբոտներ
• Սուպերվիզոր ռոբոտներ
• Երկխոսությամբ աշխատող ռոբոտներ

• 

  FANUC R-2000iB ռոբոտի ժամանակակից ղեկավարման վահանակի արտաքին տեսքը

• 

  Ղեկավարման համակարգի տեսքը ներսից

• 

  KUKA KRC4 ռոբոտի ղեկավարման համակարգի արտաքին տեսքը

Ինֆորմացիոն-տվիչային համակարգ

1990-ական թվականների կեսերին ի հայտ եկան ադապտիվ ռոբոտները, որոնք իրենց կառուցվածքում ունեին տվիչային համակարգ:

Ժամանակակից ռոբոտաշինոթյան մեջ օգտագործվող տվիչները լինում են՝

• ներքին տվիչներ, որոնք նախատեսված են մանիպուլյատորի օղակների դիրքը և ուժը որոշելու համար
  • Գծային և անկյունային տեղաշարժումները չափող տվիչներ (պոտենցոմետրեր, ֆոտոէլեկտրական կերպափոխիչներ և այլն);
  • Գծային եւ անկյունային արագությունները չափող տվիչներ (իմպուլսային գեներատորներ, օպտիկական տվիչներ և այլն);
  • Ուժի և մոմենտի չափման համար նախատեսված տվիչներ ( պիէզոէլեկտրական տվիչներ, թենզոտվիչներ և այլն);
• արտաքին տվիչներ, որոնք նախատեսված են արտաքին միջավայրից ինֆորմացիայի ստացման համար
  • հպման տվիչներ
  • ձայնային տվիչներ-որոնք ընդունակ են ընկալել ձայնային ազդանշանները
  • տեսողական տվիչներ-բազավորվում են հիմնականում տեսախցիկների վրա
  • լոկացիոն տվիչներ-նախատեսված են օբյեկտի դիրքը էլեկտրամագնիսական ալիքների միջոցով որոշելու համար
  • ջերմաստիճանի տվիչներ
  • քիմիական տվիչներ

Արդյունաբերական ռոբոտների կիրառումը

Արդյունաբերական ռոբոտները հիմանականում կիրառվում են արդյունաբերության մեջ:

Արդյունաբերական ռոբոտները բացի հիմնական ֆունկցիայից կատարում են նաև օժանդակ ֆունկցիաներ:

Հիմնական ֆունկցիայի մեջ մտնում է պատրաստվածքի մշակման գործընթացը, իսկ օժանդակ ֆունկցիայի մեջ մտնում են տեղափոխման ֆունկցիաները:

Արդյունաբերական ռոբոտների կողմից կատարվող ամենատարածված ֆունկցիաներից են ՝

• նյութերի տեղափոխում
• հաստոցների և մեքենաների սպասարկում
• եռակցում և զոդում
• ճնշման տակ ձուլում
• մշակման գործողություններ-ֆրեզում, գայլիկոնում, կտրում և այլն
• մեխանիկական, էլեկտրական մասերի հավաքում
• որակի վերահսկում

• 

  Տեղափոխող և եռակցող ռոբոտ

• 

  Գծագրող ռոբոտ

• 

  Փայտամշակող ռոբոտ

• 

  Կտրող և մշակող ռոբոտ

Առավելությունները

Արդյունաբերական ռոբոտների կիրառումը արտադրության մեջ ունի մի շարք առավելություններ, մասնավորապես ՝ :

• աշխատանքի արտադրողականության բարձրացում 
• նվազեցնել արտադրական ծախսերը և բարձրացնել մրցունակությունը
• սարքավորումների և արտադրական տարածքների ռացիոնալ օգտագործումը
• արտադրանքի որակի բարձրացում
• մարդկային գործոնի նվազեցում
• վտանգավոր աշխատանքներում կիրառելի են

Արտադրություն և շուկայի կառուցվածքը

Շուկայի կառուցվածքը

2004 թվականի տվյալներով աշխարհում արդյունաբերական ռոբոտների քանակով առաջին տեղում Ճապոնիան էր: 2004 թվականին Ճապոնիան ուներ  356,5 հազար աշխատող արդյունաբերական ռոբոտ, իսկ երկրորդ տեղում գտնվող ԱՄՆ-ն՝ 122 հազար արդյունաբերական ռոբոտ:

Առավելագույն թվով արդյունաբերական ռոբոտներ ներդրված են հետևյալ ոլորտներում՝

• ավտոմոբիլաշինություն-69 400;
• էլեկտրոնային արդյունաբերության -36 200 
• մետաղամշակում և մեքենաշինություն-16 500 հատ.

Արտադրողներ

Արդյունաբերական ռոբոտների արտահանմամբ առաջին տեղում գտնվում է Ճապոնիան, որը ամեն տարի արտադրում է 60000 ռոբոտ, որից կեսը արտահանվում է:

Տես նաև

• Մանիպուլյատոր
• Ռոբոտ
• Մեխատրոնիկա
• Ռոբոտոտեխնիկա

Գրականություն

• Белянин П. Н.  Промышленные роботы. — М.: Машиностроение, 1975. — 398 с.
• Белянин П. Н.  Промышленные роботы западноевропейских стран (Обзор зарубежного опыта). — НИАТ, 1976. — 171 с.
• Белянин П. Н.  Промышленные роботы Японии (Обзор зарубежного опыта). — НИАТ, 1977. — 456 с.
• Белянин П. Н.  Промышленные роботы США (Обзор зарубежного опыта). — НИАТ, 1978. — 302 с.
• Попов Е. П., Верещагин А. Ф., Зенкевич С. Л.  Манипуляционные роботы: динамика и алгоритмы. — М.: Наука, 1978. — 400 с. — (Научные основы робототехники).
• Медведев В. С., Лесков А. Г., Ющенко А. С.  Системы управления манипуляционных роботов. — М.: Наука, 1978. — 416 с. — (Научные основы робототехники).
• Спыну Г. А.  Промышленные роботы: конструирование и применение. — Киев: Вища школа, 1985. — 176 с.
• Грувер М., Зиммерс Э.  САПР и автоматизация производства. — М.: Мир, 1987. — 528 с.
• Механика промышленных роботов. Кн. 1. Кинематика и динамика / Е. И. Воробьёв, С. А. Попов, Г. И. Шевелёва. — М.: Высшая школа, 1988. — 304 с. — ISBN 5-06-001201-8
• Фу К., Гонсалес Р., Ли К.  Робототехника / Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 624 с. — ISBN 5-03-000805-5
• Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн. 1 / Под ред. Ш. Нофа. — М.: Машиностроение, 1989. — 480 с. — ISBN 5-217-00614-5
• Попов Е. П., Письменный Г. В.  Основы робототехники: Введение в специальность. — М.: Высшая школа, 1990. — 224 с. — ISBN 5-06-001644-7
• Шахинпур М.  Курс робототехники / Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 527 с. — ISBN 5-03-001375-X
• Макаров И. М., Топчеев Ю. И.  Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003. — 349 с. — (Информатика: неограниченные возможности и возможные ограничения). — ISBN 5-02-013159-8
• Зенкевич С. Л., Ющенко А. С.  Основы управления манипуляционными роботами. 2-е изд. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. — 480 с. — ISBN 5-7038-2567-9
• Воротников С. А.  Информационные устройства робототехнических систем. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2005. — 384 с. — ISBN 5-7038-2207-6
• Тягунов О. А.  Математические модели и алгоритмы управления промышленных транспортных роботов // Информационно-измерительные и управляющие системы. — 2007. — Т. 5, № 5. — С. 63—69.
• Авцынов И. А., Битюков В. К.  Основы роботизации, гибких производственных систем, организационно-технологического управления и транспортно-складских систем. — Воронеж: Воронежская гос. технол. академия, 2009. — 94 с. — ISBN 5-89448-196-1

Հղումներ

• http://www.nlrob.ru/hfrob.htm
• Արդյունաբերական ռոբոտները ժամանակակից արտադրության մեջ ՝http://www.mirprom.ru/public/promyshlennye-roboty-v-sovremennom-proizvodstve.htmlРобототехника հոդվածը Curlie-ում (ըստ DMOZ-ի)