Jak działa robot?

RedakcjaInne, Nasze realizacje

Według niektórych źródeł, historia robotyki sięga… 350 roku p.n.e. Jednak za datę powstania pierwszego robota przemysłowego uznaje się rok 1961. W ciągu ostatnich 60 lat sektor robotyki rozwinął się na tyle, że w ubiegłym roku sprzedanych zostało prawie 170 tysięcy nowych maszyn. Jako specjaliści od robotyki postaramy się wytłumaczyć, jak to się dzieje, że elektronika, zamknięta wewnątrz robota, potrafi czynić cuda w przemyśle.

Czym jest robot?

Książkowa definicja robota mówi, że jest to urządzenie techniczne, przeznaczone do realizacji niektórych funkcji manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, mające określony poziom energetyczny, informacyjny i inteligencji maszynowej.
Jest wiele typów robotów, np. humanoidy, czyli te przypominające człowieka. W artykule tym skupimy się jednak na robotach przemysłowych, fachowo nazywanych manipulatorami, które realizują zadania, zastępujące ludzką rękę.

Budowa

Podstawowa kwestia to budowa robota. Do najważniejszych komponentów zaliczyć możemy:

  • Serwonapędy – elementy odpowiadające za fizyczne ruchy robota. To one przekształcają energię elektryczną z sieci na energię mechaniczną maszyny.
  • Przekładnia – potrzebna, aby za pomocą małego silnika uzyskać dużą siłę.
  • Łożyska – dbają o to, by straty energii podczas ruchu były minimalne.
  • Obudowa – wykonana przede wszystkim z nowoczesnych tworzyw sztucznych i stopów metali lekkich. Ma za zadanie nie dopuścić, by niepowołane cząstki (np. kurz) dostawały się do elementów elektronicznych i mechanicznych oraz zabezpieczyć przed wyciekiem smaru z robota do przedmiotów, nad którymi operuje (np. produktów spożywczych).

Oprócz samego robota do jego prawidłowej pracy potrzebujemy oczywiście zasilania, które jest zapewniane przez kontroler. Przeważnie jest to prostopadłościenne „pudełko”, które, dzięki wgranemu oprogramowaniu i zasilaniu z sieci, jest w stanie przekazać impulsy sterujące serwonapędami, powodując tym samym ruch robota.

Po czym poznać dobrego robota?

O jakości robota przemysłowego świadczy 5 podstawowych kryteriów:

  • Zasięg – określa, jak duży jest obszar, na którym robot może wykonywać swoje operacje.
  • Dokładność – wskazuje, jak blisko zadanej pozycji robot jest w stanie się przemieścić.
  • Powtarzalność – charakteryzuje, jak blisko poprzednio osiągniętej pozycji robot jest w stanie dojechać.
  • Udźwig – maksymalny ciężar obiektu przenoszonego przez robota.
  • Szybkość – określana jako maksymalna prędkość końcówki robota podawana w mm/s. W praktyce szybkość przekłada się na ilość cykli pracy jakie w jednostce czasu jest w stanie wykonać robot.

Oprócz powyższych kryteriów każdego robota charakteryzują inne cechy, począwszy od jego wagi, a na cenie skończywszy.

  • automotive small
  • food

Programowanie

Aby robot wykonywał poprawne ruchy do kontrolera, musi zostać wgrany program. Maszyny Mitsubishi programowane są w języku MELFA BASIC V, stworzonym specjalnie na potrzeby robotów przemysłowych MELFA. Jest to język wysokiego poziomu, bazujący na języku programowania BASIC. Do programowania robota najczęściej używany jest tzw. teaching box, czyli panel służący m.in. do ręcznego sterowania robotem. Pozwala on zbierać żądane punkty w przestrzeni roboczej maszyny. Następnie punkty te zapisywane są w pamięci kontrolera, tak, by robot mógł później odtworzyć ruchy zadane mu przez inżyniera.
Mówiąc o programowaniu pracy robota, nie sposób zapomnieć o jednym z najciekawszych dodatków, jakim jest oprogramowanie MELFA Works. Jest to dodatek do programu Solid Works, pozwalający w łatwy sposób przygotować wizualizację pracy maszyny. MELFA Works jest szczególnie przydatne, jeśli robot ma poruszać się po skomplikowanej ścieżce, którą ciężko jest zebrać w tzw. ręcznym trybie pracy robota. Przykładem może być zastosowanie robota do obróbki materiałów (np. szlifowanie, polerowanie). W takiej sytuacji inżynier, mając do dyspozycji projekt obrabianego przedmiotu, wykonany w programie Solid Works, może za pomocą MELFA Works w łatwy sposób przekonwertować wszystkie obrabiane krawędzie na gotowy kod, programujący ruchy robota.

Niezliczona ilość funkcji

Oprócz z góry narzuconych ruchów czy pozycji, osiąganych przez robota, w przemyśle bardzo często wykorzystuje się różnego rodzaju dodatki, wspomagające pracę maszyny. Zależnie od wyposażenia możemy odwzorować ludzkie zmysły i przełożyć je na pracę robota. Wśród ciekawych dodatków, w jakie może być wyposażony robot, są m.in. kamery 2D, które, w połączeniu z funkcją trackingu (śledzenia), pozwalają na dynamiczną lokalizację obiektu, czy kamery 3D, znajdujące zastosowanie przy kontroli jakości. W większości aplikacji używane są rozmaite czujniki, np. wykrywające moment, gdy obiekt wjeżdża na taśmę transportową, by za chwilę zostać przeniesionym przez robota do pudełka lub na paletę. Wszystkie powyższe urządzenia zaprojektowane są tak, by w prosty sposób były w stanie przekazać pożądane informacje do kontrolera, który z kolei wykorzysta je do sterowania ruchem manipulatora.
Jednym z ciekawszych elementów wyposażenia robota jest chwytak, mający za zadanie imitowanie pracy ludzkiej dłoni. Najczęściej jest to przyssawka albo element ze sterowanymi pneumatycznie lub elektrycznie palcami. Jest on szczególnie przydatny w aplikacjach, wymagających przenoszenia elementów, ich składania lub nawet skręcania. Warto też wspomnieć o czujniku siły (z ang. force sensor), dzięki któremu możliwe jest odwzorowanie jednego z ludzkich zmysłów – dotyku. Czujnik taki znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie robot wykonuje zadania związane z obróbką – dzięki niemu jest w stanie szlifować czy polerować materiały z odpowiednim naciskiem. Force sensor można również wykorzystać w procesie kontroli jakości. Przykładem jest choćby dopasowanie siły podczas testowania przycisków np. w telefonie komórkowym lub pilocie do telewizora.

Dobry pracownik

Bardzo często pojawia się dylemat, czy robot będzie lepszym pracownikiem niż człowiek? Odpowiadając na to pytanie, pomińmy kwestie kosztów pracy maszyny i człowieka, które nie są dla nas najważniejsze. Warto zwrócić uwagę na fakt, że robot jest w stanie pracować lepiej od człowieka przede wszystkim w trudnych warunkach. Do takich zaliczyć możemy chociażby czynności monotonne lub wykonywane w szkodliwym czy niebezpiecznym dla człowieka otoczeniu. Robot może pracować po 24 godziny przez 365 dni w roku. Owszem, od czasu do czasu trzeba przeprowadzić jego konserwację lub po prostu wymienić zużyte części, lecz, jak dowodzą symulacje, przestoje, wymuszone nieprzewidzianą przerwą w pracy robota, zdarzają się 25 razy rzadziej, niż spowodowane losową niedyspozycją człowieka.
Argumentem przeciwko robotyzacji naszego przemysłu, szczególnie przez ludzi w nim niepracujących, jest zastępowanie ludzi robotami i odbieranie im miejsc pracy. Paradoksalnie jednak, firmy, używające robotów, zazwyczaj zwiększają również zatrudnienie. Jest to związane z wydajną pracą maszyny, która z kolei potrzebuje do swojej pracy więcej surowców, dostarczanych przez operatorów. Prace przez nich wykonywane są lżejsze i mniej monotonne niż prace na linii.
Ponadto warto wspomnieć o prestiżu, wynikającym ze stosowania innowacyjnych maszyn. Pokazując robota kontrahentom, wykazujemy, że nasza fabryka jest nowoczesna i innowacyjna. Z pewnością fakt ten zwiększa wiarygodność jako firmy oraz podnosi jakość produktów w oczach klientów.

Człowiek ważniejszy od robota

Na koniec jednak wypadałoby zadać bardzo ważne pytanie. Czym byłby robot bez… człowieka? To człowiek tworzy maszynę od podstaw, programuje, sprzęga z wszystkimi dodatkami, imitującymi pracę zmysłów, i pilnuje, by pracowała poprawnie. Tak naprawdę… Robot bez człowieka nie istnieje.


Historia robotów Mitsubishi
Do czego może być wykorzystany robot?

Roboty Mitsubishi Electric wykorzystywane są do różnych zadań, nie sposób wymienić wszystkich. Przywołujemy kilka przykładów do 3 z 4 kluczowych gałęzi przemysłu, do których rozwiązania projektuje Mitsubishi Electric:

Przemysł spożywczy – dzięki sterylności roboty mogą mieć kontakt z żywnością bez ryzyka jej skażenia. Typowe aplikacje obejmują: przenoszenie, pakowanie i paletyzację produktów, np. układanie czekoladek w pudełku. Tak więc sterylność produkcji i powtarzalność ułożenia czekoladek w pudełeczku zawdzięczamy właśnie robotom.

Przemysł motoryzacyjny – oprócz obróbki materiałów roboty z powodzeniem mogą być wykorzystywane do klejenia lub montażu. Wszystkie śrubki w samochodzie są dokręcone z taką samą siłą, a silikon między szybą a karoserią w każdym samochodzie położony jest idealnie prosto – właśnie dzięki robotom.

Przemysł life-science – ten, w którym sterylność, higiena i dokładność odgrywają największą rolę. Roboty dbają, by każda ampułka leku, wyjeżdżająca z fabryki, miała ten sam co do mikrograma skład, była szczelnie zamknięta oraz została zapakowana do odpowiedniego kartonu. Niesamowicie ważny jest również udział robotów w procesach wyjątkowo szkodliwych dla człowieka, np. podczas testów, przeprowadzanych w środowisku skażonym bakteriami lub nawet promieniowaniem.