Manipulatory i roboty przemysłowe znajdują szerokie zastosowanie w wielu branżach, gdzie pozwalają na zwiększenie bezpieczeństwa oraz wydajności pracy. Czym charakteryzują się takie urządzenia? Jakie rodzaje robotów i manipulatorów wyróżniamy? Oto najważniejsze informacje na ten temat.
Czym są manipulatory i roboty przemysłowe?
Manipulatory to urządzenia przemysłowe złożone z kilku wzajemnie połączonych członów. Ich podstawowym zadaniem jest chwytanie i przenoszenie ładunków – zależnie od wybranego modelu waga podnoszonych obiektów może wynosić od kilku kilogramów do nawet 1,5 tony. Ważną częścią konstrukcji manipulatora jest system równoważenia ciężaru (pneumatyczny lub elektroniczny), który pozwala zachować stabilność w trakcie pracy.
Określenia „robot przemysłowy” i „manipulator przemysłowy” są często traktowane zamiennie, jednak są to nieco inne kategorie urządzeń. Główna różnica dotyczy sposobu sterowania. Podczas gdy manipulatory są kontrolowane bezpośrednio przez operatora, roboty przemysłowe są wyposażone w automatyczne mechanizmy i systemy ułatwiające ich obsługę. Ruch robota przemysłowego może być zaprogramowany w co najmniej trzech osiach.
Zastosowanie robotów i manipulatorów
Manipulatory i roboty przemysłowe mogą być bardzo przydatne w praktycznie każdej dziedzinie. Są one stosowane przede wszystkim przy powtarzalnych zadaniach, które wymagają zachowania pełnej precyzji lub przenoszenia ciężkich przedmiotów. Tego typu urządzenia są wykorzystywane najczęściej jako elementy linii produkcyjnych i montażowych. Dokładne zastosowanie może jednak znacznie się różnić w zależności od charakterystyki wybranego sprzętu, jego rodzaju, funkcjonalności, a także parametrów technicznych, takich jak udźwig czy zasięg.
Wykorzystanie manipulatorów i robotów przemysłowych rośnie każdego roku. Szacuje się, że łączna wartość tego rynku to już prawie 17 mld dolarów, a do roku 2029 wzrośnie aż do 35 mld. Ich popularność wynika z licznych korzyści dla firm produkcyjnych, które skupiają się na wzroście wydajności oraz zwiększeniu bezpieczeństwa pracowników. Szacuje się, że jeden robot przemysłowy może zastąpić pracę 6–8 osób, które dzięki wsparciu takich urządzeń będą mogły zająć się bardziej angażującymi procesami. Zmiany w tym kierunku już teraz widać w różnych branżach. Pod tym względem przoduje sektor automotive, który odpowiada za ok. 30% wykorzystania robotów w przemyśle, a tuż za nim znajduje się sektor elektryki i elektroniki (ok. 25%). Manipulatory i roboty przemysłowe są również wykorzystywane na szeroką skalę w obróbce materiałów i produkcji maszyn, przemyśle gumowym i obróbki tworzyw sztucznych oraz w przemyśle spożywczym.
Rodzaje robotów stosowanych w przemyśle
Manipulatory i roboty przemysłowe można podzielić według wielu różnych kryteriów. Wspomnieliśmy już o rodzaju sterowania, który służy jako podstawowe rozróżnienie między tymi kategoriami urządzeń – nie jest to jednak jedyny czynnik, na który warto zwrócić uwagę. Sprzęty tego typu dzieli się również ze względu na:
- budowę jednostki kinematycznej – roboty monolityczne (stała budowa), modułowe (zmienna budowa) lub pseudomodułowe (połączenie urządzeń monolitycznych i modułowych, umożliwiające wymianę tylko niektórych komponentów);
- strukturę kinematyczną – roboty szeregowe (z otwartym łańcuchem kinematycznym, np. roboty kartezjańskie, cylindryczne i SCARA), równoległe (zamknięty łańcuch, np. tripody, czyli roboty z 6 równoległymi ramionami) oraz hybrydowe (połączenie struktury szeregowej z równoległą);
- rodzaj napędu – elektryczny, pneumatyczny, hydrauliczny lub hybrydowy.
Pod kątem zastosowania największe znaczenie ma struktura kinematyczna manipulatora lub robota przemysłowego. W tym obszarze wyróżnia się również urządzenia stacjonarne i mobilne – sprzęty z drugiej grupy umożliwiają zmianę pozycji w trakcie pracy, z kolei pierwsze są umieszczone w stałym miejscu. W ramach tej klasyfikacji robotów można wskazać:
- roboty kartezjańskie,
- roboty cylindryczne,
- roboty SCARA,
- roboty sferyczne,
- roboty przegubowe, nazywane także antropomorficznymi.
Do tego warto wyróżnić również dodatkowy rodzaj robotów, który skupia się na funkcjonalności zapewniającej wygodną współpracę z człowiekiem – tzw. koboty (roboty współpracujące).
Roboty kartezjańskie
To jeden z najprostszych rodzajów urządzeń tego typu. Manipulatory i roboty przemysłowe kartezjańskie poruszają się po dwuwymiarowym, prostokątnym układzie współrzędnych. Ich najczęstsze zastosowanie to transport oraz montaż elementów. Istotną kwestią jest tutaj prostopadłościenna przestrzeń ruchu.
Roboty cylindryczne
Są one w pewnym sensie rozszerzeniem działania robotów kartezjańskich. W tym przypadku mamy do czynienia z cylindryczną przestrzenią ruchu, walcowym układem współrzędnych oraz połączeniu różnych zespołów ruchu – dwóch liniowych i jednego obrotowego. Osie przesuwne są prostopadłe wobec siebie. Podobnie jak roboty kartezjańskie, urządzenia z tej kategorii służą głównie do przenoszenia przedmiotów, jednak mogą robić to w większym zakresie.
Roboty SCARA
Wykorzystywane do pakowania i montażu roboty SCARA charakteryzują się obecnością trzech osi, z których dwie są równoległe wobec siebie i odpowiadają za ruch obrotowy. Trzecia jest z kolei używana do ruchu postępowego.
Roboty sferyczne
Ruch ramienia odbywa się w tym przypadku po kuli, z wykorzystaniem jednego zespołu liniowego i dwóch cylindrycznych. Manipulatory i roboty przemysłowe sferyczne są stosowane szczególnie chętnie przy zadaniach wymagających maksymalnej precyzji.
Roboty przegubowe (antropomorficzne)
Konstrukcja takich robotów ma za zadanie odwzorowywać ręce człowieka – stąd też nazwa „roboty antropomorficzne”. Urządzenia tego typu są wyposażone w trzy osie obrotowe, platformę obrotową i trzy lub sześć ramion (z 3–6 stopniami swobody). Taka konfiguracja pozwala na precyzyjne i naturalne ruchy w różnych płaszczyznach. W efekcie ich zastosowanie może być bardzo szerokie i obejmuje nawet bardzo zaawansowane procesy. Roboty przemysłowe z tej kategorii mogą być użyte m.in. do spawania, zgrzewania, lakierowania czy układania towarów detalicznych na paletach.
Roboty współpracujące (koboty)
To kategoria definiowana nie przez sam rodzaj ruchu, a oferowaną funkcjonalność. Dzięki rozwiązaniom z zakresu bezpieczeństwa urządzenia tego typu mogą bez problemu dzielić przestrzeń roboczą z człowiekiem. Podobnie jak w przypadku robotów antropomorficznych, ich działanie ma przypominać ludzką rękę. Sprzęty tego rodzaju mogą być dodatkowo klasyfikowane ze względu na liczbę stopni swobody – zakres możliwych zastosowań rośnie wraz ze wzrostem tego parametru. Najnowsze koboty są wyposażone w systemy rozpoznawania obrazu, dzięki którym mogą identyfikować obiekty i jeszcze bardziej usprawnić pracę.
Manipulatory i roboty przemysłowe – jakie parametry mają największe znaczenie?
Przy wyborze konkretnego urządzenia do danego procesu produkcyjnego lub technologicznego należy zwrócić uwagę na szereg istotnych kwestii. Manipulatory i roboty przemysłowe mogą różnić się nie tylko pod względem rodzaju konstrukcji, lecz także parametrów modelu. Najważniejsze z nich to:
- prędkość podnoszenia obiektu, określana w metrach na minutę (m/min);
- maksymalna prędkość przemieszczania w płaszczyźnie pionowej (m/min);
- wydajność – liczba cykli możliwych do zrealizowania w ciągu godziny (c/h);
- udźwig (często oznaczany literą Q) – zwykle podawany w kilogramach, określa, jakie jest maksymalne obciążenie konkretnego manipulatora lub robota przemysłowego;
- zasięg (podawany w milimetrach, centymetrach lub metrach, zależnie od docelowego zastosowania robota) – mówi o maksymalnej odległości od osi obrotu do osi chwytaka;
- wysokość podnoszenia – obliczana od podstawy do najwyższego punktu, na którym może znaleźć się końcówka chwytająca.
Ponadto należy zwrócić uwagę na płaszczyznę roboczą – jest to obszar, w którym robot może wykonywać swoje zadania. Pod względem wydajności spore znaczenie ma również prędkość robocza, czyli tempo, w jakim elementy urządzenia mogą zmienić swoje położenie.
Podsumowanie
Nie ulega wątpliwości, że manipulatory i roboty przemysłowe już teraz są nieodzowną częścią procesów produkcyjnych w wielu branżach. Prognozuje się, że w następnych latach i dekadach ich wykorzystanie będzie tylko rosnąć – tego typu urządzenia stopniowo zastępują ludzi w powtarzalnych pracach. Dzięki ich użyciu można przede wszystkim zwiększyć wydajność produkcji, zachowując przy tym maksymalną precyzję ruchów. Nie bez znaczenia jest też wzrost bezpieczeństwa pracowników, zwłaszcza w przypadku manipulatorów przenoszących ciężkie przedmioty, które mogłyby być zagrożeniem dla kadry. Główna różnica między manipulatorami a robotami to sposób sterowania. Ponadto dzielą się one na kilka różnych rodzajów, które różnią się pod względem możliwości ruchu, a tym samym – zastosowania. Przy wyborze konkretnego rozwiązania należy zwrócić uwagę również na parametry, a w szczególności udźwig, zasięg oraz prędkość roboczą. Wszystkie z nich mają spore znaczenie zarówno dla efektywności wykonywanych procesów, jak i bezpieczeństwa operatorów.
Czytaj również:
