Промислові роботи: основні типи та найпопулярніші застосування

«Примусова праця» — це буквальне визначення чеського слова «робот», яке вперше з’явилося у 1920-х роках. Однак лише у 1960-х промислові роботи були впроваджені в автомобільні виробничі цехи складального заводу. 

З наукової точки зору промисловий робот визначається як «автоматично керований, перепрограмовуваний, багатоцільовий маніпулятор, програмований по трьох або більше осях, який може бути стаціонарним або мобільним для використання в застосуваннях промислової автоматизації». Однак у обробній промисловості ми розглядаємо промислових роботів як працівників, які можуть виконувати небезпечні або повторювані завдання, необхідні для виробничих операцій з високим ступенем точності. 

Перший промисловий робот Unimate приєднався до складальної лінії на заводі General Motors у містечку Юїнг (штат Нью-Джерсі) у 1961 році. Це була автоматизована машина для лиття під тиском, яка занурювала гарячі дверні ручки та інші автомобільні деталі в ванни з охолоджувальною рідиною на виробничій лінії, переміщуючи їх до робітників для остаточного оздоблення та полірування. 

Програмованість промислових роботів значною мірою була інструментом, що дозволяв використовувати їх для багатьох різних завдань, але насправді це не надавало їм інтелекту. Вони виконували монотонні та небезпечні завдання і використовувалися через їхню точність і повторюваність. Як результат, за даними Міжнародної федерації робототехніки, автомобільна промисловість з 2010 року є найважливішим споживачем промислових роботів. 

Промислові роботи здійснили революцію у відповідних робочих місцях у всіх галузях з моменту їхньої появи у виробничому середовищі. Насправді зростання ринку промислових роботів вражає. За деякими прогнозами, до 2027 року його капіталізація становитиме понад $66 млрд, при цьому середньорічний темп зростання за цей період становитиме 15,1%. 

10 історично поширених застосувань промислових роботів

1. Дугове зварювання. Стало звичним явищем у 1980-х роках. Однією з рушійних сил переходу на роботизоване зварювання є підвищення безпеки працівників від дугового опіку та вдихання небезпечних парів. 
2. Точкове зварювання. З’єднує дві металеві поверхні, що стикаються, пропускаючи через точку високу силу струму, яка плавить метал і формує зварний шов, що з’являється за дуже короткий час (приблизно 10 мс). 
3. Робота з матеріалами. Роботи-маніпулятори використовуються для переміщення, пакування та відбору продуктів. Вони також можуть автоматизувати функції, пов’язані з переміщенням деталей з одного обладнання на інше. Знижуються прямі витрати на робочу силу, і усувається більша частина виснажливих і небезпечних видів діяльності, традиційно виконуваних людською працею. 
4. Обслуговування машини. Роботизована автоматизація для обслуговування машин — це процес завантаження та розвантаження сировини для обробки та спостереження, поки пристрій виконує свою роботу. 
5. Фарбування. Роботизоване фарбування використовується в автомобілебудуванні та багатьох інших галузях, оскільки підвищує якість і стабільність продукту. Зниження витрат також досягається за рахунок меншої кількості переробок. 
6. Збирання, пакування та палетування. Більшість продуктів обробляється кілька разів перед остаточним відвантаженням. Роботизоване збирання та пакування підвищують швидкість і точність, а також знижують виробничі витрати. 
7. Складання. Роботи регулярно складають продукти, звільняючи людей від виснажливих завдань. Боти підвищують продуктивність і знижують експлуатаційні витрати. 
8. Механічне різання, шліфування, видалення нерівностей і полірування. Підвищення маневреності роботів забезпечує виробничий варіант, який інакше дуже важко автоматизувати. Прикладом цього є виготовлення ортопедичних імплантатів, наприклад колінних і тазостегнових суглобів. Полірування тазостегнового суглоба вручну зазвичай займає 45-90 хвилин, тоді як робот може виконати ту саму функцію лише за кілька хвилин. 
9. Матеріали для склеювання, герметизації та напилення. Роботи-герметизатори побудовані з численними конфігураціями роботизованих маніпуляторів, які дозволяють пристрою наносити клей на будь-який тип продукту. Основна перевага цього застосування — підвищення якості, швидкості та стабільності кінцевого продукту. 
10. Інші процеси. До них належать роботи для інспекції, гідроабразивного різання або паяння. 

П’ять основних типів промислових роботів

Згідно з Міжнародною федерацією робототехніки, існує понад п’ять типів промислових роботів, але найпоширеніші з них можна і потрібно класифікувати за їхньою механічною конструкцією: 

• Декартові роботи — працюють по трьох лінійних осях з використанням декартової системи координат (X, Y, Z). Це означає, що вони використовують три ковзні шарніри для переміщення вгору і вниз, всередину і назовні та з боку в бік. Декартові роботи є найбільш використовуваними промисловими роботами, зазвичай для верстатів з ЧПК або 3D-друку. 
• Роботи SCARA — боти з шарнірно-зчленованою рукою (SCARA) із селективною податливістю мають два паралельні поворотні шарніри, які забезпечують податливість у площині. Робот SCARA зазвичай використовується для складання і спеціалізується на бічних переміщеннях. 
• Шарнірно-зчленовані роботи — боти, що мають від 2 до 10 (або більше) шарнірів, з’єднуються з основою за допомогою повороткового шарніра. Схожі на людську руку, вони зазвичай використовуються в пакуванні, фарбуванні, лиття металів та інших промислових застосуваннях. 
• Дельта-роботи — павукоподібні боти, широко використовувані для виробництва в харчовій, фармацевтичній та електронній промисловості, пов’язані спільною базою. Дельта-робот зазвичай використовується для швидкого захоплення та розміщення через його точність на високій швидкості. 
• Циліндричні роботи — вважається, що ці компактні боти добре підходять для обмеженого простору, мають принаймні одне поворотне з’єднання для обертального руху і призматичне з’єднання для лінійного руху. Поширені застосування циліндричних роботів включають просте складання, лиття під тиском, а також завантаження та розвантаження машин. 

Майбутнє промислових роботів та їхніх застосувань

Хоча історично вищеперелічені застосування та типи роботів могли бути найпоширенішими, сьогоднішні пристрої менше дбають про свою механічну структуру. Вони є збирачами даних. Ранні покоління роботів потрібно було відокремлювати у їхньому власному світі, а сьогодні їх можна інтегрувати в робочу силу. 

Раніше ботів просили виконувати дуже специфічні завдання, зазвичай у фіксованому місці. Але сьогодні спільне застосування промислових ботів стрімко розвивається завдяки екологічно безпечним датчикам, які впливають на їхній форм-фактор і функціональність. Тепер ці спільні промислові роботи, або коботи, працюють разом з операторами фабрик, виконуючи лише малу частину того, що роблять люди. 

Поширення датчиків дозволило їм працювати в середовищі з людьми і записувати інформацію про навколишнє середовище. Як результат, ми можемо збирати дані на кожному етапі виробничого процесу для повного контролю і детального аналізу даних, щоб ухвалювати кращі рішення в майбутньому. 

Досягнення в галузі робототехніки також дозволяють нам брати роботів із заводів і робити їх мобільними та автономними для абсолютно нових застосувань, наприклад у роздрібній торгівлі. У 2019 році автономні боти штурмом захопили продуктові магазини, коли Ahold Delhaize представила робота Badger Technologies, розробленого для поліпшення роботи магазинів. Обладнаний численними датчиками, навігаційними системами та камерами, робот разом із працівниками та покупцями переміщується проходами магазинів, щоб сканувати підлогу на предмет небезпечних умов, таких як розлиті рідини. Водночас пристрій фіксує запаси відсутніх, неправильно оцінених або невідповідних замовлень. 

В інших галузях (наприклад, у сільському господарстві) дрони можуть обстежувати поле, щоб знайти недоліки в сільськогосподарських культурах. Вони можуть аналізувати рівень вологи та сухості під час визначення стиглості продукту. Мобільні роботи та дрони контролюють нафто- і газопроводи, системи електропередачі, виконуючи регулярні перевірки та виявляючи ознаки необхідності технічного обслуговування, щоб ефективно спрямовувати бригади технічного обслуговування. 

По суті, роботи й досі виконують рутинні, монотонні та трудомісткі завдання, які не подобаються працівникам, водночас надаючи безцінні дані для поліпшення роботи. Без датчиків та інших останніх досягнень це було б неможливо. Штучний інтелект, звісно, є ключовою частиною створення подібних пристроїв. ШІ змінить можливості робототехніки, але до цього ще щонайменше десятиліття. 

У промисловій робототехніці успіх залежить від експонент. Вона використовує експоненційні технологічні криві в суміжних з роботами галузях, щоб стимулювати їх впровадження. Важко просувати технологічні інновації в подібні галузі, але коли ви перейнімаєте технології з «зовнішніх» галузей, можливості безмежні.