Современные роботы-манипуляторы и их применение

Что такое робот-манипулятор

Робот-манипулятор – это тип промышленной машины, который выполняет действия в соответствии с программой, заложенной в его систему управления.

Главное отличие манипуляторов от других роботов заключается в том, как они движутся: они действуют как человеческая рука. Поэтому эти промышленные роботы часто называют рука-манипулятор или механическая рука.

История развития роботов-манипуляторов

Первая разработка робота-манипулятора началась во второй половине XX века. В то время было создано первое механическое устройство, управляющееся программой, записанной на магнитном барабане.

Этот манипулятор отличался крупными размерами, большим весом и низкой точностью выполнения задач.

С тех пор технология производства роботов-манипуляторов значительно продвинулась вперед. Современные модели выполняют точные операции быстро, оснащены компьютерным зрением и могут самостоятельно принимать решения в условиях неопределенности, реагируя на изменения окружающей среды.

Эти устройства могут быть полезны в практически любой области производства. Они повышают производительность труда и уменьшают количество бракованной продукции благодаря высокой точности операций, а также выполняют задачи в неблагоприятных или опасных для людей условиях.

Сферы применения современных роботов-манипуляторов

• Машиностроение – роботы-манипуляторы занимаются сборкой автомобилей, покраской кузовных частей, укладкой кабелей и осуществляют другие стандартизированные операции. Многие заводы полностью заменили ручной труд на автоматизацию
• Металлообработка – роботы-шлифовщики, фрезеровщики и полировщики обрабатывают металлические детали
• Химическая промышленность – манипуляторы применяются для автоматизации экспериментов с опасными веществами
• Сельское хозяйство – манипуляторы используются для сбора урожая. Они используют настраиваемые захваты и камеры для сбора овощей и фруктов с мобильной платформы
• Медицина – высокочувствительные роботы с сенсорами помогают врачам проводить операции

Классификация роботов-манипуляторов

Все роботы-манипуляторы схожи по принципу действия и конструкции, но существуют различные классификации в зависимости от степени свободы, количества рабочих элементов, типа привода и других характеристик. Рассмотрим некоторые из них.

Роботы-манипуляторы могут быть стационарными, если они прочно зафиксированы на рабочем месте и движутся только относительно своей оси. Мобильные механические руки, установленные на передвижных платформах, не привязаны к конкретному месту работы. Они могут быть оснащены аккумуляторами и системами искусственного интеллекта для расчета маршрута и реакции на неожиданности.

По типу крепления стационарные роботы делятся на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные устанавливаются на пол, потолок или стену и движутся вверх и вниз. Горизонтальные используются на продольных участках и движутся в горизонтальном направлении.

Одной из ключевых характеристик робота-манипулятора является его поколение. Программные, адаптивные и интеллектуальные машины различаются способностью к обучению и адаптации.

Программные роботы выполняют задачи только по заранее заданной программе. Они не могут действовать самостоятельно и полностью управляются оператором. Такие устройства полезны для выполнения монотонной работы, требующей высокой точности.

Адаптивные устройства испытывают изменения в условиях окружающей среды и способны самостоятельно менять режимы работы. Они обладают датчиками и подпрограммами, позволяющими улавливать внешние изменения. Примером являются мобильные роботы, которые могут изменять маршрут.

Интеллектуальные роботы – это манипуляторы, которые оснащены искусственным интеллектом. В их программу вносится лишь конечная цель, и они сами рассчитывают способы ее достижения, принимают решения и планируют свои действия.

Разработка робота-манипулятора

На этапе проектирования роботов-манипуляторов специалисты выбирают количество степеней свободы, программное обеспечение, размеры и грузоподъемность, основываясь на области использования и целях.

Важное внимание уделяется обслуживанию устройств для увеличения их сроков службы.

Так как роботы-манипуляторы имеют множество подвижных соединений, их необходимо защищать от износа.

Смазочные материалы подбираются уже на этапе разработки узлов роботов и проходят тестирование.

Составы должны обладать длительным сроком службы и хорошими антифрикционными свойствами.

В последние годы популярность набирают материалы для твердой смазки, такие как те, что производятся компанией «Моденжи».

Антифрикционные твердосмазочные покрытия обеспечивают создание прочного слоя на деталях, который снижает и стабилизирует трение, улучшая плавность работы элементов и увеличивая срок их службы.

Например, на шестернях рулевых механизмов роботов-манипуляторов применяются материалы MODENGY 1005 и MODENGY 1066.

Эти материалы не требуют замены на протяжении всего срока службы устройств.

В общем, процесс разработки робота-манипулятора включает два основных этапа:

• Создание механической части, что включает выбор материалов для деталей и типа исполнительного механизма
• Разработка системы управления устройством, состоящая в выборе контроллера, средств программирования и алгоритмов управления

Создается 3D-модель робота-манипулятора, после чего начинается сборка прототипа.

Первоначальный образец проходит множество этапов тестирования и модернизации для устранения недочетов, выявленных в процессе проектирования и разработки.