Робот манипулятор - устройство и преимущества

Роботы манипуляторы представляют собой автоматические или управляемые оператором устройства, выполняющие заданный спектр операций вместо человека.

Изначально манипуляторы были созданы для работы в опасных средах и условиях, где человек физически не может выполнять поставленные задачи – например, под водой, в агрессивных газовых, радиационных средах, вакууме, при угрозе разлива вредных химикатов и пр.

Возможности роботов и их преимущества перед ручным трудом обеспечили устройствам быстрое распространение и популярность во всех сферах - от ядерной техники до образовательных программ.

На данный момент активнее всего манипуляторы задействованы в промышленности, почти во всех ее сферах – именно там очень высока потребность в автоматизации и снижении роли ручного труда. Использование промышленного робота повышает КПД производства и сводит к минимуму количество ошибок/брака.

Еще одна область, где манипуляторы очень востребованы – это медицина. Медицинские машины являются самыми сложными и чувствительными; они применяются для проведения различных операций, требующих предельной точности действий.

Альтернативные названия – механическая рука, рука-манипулятор.

Использование руки-манипулятора решает следующие задачи:

  • Повышает скорость выполнения операций, и в итоге приводит к росту объемов производства (иногда – в разы).
  • Уменьшает количество ошибок, причиной которых является человеческий фактор – в итоге повышается качество выпускаемой продукции, а расходы на брак стремятся к нулю.
  • Дает возможность оптимизировать штат и сократить количество рабочих мест. Кроме того, для механических рук не нужно создавать условия труда, предусмотренные и проверяемые многочисленными инстанциями.
  • Позволяет уменьшить площадь производства (соответственно, снизить затраты на ее обслуживание/аренду). Большинство манипуляторов очень компактны, для их работы достаточно пары квадратных метров.

Манипуляторы уже не являются какой-то недоступной «диковинкой», это вполне рядовое оборудование, которым может быть оснащено любое производство.

Установка всего одной механической руки позволит моментально повысить эффективность работы - и это могут себе позволить даже небольшие компании. Более того, предприятия среднего и малого бизнеса являются самыми чувствительными к снижению издержек, которые обеспечит использование рки-манипулятора, поэтому для данных сегментов это будет очень удачное решение.

Виды

Сейчас существует около 30 видов роботов-манипуляторов, которые могут выполнять различные операции:

  • В металлургии и обработке материалов – сварка, гибка, сверление, резка и пр.;
  • В машиностроении часто практикуется установка автоматизированных линий, на которых выполняется изготовление и сборка сложных узлов и целых систем.
  • В складском хозяйстве – упаковка, сборка, погрузка/разгрузка и пр.

Большинство рутинных, однотипных операций и манипуляций, выполняемых людьми, можно поручить механической руке. И даже более сложные процедуры можно автоматизировать, нужно лишь создать для механической руки соответствующее ПО.

Практически все современные манипуляторы являются программируемыми, что очень расширяет их возможности и позволяет свести ручной труд к минимуму.

Создание программного обеспечения для рук-манипуляторов – это целый сегмент ИТ, который сейчас активно развивается. Правильно разработанное ПО обеспечивает роботу не только широкий функционал, но и абсолютную безопасность.

Все роботы манипуляторы можно разделить на 2 основные категории:

  • управляемые человеком;
  • автоматические.

Управляемые человеком устройства используются там, где нет возможности полностью запрограммировать оборудование, и ему все же нужен контроль оператора. Механическая рука является «продолжением» руки человека, но при этом она берет на себя все нагрузки и опасности – например, при подъеме тяжелых грузов, работе с опасными веществами, выполнении манипуляций с мелкими деталями. При этом техника не просто облегчает труд человека, но и обеспечивает соблюдение точно заданных параметров – силы сжатия, угла наклона и пр.

Автоматические механические руки целесообразно использовать для выполнения монотонных, простых операций – в этом случае техника полностью заменяет человека, и при этом обеспечивает более высокие показатели работы. Использование таких роботов дет возможность в самые сжатые сроки увеличить объем производства в разы и получить огромное конкурентное преимущество. Сейчас такими роботами оснащено множество крупных производств во всем мире, и эта тенденция распространяется повсеместно. Можно ожидать, что уже через несколько лет наличие роботизированных механизмов на производстве станет обязательным условием «выживания» на рынке, т.к. ручной труд не выдерживает никакой конкуренции с возможностями манипулятора.

Устройство робота

Рука-манипулятор с подвижными элементами управляется с помощью системы электроуправления. Как правило, в современном оборудовании не используется гидравлика и пневматика – подобные системы слишком недолговечны и дороги.

  • Один из основных параметров – количество осей. Промышленные манипуляторы чаще всего бывают 4-осевыми (они применяются для фасовки, сортировки товаров), а также 6-осевыми (для более сложных работ).
  • Еще одна важная характеристика – количество степеней свободы. Их может быть от 2 до 6; чем больше – тем шире возможности робота, и тем точнее он воспроизводит движения руки человека (перемещение предметов, вращение, сжатие, наклон и пр.).

Основные элементы механической руки

  • Плечо – неподвижная основа, с которой соединены все остальные части;
  • Локоть – отвечает за основное положение руки в пространстве;
  • Запястье – отвечает за точность выполнения заданных операций;
  • Кисть – осуществляет «захват» предметов и другие манипуляции. Роль «пальцев кисти» могут выполнять отвертки, присоски, распылители, сварочные/режущие и прочие элементы.

Это базовая конструкция типовой механической руки, количество сочленений и подвижных элементов в разных моделях может меняться. Более того, один робот может состоять не из одной, а из нескольких рук – это очень удобно, если требуется автоматизировать сразу несколько рутинных манипуляций.

Манипуляторы могут быть стационарными или подвижными, перемещающимися по помещению. В качестве «ног» могут быть использованы колеса, гусеницы, рельсы и пр. Подвижные роботы практически всегда оснащаются датчиками движения в целях безопасности.

Управление

Управление роботом осуществляется с пульта, который может быть стационарным или мобильным.

Работа оператора сводится к отслеживанию параметров на пульте робота, а также периодическому контролю результатов работы. И даже это можно выполнять дистанционно – с помощью видеокамеры. То есть, для управления роботом оператору даже не требуется находиться с ним в одном помещении.

В некоторых моделях даже предусмотрена возможность самообучения – робота один раз проводят по циклу операций в режиме ручной настройки, он запоминает последовательность и воспроизводит ее.

Многие манипуляторы снабжены чувствительными элементами – датчиками, которые реагируют на движение, изменение температуры и других параметров. Все это легко программируется и повышает эффективность устройства.