Mikä on teollisuusrobotti?

Maailman ensimmäinenteollisuusrobottisyntyi Yhdysvalloissa vuonna 1962. Amerikkalainen insinööri George Charles Devol, Jr. ehdotti "robottia, joka pystyy joustavasti reagoimaan automaatioon opetuksen ja toiston avulla". Hänen ideansa sai kipinän yrittäjä Joseph Frederick Engelbergerin kanssa, joka tunnetaan "robottien isänä", ja sitenteollisuusrobottinimeltään "Unimate (= toimiva kumppani, jolla on universaalit ominaisuudet)" syntyi.
ISO 8373:n mukaan teollisuusrobotit ovat moninivelmanipulaattoreita tai usean vapausasteen robotteja teollisuusalalle. Teollisuusrobotit ovat mekaanisia laitteita, jotka suorittavat automaattisesti työtä ja ovat koneita, jotka käyttävät omaa tehoaan ja ohjauskykyään erilaisten toimintojen suorittamiseen. Se voi hyväksyä ihmisen käskyjä tai ajaa esiohjelmoitujen ohjelmien mukaan. Nykyaikaiset teollisuusrobotit voivat toimia myös tekoälyteknologian määrittelemien periaatteiden ja ohjeiden mukaan.
Teollisuusrobottien tyypillisiä sovelluksia ovat hitsaus, maalaus, kokoonpano, keräys ja sijoittelu (kuten pakkaus, lavaus ja SMT), tuotteiden tarkastus ja testaus jne.; kaikki työt suoritetaan tehokkaasti, kestävyydellä, nopeudella ja tarkkuudella.
Yleisimmin käytetyt robottikokoonpanot ovat nivelrobotit, SCARA-robotit, delta-robotit ja karteesiset robotit (overhead robotit tai xyz-robotit). Robotit osoittavat eriasteista autonomiaa: jotkut robotit on ohjelmoitu suorittamaan tiettyjä toimintoja toistuvasti (toistuvia toimintoja) uskollisesti, vaihtelematta ja suurella tarkkuudella. Nämä toiminnot määrittävät ohjelmoidut rutiinit, jotka määrittävät koordinoitujen toimintojen sarjan suunnan, kiihtyvyyden, nopeuden, hidastuvuuden ja etäisyyden. Muut robotit ovat joustavampia, koska niiden on ehkä tunnistettava esineen sijainti tai jopa esineelle suoritettava tehtävä. Esimerkiksi tarkemman ohjauksen saamiseksi robotit sisältävät usein visuaalisiksi antureiksi konenäköalajärjestelmiä, jotka on kytketty tehokkaisiin tietokoneisiin tai ohjaimiin. Tekoälystä tai kaikesta, mikä luullaan tekoälyksi, on tulossa yhä tärkeämpi tekijä nykyaikaisissa teollisuusroboteissa.
George Devol ehdotti ensimmäisen kerran teollisuusrobotin konseptia ja haki patenttia vuonna 1954. (Patentti myönnettiin vuonna 1961). Vuonna 1956 Devol ja Joseph Engelberger perustivat Unimationin, joka perustuu Devolin alkuperäiseen patenttiin. Vuonna 1959 Unimationin ensimmäinen teollisuusrobotti syntyi Yhdysvaltoihin, mikä aloitti robottien kehityksen uuden aikakauden. Myöhemmin Unimation lisensi teknologiaansa Kawasaki Heavy Industriesille ja GKN:lle valmistamaan Unimates-teollisuusrobotteja Japanissa ja Isossa-Britanniassa. Jonkin aikaa Unimationin ainoa kilpailija oli Cincinnati Milacron Inc. Ohiossa, Yhdysvalloissa. Kuitenkin 1970-luvun lopulla tämä tilanne muuttui perusteellisesti, kun useat suuret japanilaiset konglomeraatit alkoivat tuottaa samanlaisia ​​teollisuusrobotteja. Teollisuusrobotit levisivät Euroopassa melko nopeasti, ja ABB Robotics ja KUKA Robotics toivat robotit markkinoille vuonna 1973. 1970-luvun lopulla kiinnostus robotiikkaa kohtaan kasvoi, ja alalle tuli monia amerikkalaisia ​​yrityksiä, mukaan lukien suuret yritykset, kuten General Electric ja General Motors (jonka yhteisyrityksen japanilaisen FANUC Roboticsin kanssa perusti FANUC). Amerikkalaisiin startupeihin kuuluivat Automatix ja Adept Technology. Robotiikkabuumin aikana vuonna 1984 Westinghouse Electric osti Unimationin 107 miljoonalla dollarilla. Westinghouse myi vuonna 1988 Unimationin ranskalaiselle Stäubli Faverges SCA:lle, joka valmistaa edelleen nivelrobotteja yleisiin teollisuus- ja puhdastilasovelluksiin, ja jopa osti Boschin robotiikkadivisioonan loppuvuodesta 2004.

Määritä parametrit Muokkaa akselien lukumäärää – tarvitaan kaksi akselia päästäkseen mihin tahansa tasoon. tarvitaan kolme akselia päästäkseen minne tahansa avaruudessa. Päätyvarren (eli ranteen) osoittamisen täysin hallitsemiseksi tarvitaan vielä kolme akselia (pan, pitch ja roll). Jotkut mallit (kuten SCARA-robotit) uhraavat liikkeen kustannusten, nopeuden ja tarkkuuden vuoksi. Vapausasteet – Yleensä sama kuin akselien lukumäärä. Työskentelyverho – alue avaruudessa, jonka robotti voi saavuttaa. Kinematiikka – Robotin jäykkien runkoelementtien ja nivelten todellinen kokoonpano, joka määrää kaikki mahdolliset robotin liikkeet. Robottikinematiikkatyyppejä ovat nivel-, kardaani-, rinnakkais- ja SCARA. Kapasiteetti tai kantavuus – Kuinka paljon painoa robotti pystyy nostamaan. Nopeus – Kuinka nopeasti robotti saa päätyvarren asentoonsa. Tämä parametri voidaan määritellä kunkin akselin kulma- tai lineaarinopeudeksi tai yhdistelmänopeudeksi, mikä tarkoittaa päätyvarren nopeutta. Kiihtyvyys – Kuinka nopeasti akseli voi kiihtyä. Tämä on rajoittava tekijä, koska robotti ei välttämättä pysty saavuttamaan maksiminopeuttaan suorittaessaan lyhyitä liikkeitä tai monimutkaisia ​​polkuja, joissa suunta muuttuu usein. Tarkkuus – Kuinka lähelle robotti pääsee haluttuun asentoon. Tarkkuus mitataan kuinka kaukana robotin absoluuttinen sijainti on halutusta sijainnista. Tarkkuutta voidaan parantaa käyttämällä ulkoisia tunnistuslaitteita, kuten näköjärjestelmiä tai infrapunaa. Toistettavuus – Kuinka hyvin robotti palaa ohjelmoituun asentoon. Tämä on eri asia kuin tarkkuus. Sitä voidaan käskeä siirtymään tiettyyn XYZ-asentoon ja se menee vain 1 mm:n etäisyydelle tästä asennosta. Tämä on tarkkuusongelma, ja se voidaan korjata kalibroimalla. Mutta jos tämä asema opetetaan ja tallennetaan ohjaimen muistiin ja se palaa joka kerta 0,1 mm:n tarkkuudella opetetusta asennosta, sen toistettavuus on 0,1 mm:n sisällä. Tarkkuus ja toistettavuus ovat hyvin erilaisia ​​mittareita. Toistettavuus on yleensä robotin tärkein ominaisuus, ja se on samanlainen kuin mittauksen "tarkkuus" - tarkkuuden ja tarkkuuden osalta. ISO 9283[8] määrittää menetelmät tarkkuuden ja toistettavuuden mittaamiseksi. Tyypillisesti robotti lähetetään opetettuun asentoon useita kertoja, joka kerta menee neljään muuhun asentoon ja palaa opetettuun asentoon, ja virhe mitataan. Toistettavuus kvantifioidaan sitten näiden näytteiden keskihajonnana kolmessa ulottuvuudessa. Tyypillisellä robotilla voi tietysti olla toistettavuuden ylittäviä sijaintivirheitä, ja tämä voi olla ohjelmointiongelma. Lisäksi työverhon eri osilla on erilainen toistettavuus, ja toistettavuus vaihtelee myös nopeuden ja hyötykuorman mukaan. ISO 9283 määrittelee, että tarkkuus ja toistettavuus mitataan suurimmalla nopeudella ja suurimmalla hyötykuormalla. Tämä tuottaa kuitenkin pessimististä dataa, sillä robotin tarkkuus ja toistettavuus ovat paljon parempia kevyemmillä kuormilla ja nopeuksilla. Toistettavuuteen teollisissa prosesseissa vaikuttaa myös päätteen (kuten tarttujan) tarkkuus ja jopa tarttujassa olevien "sormien" muotoilu, joita käytetään tarttumaan kohteeseen. Jos robotti esimerkiksi poimii ruuvin päästään, ruuvi voi olla satunnaisessa kulmassa. Myöhemmät yritykset asettaa ruuvi ruuvinreikään todennäköisesti epäonnistuvat. Tällaisia ​​tilanteita voidaan parantaa "sisäänjohtavilla ominaisuuksilla", kuten reiän sisääntuloa kapenemalla (viistettu). Liikeohjaus – Joissakin sovelluksissa, kuten yksinkertaisissa poiminta- ja paikkakokoonpanotoiminnoissa, robotin tarvitsee vain liikkua edestakaisin rajoitetun määrän esiopetettujen asentojen välillä. Monimutkaisemmissa sovelluksissa, kuten hitsauksessa ja maalauksessa (spraymaalaus), liikettä on ohjattava jatkuvasti avaruudessa olevaa polkua pitkin tietyssä suunnassa ja nopeudella. Virtalähde – Jotkut robotit käyttävät sähkömoottoreita, toiset hydraulisia toimilaitteita. Edellinen on nopeampi, jälkimmäinen tehokkaampi ja hyödyllinen sovelluksissa, kuten maalaamisessa, jossa kipinät voivat aiheuttaa räjähdyksiä; varren sisällä oleva matalapaineinen ilma estää kuitenkin syttyvien höyryjen ja muiden epäpuhtauksien pääsyn sisään. Veto – Jotkut robotit yhdistävät moottorit niveliin hammaspyörien kautta; toisissa moottorit on kytketty suoraan liitoksiin (suorakäyttö). Hammaspyörien käyttö johtaa mitattavissa olevaan "vaskuuteen", joka on akselin vapaata liikettä. Pienemmissä robottikäsivarsissa käytetään usein nopeita, pienivääntömoottoreita DC-moottoreita, jotka vaativat yleensä suurempia välityssuhteita, joiden haittapuolena on välys, ja tällaisissa tapauksissa käytetään usein niiden sijaan harmonisia vaihteiston vähennyksiä. Mukavuus – Tämä mittaa kulman tai etäisyyden määrää, jonka robotin akseliin kohdistettu voima voi siirtää. Vaatimustenmukaisuuden vuoksi robotti liikkuu hieman alempana kantaessaan maksimihyötykuormaa kuin ilman hyötykuormaa. Vaatimustenmukaisuus vaikuttaa myös ylityksen määrään tilanteissa, joissa kiihtyvyyttä on vähennettävä suurella hyötykuormalla.