На сегодняшних промышленных предприятиях максимальную актуальность приобретает применения автоматизированных решений, безлюдное и бережливое производство, внедрение инновационных технологий и возможность устранить вредные факторы, которые оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека.

Всё это стало причиной того, что большую популярность приобретают решения по автоматизированию производства на основе промышленных роботов, предоставляющих возможность обеспечивать цикл обработки с наивысшей степенью производительности и точности, избежать производственных ошибок и перерывов, характерных для обыкновенного человека [2].

Достоинства применения промышленных роботов в производстве очевидны.

Во-первых, любой промышленный робот рука манипулятор в большинстве случаев используется с целью заменить ручной труд. Таким образом, робот может применять инструментальный захват, чтобы зафиксировать инструменты и осуществить обработку деталей или удержать непосредственно заготовку, чтобы переместить ее в рабочую зону на последующую обработку.

Во-вторых, робот обладает рядом ограничений, сюда можно отнести, к примеру, зону досягаемости, потребность избежать столкновения с возможными препятствиями, грузоподъемность, необходимость программирования любых движений. На случае его правильного использования и предварительного анализа функционирования системы робот может обеспечивать безостановочное производство, увеличить эффективность и качество рабочего процесса. Основными особенностям, которыми отличаются промышленные роботы, являются следующие показатели.

При использовании робота обычно увеличивается производительность. В первую очередь, это объясняется более быстрым позиционированием и передвижением во время процесса обработки, также имеет значение и такой фактор, как автоматическая работа на протяжении 24 часов в сутки без простоев и перерывов.

На случай грамотно подобранного использования роботизированной системы в разы повышается производительность (в сравнении с ручным производством). Отдельного внимания заслуживает тот факт, что при довольно широкой номенклатуре продукции, постоянных переналадках, потребности значительного числа периферийного оборудования для различных деталей производительность может и уменьшаться, делая процесс трудным и неэффективным.

Повышение экономических показателей. Купить робот манипулятор означает получить замену человеку. Машина будет эффективно уменьшать расходы на оплату специалистов. Этот фактор наиболее важным является для экономически развитых стран, характеризующихся большими заработными платами трудящихся и потребностью существенных надбавок за ночное время, переработку и т.п.

На случай использования автоматизированной системы или робота, в цехе нужно только наличие оператора, который контролирует процесс, при этом он способен контролировать одновременно несколько систем.

Стоит отметить, что при изначальной закупке роботизированные ячейки представляют собой довольно серьезное денежное вложение. Неправильное использование оборудования, а также вероятные ошибки в его расстановке и комплектации способны стать причиной увеличения трудоемкости работы или времени обработки, соответственно, снижения экономичности производства.

Соблюдается высокий уровень безопасности. Использование роботов достаточно эффективно на вредных производствах, оказывающих отрицательное воздействие на людей, к примеру, в литейной промышленности, в процессе зачистки сварных швов, сварочных процессах, окрасочных работах (покрасочные роботы) и т.п. На случай, если ручной труд ограничивается законодательством, единственным решением может стать внедрение робота.

В большинстве случаев одной из причин внедрения инновационной системы на основе промышленного робота является потребность обеспечения требуемого по качества обработки в соответствии с документацией на изделие.

Значительная точность позиционирования промышленного робота манипулятора, а также повторяемость предоставляет возможность устранить вероятность производственного брака и обеспечивать высочайшее качество продукции. Исключить человеческий фактор означает минимизировать рабочие ошибки и сохранить постоянную повторяемость в течение всей производственной программы.

Минимизирование рабочего пространства. Грамотно укомплектованная ячейка на основе промышленного робота считается очень компактной. Это достигается за счет небольших размеров места, которое занимает промышленный робот, его эргономичной конструкции, возможностью его расположения в подвешенном состоянии и т.п.

Промышленный робот - это многозвенный механический манипулятор, имитирующий движения человеческой руки и снабжен управляющим устройством. Робот может быть оборудован также средствами перемещения.

Основное назначение робота - механизировать и автоматизировать манипуляции, что позволяет заменить людей на уже действующих производственных участках без существенной перестройки их технологической и организационной структуры.

Все промышленные механизмы можно разделить на автоматические и управляемые от дистанционного устройства. Если автоматы выполняют определенное действие строго по алгоритму программы, занесенной оператором, то дистанционные аппараты выполняют задания под удаленным управлением человека.

Промышленный робот может включать в конструкцию одну или несколько рук манипуляторов и, как правило, один блок ЭВМ. Конструкция руки робота состоит из типовых модулей, подобранных в соответствии с требованиями заказчика, который должен определиться с грузоподъемностью, точностью позиционирования, степени свободы.

Блок ЭВМ позволяет перепрограммировать робот манипулятор, провести подстройку точности и скорости работы. Фактически, для каждого задания создается индивидуальная программа с набором алгоритмов действий, по которым и будет ориентироваться робот.

Роботов обычно программируют операторы, передвигая руку в нужной им последовательности или путем воспроизведения этой последовательности с помощью настройки дистанционного управления. Некоторые сложные работы могут программироваться непосредственно голосом, получая приказы передвинуться на заданное расстояние и в заданном направлении. Новейшие образцы роботов оснащены сенсорной обратной связью и способны реагировать на происходящее в непосредственной близости от них. Для увеличения протяженности рабочего пространства, в котором может действовать рука робота, устанавливают на направляющие платформы или рамы, тем самым ограничивая подвижность. Диапазон размеров очень большой - от миниатюрных сборочных роботов, способных маневрировать в пространстве объемом около десяти кубических сантиметров, и роботов, созданных фирмой "Ламбертон Роботикс" в Шотландии, которые могут перемещать грузы массой до 1,5 т. в пространстве объемом в несколько кубических метров.

Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, улучшает качество, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они имеют достаточную гибкость, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, то есть в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок.

Однако роботы еще не имеют многих важнейших качеств, присущих человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использование тонкой координации системы "Рука - глаз". Роботы с захватами или подобные к ним применяются для выполнения манипуляционных операций, например при удалении заусенцев, литья, очистке слитков, ковке, термообработке, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формирования, упаковки, размещения деталей в паллеты и складирования.

Руки роботов вместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ, начиная с распыления вещества, покраски, нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботов можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резки с помощью пламени или лазера, а также при очистке с помощью водяных струй. Сейчас роботы успешно приобретают специализацию, становясь красящими роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т.д.

Промышленные роботы также различаются способом крепления. Напольной конструкции составляют 53% общего количества, еще 39% - с креплением на базовых узлах оборудования и лишь 8% - подвесные конструкции. Между тем напольные конструкции - самые нерациональные и неэкономические, поскольку требуют значительных дополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности "многостаночного" обслуживания.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных и человеческих ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические результаты. В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной технологии, новых методов и процессов, - концентрации операций, многопозиционной и многоинструментальной обработки или сборки. В тактическом плане это означает снижение тиражирование тех технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких конечных результатов или эти результаты односторонние, например сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться известными методами расчетов и обоснованным рядом принципов технической политики. Различают четыре принципа технической политики.

Первый принцип - принцип достижения конечных результатов. Средства роботизации должны не просто имитировать или замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, только тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категорий работающих или замена ручного манипулирования автоматическим - не цель и не результат.

Анализ работ по автоматизации показывает, что:

60 - 70% - экономического эффекта получается благодаря более высокой производительности автоматизированного оборудования;

15 - 20% - за счет повышения или стабилизации качества;

10 - 15% - благодаря экономии фонда заработной платы.

Второй принцип технической политики при роботизации производства - принцип комплектного подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса - объекты производства, технологии, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, кадры, удаление отходов - должны быть рассмотрены и в конце концов решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из виду хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мер по автоматизации оказывается неэффективной. Тем не перспективнее попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, например, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные роботы и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства - только тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства - принцип необходимости: средства роботизации, включая перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментальные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами.

Четвертый принцип - принцип своевременности: внедрение и тиражирования недостаточно зрелых технических решений недопустимы.

Наконец внедрения дорогостоящих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации. На развитие роботизации как нового научно-технического направления, несомненно повлияло и то обстоятельство, что сначала создания промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной технике, технической кибернетики и т.д., которые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне искренне верили, что именно главное - создать конструкцию робота, прежде систему его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека.

Промышленные работы не является чем-то сверхъестественным. Их внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его, все зависит от конкретных условий. Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они стали тем звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться и завоевывать все новые позиции. Однако не следует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех возможных приложениях.

1.2 Классификация промышленных роботов