Το πρώτο στον κόσμοβιομηχανικό ρομπότγεννήθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες το 1962. Ο Αμερικανός μηχανικός George Charles Devol, Jr. πρότεινε «ένα ρομπότ που μπορεί να ανταποκριθεί ευέλικτα στον αυτοματισμό μέσω της διδασκαλίας και της αναπαραγωγής». Η ιδέα του πυροδότησε μια σπίθα με τον επιχειρηματία Joseph Frederick Engelberger, ο οποίος είναι γνωστός ως ο «πατέρας των ρομπότ» και έτσι οβιομηχανικό ρομπότμε το όνομα «Unimate (= συνεργάτης εργασίας με καθολικές ικανότητες)» γεννήθηκε.
Σύμφωνα με το ISO 8373, τα βιομηχανικά ρομπότ είναι χειριστές πολλαπλών αρθρώσεων ή ρομπότ πολλαπλών βαθμών ελευθερίας για τον βιομηχανικό τομέα. Τα βιομηχανικά ρομπότ είναι μηχανικές συσκευές που εκτελούν αυτόματα εργασίες και είναι μηχανές που βασίζονται στη δική τους ισχύ και δυνατότητες ελέγχου για να επιτύχουν διάφορες λειτουργίες. Μπορεί να δέχεται ανθρώπινες εντολές ή να τρέχει σύμφωνα με προ-προγραμματισμένα προγράμματα. Τα σύγχρονα βιομηχανικά ρομπότ μπορούν επίσης να ενεργούν σύμφωνα με τις αρχές και τις κατευθυντήριες γραμμές που διατυπώνονται από την τεχνολογία τεχνητής νοημοσύνης.
Οι τυπικές εφαρμογές των βιομηχανικών ρομπότ περιλαμβάνουν συγκόλληση, βαφή, συναρμολόγηση, συλλογή και τοποθέτηση (όπως συσκευασία, παλετοποίηση και SMT), επιθεώρηση και δοκιμή προϊόντων κ.λπ. όλες οι εργασίες ολοκληρώνονται με αποτελεσματικότητα, αντοχή, ταχύτητα και ακρίβεια.
Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες διαμορφώσεις ρομπότ είναι τα αρθρωτά ρομπότ, τα ρομπότ SCARA, τα ρομπότ δέλτα και τα καρτεσιανά ρομπότ (ρομπότ πάνω από το κεφάλι ή ρομπότ xyz). Τα ρομπότ παρουσιάζουν διάφορους βαθμούς αυτονομίας: ορισμένα ρομπότ είναι προγραμματισμένα να εκτελούν συγκεκριμένες ενέργειες επανειλημμένα (επαναλαμβανόμενες ενέργειες) πιστά, χωρίς διαφοροποιήσεις και με υψηλή ακρίβεια. Αυτές οι ενέργειες καθορίζονται από προγραμματισμένες ρουτίνες που καθορίζουν την κατεύθυνση, την επιτάχυνση, την ταχύτητα, την επιβράδυνση και την απόσταση μιας σειράς συντονισμένων ενεργειών. Άλλα ρομπότ είναι πιο ευέλικτα, καθώς μπορεί να χρειαστεί να προσδιορίσουν τη θέση ενός αντικειμένου ή ακόμα και την εργασία που πρέπει να εκτελεστεί στο αντικείμενο. Για παράδειγμα, για πιο ακριβή καθοδήγηση, τα ρομπότ συχνά περιλαμβάνουν υποσυστήματα μηχανικής όρασης ως οπτικούς αισθητήρες, συνδεδεμένα με ισχυρούς υπολογιστές ή ελεγκτές. Η τεχνητή νοημοσύνη ή οτιδήποτε συγχέεται με την τεχνητή νοημοσύνη, γίνεται όλο και πιο σημαντικός παράγοντας στα σύγχρονα βιομηχανικά ρομπότ.
Ο George Devol πρότεινε για πρώτη φορά την έννοια του βιομηχανικού ρομπότ και έκανε αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1954. (Η πατέντα χορηγήθηκε το 1961). Το 1956, ο Devol και ο Joseph Engelberger συνίδρυσαν την Unimation, βασισμένοι στην αρχική πατέντα της Devol. Το 1959, το πρώτο βιομηχανικό ρομπότ της Unimation γεννήθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, εγκαινιάζοντας μια νέα εποχή ανάπτυξης ρομπότ. Η Unimation έδωσε αργότερα άδεια χρήσης της τεχνολογίας της στην Kawasaki Heavy Industries και την GKN για την παραγωγή βιομηχανικών ρομπότ Unimates στην Ιαπωνία και στο Ηνωμένο Βασίλειο, αντίστοιχα. Για ένα χρονικό διάστημα, ο μόνος ανταγωνιστής της Unimation ήταν η Cincinnati Milacron Inc. στο Οχάιο των ΗΠΑ. Ωστόσο, στα τέλη της δεκαετίας του 1970, αυτή η κατάσταση άλλαξε ριζικά αφού αρκετοί μεγάλοι ιαπωνικοί όμιλοι άρχισαν να παράγουν παρόμοια βιομηχανικά ρομπότ. Τα βιομηχανικά ρομπότ απογειώθηκαν αρκετά γρήγορα στην Ευρώπη και η ABB Robotics και η KUKA Robotics έφεραν ρομπότ στην αγορά το 1973. Στα τέλη της δεκαετίας του 1970, το ενδιαφέρον για τη ρομποτική αυξανόταν και πολλές αμερικανικές εταιρείες εισήλθαν στον τομέα, συμπεριλαμβανομένων μεγάλων εταιρειών όπως η General Electric και η General Motors (των οποίων η κοινή επιχείρηση με την ιαπωνική FANUC FANUC ιδρύθηκε με την FANUC της Ιαπωνίας). Οι αμερικανικές νεοφυείς επιχειρήσεις περιελάμβαναν την Automatix και την Adept Technology. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης της ρομποτικής το 1984, η Unimation εξαγοράστηκε από τη Westinghouse Electric για 107 εκατομμύρια δολάρια. Η Westinghouse πούλησε την Unimation στη Stäubli Faverges SCA στη Γαλλία το 1988, η οποία εξακολουθεί να κατασκευάζει αρθρωτά ρομπότ για γενικές βιομηχανικές και καθαρές εφαρμογές, και μάλιστα απέκτησε το τμήμα ρομποτικής της Bosch στα τέλη του 2004.
Καθορισμός παραμέτρων Επεξεργασία αριθμού αξόνων – Απαιτούνται δύο άξονες για να φτάσετε οπουδήποτε σε ένα επίπεδο. απαιτούνται τρεις άξονες για να φτάσετε οπουδήποτε στο διάστημα. Για τον πλήρη έλεγχο της κατάδειξης του ακραίου βραχίονα (δηλαδή του καρπού), απαιτούνται άλλοι τρεις άξονες (παν, βήμα και ρολό). Ορισμένα σχέδια (όπως τα ρομπότ SCARA) θυσιάζουν την κίνηση για το κόστος, την ταχύτητα και την ακρίβεια. Βαθμοί Ελευθερίας – Συνήθως ίδιοι με τον αριθμό των αξόνων. Φάκελος εργασίας – Η περιοχή στο διάστημα που μπορεί να φτάσει το ρομπότ. Κινηματική – Η πραγματική διαμόρφωση των άκαμπτων στοιχείων του σώματος και των αρθρώσεων του ρομπότ, η οποία καθορίζει όλες τις πιθανές κινήσεις του ρομπότ. Οι τύποι ρομποτικής κινηματικής περιλαμβάνουν την αρθρωτή, την καρδανική, την παράλληλη και τη SCARA. Χωρητικότητα ή χωρητικότητα φορτίου – Πόσο βάρος μπορεί να σηκώσει το ρομπότ. Ταχύτητα – Πόσο γρήγορα το ρομπότ μπορεί να πάρει τη θέση του στο άκρο του βραχίονα. Αυτή η παράμετρος μπορεί να οριστεί ως γωνιακή ή γραμμική ταχύτητα κάθε άξονα ή ως σύνθετη ταχύτητα, που σημαίνει από την άποψη της ταχύτητας του τελικού βραχίονα. Επιτάχυνση – Πόσο γρήγορα μπορεί να επιταχυνθεί ένας άξονας. Αυτός είναι ένας περιοριστικός παράγοντας, καθώς το ρομπότ μπορεί να μην είναι σε θέση να φτάσει τη μέγιστη ταχύτητά του όταν εκτελεί σύντομες κινήσεις ή σύνθετες διαδρομές με συχνές αλλαγές κατεύθυνσης. Ακρίβεια – Πόσο κοντά μπορεί να φτάσει το ρομπότ στην επιθυμητή θέση. Η ακρίβεια μετριέται ως η απόσταση της απόλυτης θέσης του ρομπότ από την επιθυμητή θέση. Η ακρίβεια μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας εξωτερικές συσκευές ανίχνευσης, όπως συστήματα όρασης ή υπέρυθρες. Αναπαραγωγιμότητα – Πόσο καλά επιστρέφει ένα ρομπότ σε μια προγραμματισμένη θέση. Αυτό είναι διαφορετικό από την ακρίβεια. Μπορεί να ειπωθεί να πάει σε μια συγκεκριμένη θέση XYZ και πηγαίνει μόνο εντός 1 mm από αυτήν τη θέση. Αυτό είναι ένα πρόβλημα ακρίβειας και μπορεί να διορθωθεί με βαθμονόμηση. Αλλά εάν αυτή η θέση διδαχθεί και αποθηκευτεί στη μνήμη του ελεγκτή και επιστρέφει σε απόσταση 0,1 mm από τη θέση διδασκαλίας κάθε φορά, τότε η επαναληψιμότητά της είναι εντός 0,1 mm. Η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα είναι πολύ διαφορετικές μετρήσεις. Η επαναληψιμότητα είναι συνήθως η πιο σημαντική προδιαγραφή για ένα ρομπότ και είναι παρόμοια με την «ακρίβεια» στη μέτρηση – σε σχέση με την ακρίβεια και την ακρίβεια. Το ISO 9283[8] καθιερώνει μεθόδους για τη μέτρηση της ακρίβειας και της επαναληψιμότητας. Συνήθως, το ρομπότ στέλνεται σε μια θέση διδασκαλίας πολλές φορές, κάθε φορά πηγαίνοντας σε τέσσερις άλλες θέσεις και επιστρέφοντας στη θέση διδασκαλίας και μετράται το σφάλμα. Στη συνέχεια, η επαναληψιμότητα ποσοτικοποιείται ως η τυπική απόκλιση αυτών των δειγμάτων σε τρεις διαστάσεις. Ένα τυπικό ρομπότ μπορεί φυσικά να έχει σφάλματα θέσης που υπερβαίνουν την επαναληψιμότητα και αυτό μπορεί να είναι πρόβλημα προγραμματισμού. Επιπλέον, διαφορετικά μέρη του φακέλου εργασίας θα έχουν διαφορετική επαναληψιμότητα και η επαναληψιμότητα θα ποικίλλει επίσης ανάλογα με την ταχύτητα και το ωφέλιμο φορτίο. Το ISO 9283 ορίζει ότι η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα μετρώνται στη μέγιστη ταχύτητα και στο μέγιστο ωφέλιμο φορτίο. Ωστόσο, αυτό παράγει απαισιόδοξα δεδομένα, καθώς η ακρίβεια και η επαναληψιμότητα του ρομπότ θα είναι πολύ καλύτερη σε μικρότερα φορτία και ταχύτητες. Η επαναληψιμότητα στις βιομηχανικές διεργασίες επηρεάζεται επίσης από την ακρίβεια του τερματιστή (όπως μια λαβή) και ακόμη και από τη σχεδίαση των «δακτύλων» στη λαβή που χρησιμοποιούνται για να πιάσουν το αντικείμενο. Για παράδειγμα, εάν ένα ρομπότ πιάσει μια βίδα από το κεφάλι του, η βίδα μπορεί να βρίσκεται σε τυχαία γωνία. Οι επόμενες προσπάθειες να τοποθετήσετε τη βίδα στην οπή της βίδας είναι πιθανό να αποτύχουν. Καταστάσεις όπως αυτές μπορούν να βελτιωθούν με «χαρακτηριστικά εισόδου», όπως η κωνική (λοξοτομή) της εισόδου της οπής. Έλεγχος κίνησης – Για ορισμένες εφαρμογές, όπως απλές λειτουργίες συναρμολόγησης με επιλογή και τοποθέτηση, το ρομπότ χρειάζεται μόνο να πηγαίνει μπρος-πίσω μεταξύ ενός περιορισμένου αριθμού προκαθορισμένων θέσεων. Για πιο σύνθετες εφαρμογές, όπως η συγκόλληση και η βαφή (βαφή με ψεκασμό), η κίνηση πρέπει να ελέγχεται συνεχώς κατά μήκος μιας διαδρομής στο χώρο με καθορισμένο προσανατολισμό και ταχύτητα. Πηγή ισχύος – Ορισμένα ρομπότ χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες, άλλα χρησιμοποιούν υδραυλικούς ενεργοποιητές. Το πρώτο είναι πιο γρήγορο, το δεύτερο είναι πιο ισχυρό και είναι χρήσιμο για εφαρμογές όπως το βάψιμο όπου οι σπινθήρες θα μπορούσαν να προκαλέσουν εκρήξεις. Ωστόσο, ο αέρας χαμηλής πίεσης στο εσωτερικό του βραχίονα αποτρέπει την είσοδο εύφλεκτων ατμών και άλλων ρύπων. Κίνηση – Μερικά ρομπότ συνδέουν τους κινητήρες με τις αρθρώσεις μέσω γραναζιών. άλλοι έχουν τους κινητήρες συνδεδεμένους απευθείας στους αρμούς (άμεση μετάδοση κίνησης). Η χρήση γραναζιών έχει ως αποτέλεσμα μετρήσιμη «οπισθοδρόμηση», που είναι η ελεύθερη κίνηση ενός άξονα. Οι μικρότεροι βραχίονες ρομπότ χρησιμοποιούν συχνά κινητήρες συνεχούς ρεύματος υψηλής ταχύτητας και χαμηλής ροπής, οι οποίοι συνήθως απαιτούν υψηλότερες σχέσεις μετάδοσης, οι οποίες έχουν το μειονέκτημα της οπισθοδρόμησης, και σε τέτοιες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται συχνά αρμονικοί μειωτήρες γραναζιών. Συμμόρφωση – Αυτό είναι ένα μέτρο του ποσού της γωνίας ή της απόστασης που μπορεί να κινηθεί μια δύναμη που εφαρμόζεται σε έναν άξονα του ρομπότ. Λόγω της συμμόρφωσης, το ρομπότ θα κινείται ελαφρώς χαμηλότερα όταν μεταφέρει μέγιστο ωφέλιμο φορτίο από ό,τι όταν δεν μεταφέρει ωφέλιμο φορτίο. Η συμμόρφωση επηρεάζει επίσης το μέγεθος της υπέρβασης σε καταστάσεις όπου η επιτάχυνση πρέπει να μειωθεί με υψηλό ωφέλιμο φορτίο.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-15-2024
