Robotyka przemysłowa
Jak działa
Robot przemysłowy składa się z manipulatora (ramienia) o kilku stopniach swobody, napędzanego serwomotorami i sterowanego przez dedykowany kontroler. Program ruchu zadaje się przez nauczanie punktów (teach pendant), programowanie offline lub na podstawie modelu CAD; sterownik przelicza współrzędne kartezjańskie na kąty poszczególnych przegubów (kinematyka odwrotna) i steruje osiami w pętli sprzężenia zwrotnego z enkoderami. Na końcu ramienia montuje się end-effector (chwytak, palnik, głowicę) dobrany do zadania. Czujniki (siły, wizyjne, zbliżeniowe) oraz osłony lub tryby pracy współdzielonej zapewniają bezpieczeństwo i — w nowszych wdrożeniach — adaptację do zmiennego otoczenia.
Rozwiązany problem
Ręczna produkcja seryjna jest wolna, kosztowna i podatna na błędy oraz urazy przy zadaniach powtarzalnych, ciężkich lub niebezpiecznych. Robotyka przemysłowa automatyzuje takie operacje, zapewniając wysoką powtarzalność, wydajność i stałą jakość przy jednoczesnej poprawie bezpieczeństwa pracy.
Komponenty
Łańcuch sztywnych członów połączonych przegubami o kilku stopniach swobody, zakończony nadgarstkiem, na którym montuje się narzędzie.
Jednostka obliczeniowa wykonująca program ruchu, kinematykę odwrotną i regulację osi w pętli sprzężenia zwrotnego.
Silniki (najczęściej serwo) z przekładniami i enkoderami, zapewniające precyzyjny, powtarzalny ruch poszczególnych osi.
Element montowany na nadgarstku, dobierany do zadania: chwytak, palnik spawalniczy, przyssawka, głowica dozująca itp.
Enkodery, czujniki siły/momentu, zbliżeniowe i wizyjne umożliwiające sterowanie, pozycjonowanie i bezpieczeństwo.
Kamery i oprogramowanie (coraz częściej z uczeniem maszynowym) do lokalizacji, rozpoznawania i kontroli jakości obiektów.
Osłony, kurtyny świetlne, skanery obszaru oraz tryby pracy współdzielonej zgodne z ISO 10218 i ISO/TS 15066.
Lekki robot z ograniczeniem siły i prędkości oraz czujnikami, zaprojektowany do bezpośredniej współpracy z operatorem bez pełnego ogrodzenia.
Implementacja
Roboty przemysłowe mogą powodować poważne urazy; brak właściwej oceny ryzyka i zabezpieczeń jest główną przyczyną wypadków.
W pobliżu osobliwości kinematycznych sterowanie staje się niestabilne, a ciasne gniazda grożą kolizjami.
Tradycyjne stanowiska są dostrojone do jednego zadania; zmiana produktu wymaga kosztownego przeprogramowania i przezbrojenia.
Ewolucja
Pierwszy robot przemysłowy (Unimation, G. Devol i J. Engelberger) wdrożony na linii produkcyjnej General Motors.
Hiroshi Makino (Uniwersytet Yamanashi) buduje pierwszy prototyp SCARA; wdrożenia przemysłowe od 1981 r.
Opatentowany szybki robot równoległy do zadań pick-and-place, wynaleziony na początku lat 80. w EPFL.
J. E. Colgate i M. Peshkin (Northwestern University) wprowadzają pojęcie robota współpracującego (cobot).
Universal Robots wprowadza UR5 — pierwszy komercyjnie opłacalny robot współpracujący.
Publikacja norm ISO 10218-1 i ISO 10218-2 określających wymagania bezpieczeństwa robotów przemysłowych i ich integracji.
Specyfikacja techniczna ISO/TS 15066 uzupełnia wymagania bezpieczeństwa dla aplikacji z cobotami.
Integracja wizji maszynowej i uczenia maszynowego umożliwia elastyczne, adaptacyjne zadania wykraczające poza sztywne programowanie.
Hiperparametry (konfigurowalne osie)
Liczba niezależnych osi ruchu; typowo 4 (SCARA) do 6–7 (roboty przegubowe).
Maksymalna masa, jaką robot może przenosić na nadgarstku.
Maksymalna odległość, jaką osiąga end-effector od podstawy.
Zdolność do wielokrotnego powrotu do tego samego punktu; kluczowa dla montażu i precyzyjnych zadań.