Mi az ipari robot?

A világ elsőipari robot1962-ben született az Egyesült Államokban. George Charles Devol, Jr. amerikai mérnök „olyan robotot javasolt, amely rugalmasan reagál az automatizálásra tanításon és lejátszáson keresztül”. Ötlete szikrát váltott ki Joseph Frederick Engelberger vállalkozónál, akit a „robotok atyjaként” ismernek, és így aipari robot„Unimate (= univerzális képességekkel rendelkező munkapartner)” néven született.
Az ISO 8373 szerint az ipari robotok többcsuklós manipulátorok vagy több szabadságfokú robotok az ipari területen. Az ipari robotok olyan mechanikus eszközök, amelyek automatikusan végzik a munkát, és olyan gépek, amelyek saját teljesítményükre és vezérlési képességeikre támaszkodnak különféle funkciók eléréséhez. Képes emberi parancsokat fogadni, vagy előre programozott programok szerint futni. A modern ipari robotok a mesterséges intelligencia technológia által megfogalmazott elvek és irányelvek szerint is képesek működni.
Az ipari robotok jellemző alkalmazásai közé tartozik a hegesztés, festés, összeszerelés, összegyűjtés és elhelyezés (például csomagolás, raklapozás és SMT), termékellenőrzés és tesztelés stb.; minden munka hatékonysággal, tartóssággal, gyorsasággal és pontossággal történik.
A leggyakrabban használt robotkonfigurációk a csuklós robotok, a SCARA robotok, a delta robotok és a derékszögű robotok (overhead robotok vagy xyz robotok). A robotok különböző fokú autonómiát mutatnak: egyes robotok úgy vannak programozva, hogy bizonyos műveleteket ismétlődően (ismétlődő műveletek) hűen, változtatások nélkül és nagy pontossággal hajtsanak végre. Ezeket a műveleteket programozott rutinok határozzák meg, amelyek meghatározzák az összehangolt műveletek sorozatának irányát, gyorsulását, sebességét, lassítását és távolságát. Más robotok rugalmasabbak, mivel előfordulhat, hogy azonosítaniuk kell egy objektum helyét vagy akár az objektumon végrehajtandó feladatot. Például a pontosabb útmutatás érdekében a robotok gyakran használnak gépi látás alrendszereket vizuális érzékelőikként, amelyek erős számítógépekhez vagy vezérlőkhöz kapcsolódnak. A mesterséges intelligencia, vagy bármi, amit összetévesztenek mesterséges intelligenciával, egyre fontosabb tényezővé válik a modern ipari robotokban.
George Devol először javasolta az ipari robot koncepcióját, és 1954-ben kért szabadalmat. (A szabadalmat 1961-ben adták meg). 1956-ban Devol és Joseph Engelberger megalapította az Unimationt, a Devol eredeti szabadalma alapján. 1959-ben az Egyesült Államokban megszületett az Unimation első ipari robotja, amely a robotfejlesztés új korszakát nyitotta meg. Az Unimation később licencelte technológiáját a Kawasaki Heavy Industries és a GKN számára Unimates ipari robotok gyártására Japánban, illetve az Egyesült Királyságban. Egy ideig az Unimation egyetlen versenytársa a Cincinnati Milacron Inc. volt Ohio államban (USA). Az 1970-es évek végén azonban ez a helyzet alapvetően megváltozott, miután több nagy japán konglomerátum is elkezdett hasonló ipari robotokat gyártani. Az ipari robotok meglehetősen gyorsan elterjedtek Európában, az ABB Robotics és a KUKA Robotics pedig 1973-ban hozta piacra a robotokat. Az 1970-es évek végén a robotika iránti érdeklődés egyre nőtt, és számos amerikai vállalat lépett pályára, köztük olyan nagyvállalatok is, mint a General Electric és a General Motors (amelyeknek a japán FANUC Robotics-szal közös vállalatát a FANUC hozta létre). Az amerikai startupok közé tartozott az Automatix és az Adept Technology. Az 1984-es robotikai fellendülés idején az Unimationt 107 millió dollárért megvásárolta a Westinghouse Electric. A Westinghouse 1988-ban eladta az Unimationt a francia Stäubli Faverges SCA-nak, amely még mindig gyárt csuklós robotokat általános ipari és tisztatéri alkalmazásokhoz, sőt 2004 végén felvásárolta a Bosch robotikai részlegét is.

Paraméterek definiálása Tengelyek számának szerkesztése – Két tengely szükséges ahhoz, hogy bárhová eljussunk egy síkban; három tengelyre van szükség ahhoz, hogy bárhová eljussunk a térben. A végkar (azaz a csukló) irányításának teljes ellenőrzéséhez további három tengelyre (panasz, emelkedés és gördülés) van szükség. Egyes tervek (például a SCARA robotok) feláldozzák a mozgást a költségek, a sebesség és a pontosság miatt. Szabadságfok – Általában megegyezik a tengelyek számával. Munkaboríték – Az a terület a térben, amelyet a robot elérhet. Kinematika – A robot merev testelemeinek és ízületeinek tényleges konfigurációja, amely meghatározza a robot összes lehetséges mozgását. A robotkinematika típusai közé tartozik a csuklós, kardános, párhuzamos és SCARA. Kapacitás vagy teherbírás – Mekkora súlyt képes felemelni a robot. Sebesség – Milyen gyorsan tudja a robot a kar véghelyzetét megfelelő pozícióba állítani. Ez a paraméter definiálható az egyes tengelyek szög- vagy lineáris sebességeként, vagy összetett sebességként, vagyis a kar végsebességeként. Gyorsulás – Milyen gyorsan tud egy tengely felgyorsulni. Ez korlátozó tényező, mivel előfordulhat, hogy a robot nem tudja elérni a maximális sebességét, amikor rövid mozgásokat vagy összetett utakat hajt végre gyakori irányváltással. Pontosság – Milyen közel kerülhet a robot a kívánt pozícióhoz. A pontosságot úgy mérjük, hogy milyen messze van a robot abszolút pozíciója a kívánt pozíciótól. A pontosság javítható külső érzékelőeszközök, például látórendszerek vagy infravörös érzékelők használatával. Reprodukálhatóság – Milyen jól tér vissza a robot a programozott pozícióba. Ez eltér a pontosságtól. Előfordulhat, hogy azt mondják neki, hogy menjen egy bizonyos XYZ pozícióba, és csak 1 mm-en belülre megy attól a pozíciótól. Ez pontossági probléma, és kalibrálással javítható. De ha ezt a pozíciót tanítjuk és tároljuk a vezérlő memóriájában, és minden alkalommal 0,1 mm-en belülre tér vissza a betanított pozícióhoz, akkor az ismételhetősége 0,1 mm-en belül van. A pontosság és az ismételhetőség nagyon különböző mérőszámok. Az ismételhetőség általában a legfontosabb specifikáció egy robot számára, és hasonló a mérési „precizióhoz” – a pontosság és a precizitás tekintetében. Az ISO 9283[8] meghatározza a pontosság és az ismételhetőség mérési módszereit. Jellemzően a robotot többször elküldik egy betanított pozícióba, minden alkalommal négy másik pozícióba lépve vissza a betanított pozícióba, és megmérik a hibát. Az ismételhetőséget ezután ezeknek a mintáknak a szórásaként számszerűsítik három dimenzióban. Egy tipikus robotnál természetesen előfordulhatnak olyan pozícióhibák, amelyek meghaladják az ismételhetőséget, és ez programozási probléma lehet. Ezenkívül a munkaboríték különböző részei eltérő ismételhetőségűek lesznek, és az ismételhetőség a sebesség és a hasznos terhelés függvényében is változik. Az ISO 9283 előírja, hogy a pontosságot és az ismételhetőséget maximális sebességnél és maximális hasznos terhelésnél kell mérni. Ez azonban pesszimista adatokat produkál, mivel a robot pontossága és ismételhetősége sokkal jobb lesz kisebb terhelésnél és sebességnél. Az ipari folyamatokban az ismételhetőséget befolyásolja a lezáró (például egy megfogó) pontossága, sőt a megfogó „ujjainak” kialakítása is, amelyek a tárgy megfogására szolgálnak. Például, ha egy robot a fejénél fogva felvesz egy csavart, akkor a csavar véletlenszerű szögben állhat. A későbbi kísérletek arra, hogy a csavart a csavarlyukba helyezzék, valószínűleg kudarcot vallanak. Az ilyen helyzetek javíthatók „bevezető funkciókkal”, például a furat bejáratának kúpos (letört) kialakításával. Mozgásvezérlés – Egyes alkalmazásoknál, például az egyszerű felszedés és elhelyezés összeszerelési műveleteknél, a robotnak csak korlátozott számú előre betanított pozíció között kell oda-vissza mozognia. Bonyolultabb alkalmazásoknál, például hegesztésnél és festésnél (spray-festés), a mozgást folyamatosan szabályozni kell a térbeli útvonal mentén, meghatározott tájolású és sebességgel. Áramforrás – Egyes robotok elektromos motorokat, mások hidraulikus működtetőket használnak. Az előbbi gyorsabb, az utóbbi erősebb, és olyan alkalmazásokhoz hasznos, mint például a festés, ahol a szikrák robbanást okozhatnak; a kar belsejében lévő alacsony nyomású levegő azonban megakadályozza a gyúlékony gőzök és egyéb szennyeződések bejutását. Hajtás – Egyes robotok fogaskerekeken keresztül kapcsolják össze a motorokat az ízületekkel; másoknál a motorok közvetlenül az ízületekhez vannak kötve (közvetlen hajtás). A fogaskerekek használata mérhető „holtjátékot” eredményez, ami egy tengely szabad mozgása. A kisebb robotkarok gyakran használnak nagy sebességű, kis nyomatékú egyenáramú motorokat, amelyek általában nagyobb áttételi arányt igényelnek, aminek hátránya a holtjáték, és ilyenkor gyakran alkalmaznak helyette harmonikus fogaskerekes reduktorokat. Megfelelőség – Ez a szög vagy távolság mértéke, amelyet a robot tengelyére kifejtett erő el tud mozgatni. A megfelelőség miatt a robot valamivel lejjebb mozog maximális hasznos teher szállítása esetén, mint ha nincs hasznos teher. A megfelelőség a túlfutás mértékét is befolyásolja olyan helyzetekben, amikor nagy hasznos teher mellett kell csökkenteni a gyorsulást.