Az ipari robot
2005/11. lapszám | netadmin | 3169 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az ipari robot Ipari robotoknak általában az olyan programozottan mozgatható berendezéseket nevezzük, amelyek legalább négy szabadságfokkal rendelkeznek. A robotok a rugalmas automatizált gyártócellák fő alapelemei. Feladatok széles skálája oldha...
Ipari robotoknak általában az olyan programozottan mozgatható berendezéseket
nevezzük, amelyek legalább négy szabadságfokkal rendelkeznek. A robotok a rugalmas
automatizált gyártócellák fő alapelemei. Feladatok széles skálája oldható meg
segítségükkel a precíziós szereléstől a palettázáson és festésen át a hegesztésig.
Ahhoz azonban, hogy egy a kereskedelmi forgalomban kapható robotból működő
alkalmazás legyen, a roboton kívül további eszközökre és ezek megfelelő összeillesztésére
van szükség. Az eszközök az alkalmazási területtől függnek, egy részük a daraboknak
a robot munkaterébe juttatását és pozicionálását szolgálja, mint a szállítószalagok,
adagolók stb., más részük magában a manipulációban vesz részt, mint a megfogók
és különböző fejegységek. A robotból és a fenti eszközökből összeálló egész
rendszert hívhatjuk robotcellának, mely egy egységet képez.
A robotfelhasználás fő okai, előnyei
Mint a legtöbb esetben, a robot alkalmazása esetén is felmerül a kérdés, milyen
esetekben indokolt a használata, hiszen robottal a szerelési, palettázási
és egyéb automatizálható folyamatok széles skálája megoldható, ugyanakkor
az eseteknek csak egy részében kerül sor robot felhasználására. Tipikus alkalmazás
azon automatizálható feladatok megoldása, ahol négy, öt, illetve hat szabadságfokra
és nagy pontosságra van szükség a sorozatosan ismétlődő, monoton feladatok
elvégzéséhez. Ilyen feladatok például a szerelési feladatok, melyekben a
munkadaraboknak nem csak a pozícióját, de az orientációját is meg kell változtatni
szerelés közben, tehát fordítani, dönteni kell valamerre a munkadarabot a
pozíció változtatással szinkronban (interpoláltan). Hasonló bonyolultságú
feladat a robotkar külső géppel történő interpolált együttmozgatása vagy
a szállítószalag-követés, mely funkciók támogatását a mai robotok vezérlői
már tartalmazzák. Ezeknek a feladatoknak a megoldására a manipulátorok már
bonyolultság, megbízhatóság és pontosság szempontjából sem alkalmasak, és
a robot alkalmazása költség szempontjából is kedvezőbb. Ha a beruházás során
felmerülő költségek közel azonosak is, a robot kompaktságából és megbízhatóságából,
könnyű átprogramozhatóságából adódóan a szervizigény és ezzel arányosan a
szervizköltség is töredéke a modulokból összeépített manipulátorénak, és
a gyakorlatilag legjelentősebb költségként jelentkező termeléskiesés valószínűsége
is jóval kisebb. Mindemellett merevségének köszönhetően a robot nem csak
pontosabb, de gyorsabb is tud lenni a manipulátoroknál, mely a termelékenység,
és így az egy termékre vetített költségek szempontjából is jelentős előnyt
jelent.
Bővítési lehetőségek, rendszerintegrálás
A robotok - a robotkar sajátosságai miatt - a saját munkaterük határait leíró
gömb vagy henger közepében helyezkednek el, ezáltal többé-kevésbé gömbhéj
vagy gyűrű alakú munkateret létrehozva. Emiatt a gyakorlatban többször megesik,
hogy még az ipari robotok (általában maximum hat) szabadságfoka is kevésnek
bizonyulhat egy-egy feladat megoldásához, és a megfelelő mozgástér kialakításához
pótlólagos tengely hozzáadására van szükség. Más esetekben pedig a pótlólagos
tengely egyszerűen a robotot körülvevő, egyéb mechanizmusokkal való jobb
szinkronizációs lehetőség miatt válik szükségessé. A robotok általában adott
határok közti munkatér/terhelhetőség aránnyal rendelkeznek, ennek megfelelően
a nagyobb munkatérrel arányosan nagyobb a terhelhetőség, robusztusabb a robotkar,
persze emiatt arányosan drágább robot szükséges. Ha azonban kis terhelhetőség
is elegendő, de nagy munkatér szükséges, akkor ez egy kisméretű robot és
lineáris tengely alkalmazásával is megoldható. A robot lineáris tengelyre
szerelésével egyszerűen, és a robot árának töredékéért kiterjeszthető a munkatér,
hiszen egy ilyen konfiguráció megépítéséhez a lineáris tengely mechanikáján
kívül csak egy enkóderes szervomotor-erősítőszett és egy, a robot vezérlőegységébe
építhető pótlólagos tengely-illesztőkártya szükséges. Ez a megoldás különösen
jól használható egyes gyártók kisebb méretű robotjai esetén, mivel ezekhez
könnyűszerrel találhatunk megfelelő paraméterekkel (teherbírás stb.) rendelkező
lineáris tengelyt. Ugyanakkor kis tömege miatt a robot gyorsan mozgatható.
A konfiguráció további előnye, hogy míg a lineáris tengelyen mozogva a robot
viszonylag egymástól távoli pontok közt képes dolgozni, a robotkar - mérete
miatt - a szűk helyekhez is hozzá tud férni. Egy ilyen konfigurációval például
megoldható nagyobb, bonyolult tárgyak teljes "körüljárása" vizsgálathoz vagy
egyéb feladatokhoz. Ilyen feladat például egy autó végszerelés utáni vizsgálata,
ahol a robotkarnak mind az autó belsejében, mind kívülről vizsgálatokat kell
végeznie. Ha a robotot egy x-y "asztalra", tehát egy két szabadságfokú lineáris
tengelypárra helyezzük, akkor a robot egésze - a lineáris tengelyek mozgásának
interpolálásával - akár körívek mentén is mozgatható. A robotkar végén lévő
megfogó egység ezzel egyidőben természetesen még további, akár hat szabadságfokú
mozgást hajthat végre.
Az előbbi vizsgálati feladatokon kívül ez az összeállítás
bonyolult geometriájú, nagy méretű munkadarabok festésére is jól használható.
A robotot lineáris tengelyre helyezve a robot munkatere és mozgási lehetősége
az evidens tengelyirányú elmozdulási lehetőségen kívül még azért is nő, mert
a szabadságfok növelésével a munkatér legtöbb pontja több irányból is megközelíthetővé
válik. Ezáltal az adott mozgások - a lineáris tengelynek köszönhetően - többféleképpen
is kivitelezhetőek lesznek. Napjainkban általános feladatnak számít a különböző
megmunkáló gépek robotok segítségével történő kiszolgálása is. Ilyen esetben
a robot - saját mechanikájának és a lineáris tengely gyorsaságának köszönhetően
- egy gép megmunkálási ideje alatt megoldhatja más gépek kiszolgálását is.
A lineáris tengely alkalmazásával tehát csökkenthető a szükséges kiszolgálórobotok
száma. Pótlólagos tengely hozzáadásával azonban nemcsak lineáris tengellyel,
hanem bármely abszolút enkóderes, szervóval rendelkező mechanizmus mozgatható,
ami által - a tengelymozgások interpolálási lehetőségeinek következményeként
- a robot és környezete között tökéletes szinkron érhető el. Jó példa a szinkronizációs
feladatra a futószalag robothoz kapcsolása - pótlólagos tengelyként. Az interpoláció
segítségével e konfigurációban a robot úgy tud a szállítószalagra helyezni
vagy arról elvenni dolgokat, hogy a robotkar a szalaggal együtt mozogva annak
megállítása nélkül dolgozik. Ezzel (azt a ritka esetet kivéve, mikor a robot
az automatizált rendszer leglassúbb tagja) jelentős idő takarítható meg, végeredményben
a folyamat felgyorsítható. További, a robottal gyakran együttműködő mechanika
a körasztal, amelyet pótlólagos tengelyként a robothoz kapcsolva - az előbbiekben
már sokszor említett interpolációs lehetőség miatt - újabb felhasználási módok
válnak lehetségessé. Ez a plusz szabadságfok szerelési, festési és vizsgálati,
minőségellenőrzési feladatok esetén az előzőkhöz hasonlóan könnyíti meg a bonyolult
geometriájú munkadarabokhoz való hozzáférést. Összességében tehát az a következtetés
vonható le, hogy bonyolultabb mozgást vagy nagyobb munkateret igénylő, de a
munkatér arányaihoz képest kisebb teher mozgatásával járó feladatok esetén
is jó megoldás lehet pótlólagos robottengely felszerelése.
A rendszer kamera hozzáadásával intelligenssé tehető. A képfeldolgozó kamerás
alkalmazások jelentős előnye, hogy az alkatrész helyzetének és méretének azonosításával
képesek a rendezetlenül érkező, vagy rendelkezésre álló alkatrészeket is megfogni,
fő méreteit megmérni, és az aktuális munkadarab vizsgálatával, különböző tulajdonságai
(szín, forma, méret tűrés, alkatrészek hibátlan beültetése, egyes részegységek
helyes állása, jelenléte) alapján szelektálni, szortírozni azt, mely feladatok
egyéb módszerrel csak nehézkesen vagy egyáltalán nem oldhatók meg. Ennek köszönhetően
a képfeldolgozó kamerás automatizálási rendszerek száma jelentősen növekszik
az iparban. A "látó" robot képes alkalmazkodni a megváltozott feltételekhez,
az esetleges méretváltozásokhoz. A sorozatgyártásban a "gyártani, majd válogatni"
módszert felválthatja a "jót gyártani és ellenőrizni" módszer, azaz a szerelőgépek
pontos beállítását segítve, a gép egyes szerelési fázisaiban, a megmunkálandó
alkatrész kiszedése nélkül kamerával megmérjük a jellemzőket, a gép beállítója
e méretek ismeretében pontosítja a beállításokat. Ha a gép minden szerelőállomásán
ezeket a beállításokat méréssel visszaellenőrizve végrehajtjuk, akkor a gép
által előállított selejtes alkatrészek száma drasztikusan csökken. A robot
egyes esetekben a kamera intelligens tartószerkezete is lehet, amely minden
beállításkor "emlékszik" a korábbi mérési pozícióra, így a beállítást gyorsan,
pontosan lehet végrehajtani.
A kamerás alakfelismerés a feladattól és az igényektől függően többféle rendszer-
felépítésben is megvalósítható, többféle kameratípussal. A fix pozícióban lévő
munkadarabok vizsgálatához (pl. minőségellenőrzés, megfogás-pontosítás, kontúrkövetés)
egy kamerás rendszer alkalmazása is elegendő lehet. A rendszerezetlenül érkező
alkatrészek robotos kezelése, válogatása is megoldható kamera segítségével.
A rendszerben a kamerák egy számítógéphez kapcsolódnak, mely elemzi a kamerák
képét. A képek elemzése után a számítógép adja a robot vezérléséhez szükséges
koordinátákat valamilyen megfelelően gyors hálózaton keresztül a robot kontrollernek,
a robot koordinátarendszerének és a kamerából kapott képek alapján meghatározott
koordinátarendszernek az összehangolásával. A külön számítógépes képfeldolgozások
lényeges előnye a kamerába épített képfeldolgozó rendszerekkel szemben, hogy
míg ugyancsak megfelelő sebességű képfeldolgozás érhető el velük, ugyanakkor
bonyolultabb, speciálisabb feladatokra is jól használhatók. Az előbbiekben
említett kamera-felhasználások egy rendszerben egymásután is megoldhatók, a
számítógépes képfeldolgozó rendszer flexibilitásának köszönhetően. Ilyen rendszerekkel
bonyolult gyártási, szerelési vagy egyéb automatizálási feladatok is sokszor
100 százalékosan automatizálhatók, így biztosítva a gyártás sebességét, pontosságát
és a minimális selejtszámot, mely ember munkavégzés használatával, általában
a feladat monotonitása és az emberi fizikai korlátai miatt nem garantálható.
Példaként hozható fel a következő szituáció. Egy termék egyes alkatrészei rendszertelenül
érkeznek a cellába. Azonosításuk, majd fix pozícióba vitelük után vizsgálatuk
és mérésük alapján a robot szortírozza a munkadarabokat. Ezzel a selejt alkatrészek
már itt kiszűrhetők, jelentősen lecsökkentve a selejtes végtermékek gyártását,
ami idő-, energia- és alapanyagpazarlás. Végül a megfelelő alkatrészek precíz
öszszeszerelése után a késztermék ismételt mérése, vizsgálata következhet a
minőség teljes körű biztosítására. Kovács Gábor
