Промышленные роботы: основные типы и самые популярные применения

«Принудительный труд» — это буквальное определение чешского слова «робот», которое впервые появилось в 1920-х годах. Однако только в 1960-х промышленные роботы были внедрены в автомобильные производственные цеха сборочного завода. 

С научной точки зрения промышленный робот определяется как «автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, который может быть фиксированным или мобильным для использования в применениях промышленной автоматизации». Однако в обрабатывающей промышленности мы рассматриваем промышленных роботов как рабочих, которые могут выполнять опасные или повторяющиеся задачи, необходимые для производственных операций с высокой степенью точности. 

Первый промышленный робот Unimate присоединился к сборочной линии на заводе General Motors в городке Юинг (штат Нью-Джерси) в 1961 году. Это была автоматизированная форма для литья под давлением, которая опускала горячие дверные ручки и другие автомобильные детали в чаны с охлаждающей жидкостью на производственной линии, перемещающие их к рабочим для окончательной отделки и полировки. 

Программируемость промышленных роботов в значительной степени была инструментом, позволяющим использовать их для множества различных задач, но на самом деле это не давало им интеллекта. Они выполняли монотонные и небезопасные задачи и использовались для их точности и повторяемости. В результате, по данным Международной федерации робототехники, автомобильная промышленность с 2010 года является самым важным потребителем промышленных роботов. 

Промышленные роботы произвели революцию в соответствующих рабочих местах во всех отраслях с момента их появления в производственной среде. На самом деле рост рынка промышленных роботов невероятен. По некоторым прогнозам, к 2027 году его капитализация составит более $66 млрд, при этом среднегодовой темп роста в этот период составит 15,1%. 

10 исторически распространенных применений промышленных роботов

1. Дуговая сварка. Стала обычным явлением в 1980-х годах. Одной из движущих сил перехода на роботизированную сварку является повышение безопасности рабочих от дугового ожога и вдыхание опасных паров. 
2. Точечная сварка. Соединяет две соприкасающиеся металлические поверхности, пропуская через точку высокую силу тока, который плавит металл и формирует сварной шов, появляющийся за очень короткое время (примерно 10 мс). 
3. Работа с материалами. Роботы-манипуляторы используются для перемещения, упаковки и отбора продуктов. Они также могут автоматизировать функции, связанные с перемещением деталей из одного оборудования на другое. Снижаются прямые затраты на рабочую силу и устраняется большая часть утомительных и опасных видов деятельности, традиционно выполняемых человеческим трудом. 
4. Уход за машиной. Роботизированная автоматизация для обслуживания машин — это процесс загрузки и разгрузки сырья для обработки и наблюдения, пока устройство выполняет свою работу. 
5. Живопись. Роботизированная покраска используется в автомобилестроении и многих других отраслях, поскольку повышает качество и стабильность продукта. Снижение затрат также достигается за счет меньшего количества переделок. 
6. Сбор, упаковка и паллетирование. Большинство продуктов обрабатывается несколько раз перед окончательной отгрузкой. Роботизированный сбор и упаковка увеличивают скорость и точность, а также снижают производственные затраты. 
7. Сборка. Роботы регулярно собирают продукты, избавляя людей от утомительных задач. Боты увеличивают производительность и снижают эксплуатационные расходы. 
8. Механическая резка, шлифование, удаление неровностей и полировка. Повышение маневренности роботов обеспечивает производственный вариант, который в противном случае очень трудно автоматизировать. Примером этого является изготовление ортопедических имплантатов, например коленных и тазобедренных суставов. Полировка тазобедренного сустава вручную обычно занимает 45-90 минут, в то время как робот может выполнить ту же функцию всего за несколько минут. 
9. Материалы для склеивания, герметизации и напыления. Роботы-герметизаторы построены с многочисленными конфигурациями роботизированных манипуляторов, которые позволяют устройству наносить клей на любой тип продукта. Основное преимущество этого применения — повышение качества, скорости и стабильности конечного продукта. 
10. Другие процессы. К ним относятся роботы для инспекции, гидроабразивной резки или пайки. 

Пять основных типов промышленных роботов

Согласно Международной федерации робототехники, существует более пяти типов промышленных роботов, но наиболее распространенные из них можно и нужно классифицировать по их механической конструкции: 

• Декартовы роботы — работают по трем линейным осям с использованием декартовой системы координат (X, Y, Z). Это означает, что они используют три скользящих шарнира для перемещения вверх и вниз, внутрь и наружу и из стороны в сторону. Декартовы роботы являются наиболее используемыми промышленными роботами, обычно для станков с ЧПУ или 3D-печати. 
• Роботы SCARA — боты с шарнирно-сочлененной рукой (SCARA) с избирательным соответствием имеют два параллельных поворотных шарнира, которые обеспечивают податливость в плоскости. Робот SCARA обычно используется для сборки и специализируется на боковых перемещениях. 
• Шарнирно-сочлененные роботы — боты, имеющие от 2 до 10 (или более) шарниров, соединяются с основанием с помощью скручивающего шарнира. Напоминающие человеческую руку, они обычно используются в упаковке, окраске, литье металлов и других промышленных применениях. 
• Дельта роботы — паукообразные боты, широко используемые для производства в пищевой, фармацевтической и электронной промышленности, связаны общей базой. Дельта-робот обычно используется для быстрого захвата и размещения из-за его точности на высокой скорости. 
• Цилиндрические роботы — считается, что эти компактные боты хорошо подходят для ограниченного пространства, имеют как минимум одно поворотное соединение для вращательного движения и призматическое соединение для линейного движения. Распространенные применения цилиндрических роботов включают простую сборку, литье под давлением, а также загрузку и разгрузку машин. 

Будущее промышленных роботов и их применений

Хотя исторически вышеперечисленные применения и типы роботов могли быть наиболее распространенными, сегодняшние устройства меньше заботятся о своей механической структуре. Они сборщики данных. Ранние поколения роботов нужно было разделять в их собственном мире, а сегодня их можно интегрировать в рабочую силу. 

Раньше ботов просили выполнять очень специфические задачи, обычно в фиксированном месте. Но сегодня совместное применение промышленных ботов стремительно развивается благодаря экологически безопасным датчикам, которые влияют на их форм-фактор и функциональность. Теперь эти совместные промышленные роботы, или коботы, работают вместе с операторами фабрик, выполняя лишь малую часть того, что делают люди. 

Распространение датчиков позволило им работать в среде с людьми и записывать информацию об окружающей их среде. В результате мы можем собирать данные на каждом этапе производственного процесса для полного контроля и подробного анализа данных, чтобы принимать лучшие решения в будущем. 

Достижения в области робототехники также позволяют нам брать роботов с заводов и делать их мобильными и автономными для совершено новых применений, например в розничной торговле. В 2019 году автономные боты штурмом захватили продуктовые магазины, когда Ahold Delhaize представила робота Badger Technologies, разработанного для улучшения работы магазинов. Оборудованный многочисленными датчиками, навигационными системами и камерами, робот вместе с сотрудниками и покупателями перемещается по проходам в магазинах, чтобы сканировать полы на предмет опасных условий, таких как разлитые жидкости. Одновременно устройство хранит запасы недостающих, неправильно оцененных или неуместных заказов. 

В других отраслях (например, в сельском хозяйстве) дроны могут обследовать поле, чтобы найти недостатки в сельскохозяйственных культурах. Они могут анализировать уровень воды и сухости при определении спелости продукта. Мобильные роботы и дроны контролируют нефте- и газопроводы, системы электропередачи, выполняя регулярные проверки и выявляя признаки необходимости технического обслуживания, чтобы эффективно направлять бригады технического обслуживания. 

По своей сути роботы по-прежнему выполняют рутинные, монотонные и трудоемкие задачи, которые не нравятся сотрудникам, предоставляя при этом бесценные данные для улучшения работы. Без датчиков и других последних достижений это было бы невозможно. Искусственный интеллект, конечно, является ключевой частью создания подобных устройств. ИИ изменит возможности робототехники, но до этого еще как минимум десятилетие. 

В промышленной робототехнике успех зависит от экспонент. Он использует экспоненциальные технологические кривые в смежных с роботами отраслях, чтобы стимулировать их внедрение. Трудно продвигать технологические инновации в подобные отрасли, но когда вы перенимаете технологии из «внешних» отраслей, возможности безграничны.