Roboty przemysłowe na stanowiskach obróbkowych wykorzystywane są w różnego rodzaju celach technologicznych:

• automatyzacja stanowisk obróbkowych (obsługa przedmiotów obrabianych);
• spawanie, zgrzewanie (spajanie);
• cięcie laserem;
• obróbka skrawaniem (frezowanie);
• druk 3D.

Wdrażanie robotów przemysłowych wynika z:

• optymalizacji procesów technologicznych (kryterium kosztów – obniżanie kosztów produkcji);
• rozszerzanie zdolności technologicznych;
• poprawa warunków pracy – kwestie bezpieczeństwa.

ASME (ang. American Society of Mechanical Engineers – Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów) [2] szacuje, iż wdrażanie automatyzacji oraz elastycznych systemów wytwarzania powinno owocować:

• wzrostem wydajności nawet o 120%
• podwyższeniem jakości produktów,
• skróceniem czasu wprowadzania nowych produktów o 60%,
• podwyższeniem wykorzystania środków produkcji ponad 300%,
• obniżeniem koniecznych zapasów produkcyjnych w toku.

Definicja pojęcia robot

Na podstawie [1] robot (maszyna manipulacyjna z programowanym ruchem) to urządzenie przeznaczone do realizacji wybranych czynności manipulacyjnych i lokomocyjnych człowieka, które wyposażone jest w pewien określony poziom inteligencji maszynowej. Spotyka się także następującą definicję robota – urządzenie (maszyna) przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych, lokomocyjnych, informacyjnych i intelektualnych człowieka [1].

Definicja według normy ISO ITR 8372 [1]:
Manipulacyjny robot przemysłowy jest automatycznie sterowaną, programowaną, wielozadaniową maszyną manipulacyjną o wielu stopniach swobody, posiadającą własności manipulacyjne lub lokomocyjne, stacjonarną lub mobilną, dla ważnych zastosowań przemysłowych.

Autor [1] sięgnął do wielu źródeł potwierdzając, iż robotyka jest dziedziną będącą w ciągłym dynamicznym rozwoju i tym samym trudną do skodyfikowania i sformalizowania w zakresie definicyjnym. Podając za [1] Antoni Niederliński w swojej książce „Roboty przemysłowe” (WSiP) określił roboty jak sterowane automatycznie narzędzia, które można zaprogramować do wykonywania dużej liczby różnych sekwencji precyzyjnych czynności manipulacyjnych (np. uchwycenie przedmiotu, przeniesienie ze zmianą orientacji położenia przedmiotu – ilustracja 1), odłożenie przedmiotu, inne). Należy zwrócić uwagę na istotę robotów w odniesieniu do człowieka. Jako ludzie realizujemy przeniesienie przedmiotu z położenia A do położenia B i nie rozbijamy w świadomości, nie myślimy o każdym kolejnej czynności (przesunięcie dłoni, rozwarcie palców, objęcie przedmiotu itp.). W przypadku robotów konieczne jest oprogramowanie każdej czynności włącznie z oprogramowaniem stanów nietypowych, czy awaryjnych.

Robot przemysłowy realizuje sekwencje wymienionych powyżej przykładowych czynności również w zależności od stanu obsługiwanego narzędzia oraz samego przedmiotu.

Podsumowując, robot przemysłowy to wielofunkcyjny manipulator, skonstruowany dla przenoszenia przedmiotów, w tym materiałów, części, narzędzie lub specjalnych przyrządów posiadających programowane ruchy w celu wykonania różnorodnych zadań.

Roboty przemysłowe – klasyfikacja

Klasyfikacja robotów przemysłowych jest przeprowadzana (ilustracja 2) m.in. ze względu na: budowę jednostki kinematycznej, czy jej strukturę rodzaj sterowania czy mobilność. Kryterium podziału może być liczba swobody oraz rodzaj napędu czy przeznaczenie (np. przemysłowe, dydaktyczne, naukowe, badawcze, medyczne, specjalne).

Jak pokazano to na ilustracji 2 istnieje wiele konstrukcji robotów. W przypadku zastosowań przemysłowych w zakresie montażu, obróbki skrawaniem (frezowania – ilustracja 5), spawania, czy cięcia laserowego stosuje się głównie roboty stacjonarne. Istnieją aplikacje w ramach Elastycznych Systemów Wytwarzania, czy gniazd obróbkowych zastosowania z robotami przemysłowymi mobilnymi, które są w stanie obsłużyć kilka obrabiarek i przemieszczają się w ramach stałego toru jezdnego. W takim zastosowaniu konieczne jest uwzględnienie dokładności pozycjonowania robota na każdym stanowisku oddzielnie. O ile w przypadku jednorazowego wdrożenia w opcji stacjonarnej ustawienie realizowane jest jednorazowo (każdorazowo przy zmianie ustalenia robota) o tyle w przypadku wersji mobilnej, nawet w ramach stałego toru jezdnego występuje problem nie tylko dokładności pozycjonowania (TCP – ang. Tool Center Point) w obszarze danego stanowiska, w tym w obszarze obróbkowym obrabiarki (zrobotyzowane stanowisko obróbkowe – ilustracja 1, 3, 4) ale powiązanej z nią dokładności pozycjonowania robota przy każdym obsługiwanym stanowisku.

Roboty przemysłowe – programowanie

Opracowanie programu sterującego działaniem robota przemysłowego jest zagadnieniem odmiennym w porównaniu do opracowywania programów obróbkowych dla obrabiarek CNC. Programowanie robotów przemysłowych cechuje się większym stopnia skomplikowania. W przypadku projektowania obróbki cięciem laserem z wykorzystaniem robota konieczne jest jednoczesne uwzględnienie trajektorii ruchu i orientacji głowicy tnącej. Ilustracja 5 przedstawia schematycznie istniejące metody programowania robotów przemysłowych.

Play-back jest programowaniem ręcznym dla przypadku gdy zadania manipulacyjne zależą w znacznej mierze od doświadczenia operatora (np. lakierowanie elementów karoserii samochodów). Ramię robota przemysłowego jest ręcznie prowadzone przez operatora (naciągane). W konsekwencji robocze obciążenie kinematyki robota przemysłowego jest odmienne od rzeczywiście przeprowadzanych zabiegów technologicznych. Wadą tej metody jest konieczność przebywania operatora w przestrzeni roboczej robota.

W przypadku metody Teach-in (programowanie przez nauczanie) operator przemieszcza osie robota oraz orientuje narzędzie z wykorzystaniem pulpitu sterowniczego. Możliwe jest programowanie typu ciągłego i dyskretnego. Programowanie ciągłe stosowane jest tam gdzie wymagana jest płynność ruchów osi robota [1, 2].

Programowanie Off-line wykorzystuje głównie dedykowane programy i systemy typu CAM. Moduły służące do programowania robotów przemysłowych implementuje się w programach i systemach CAM dotychczas związanych głównie z opracowywaniem programów obróbkowych dla obrabiarek CNC (np. NX CAM [7]). Wynika to nie tylko z faktu rozszerzania możliwości rozwiązań CAM ale także z tego, że coraz częściej wykorzystuje się roboty przemysłowe w obróbce skrawaniem do obróbki złożonych powierzchni 3D [5-7].

Wdrażanie robotów przemysłowych wymaga odpowiedniego zabezpieczenia strefy bezpiecznej wokół robota wraz z odpowiednimi zabezpieczeniami w celu spełnienia wymagań BHP.

Źródła:

1. Honczarenko J., Roboty przemysłowe. Budowa i zastosowanie, WNT 2004
2. Honczarenko J., Obrabiarki sterowane numerycznie, WNT 2008
3. Schmid D., Mechatronika, REA 2002
4. Scheller T., Robot based 3D metal cutting of press hardened steel parts with highest flexibility, 8th International Conference on Photonic Technologies LANE 2014
5. Handzlik P., Zrobotyzowane stanowisko do laserowego cięcia 3D z automatycznym systemem wymiany detalu, Biuletyn Automatyki 80 (2/2014)
6. Materiały informacyjne firmy ASTOR
7. Materiały prezentacyjne firmy ABB
8. Materiały prezentacyjne firm SIEMENS-KUKA
9. Berglund E., Hovland G.E., Automatic Elasticity Tuning of Industrial Robot Manipulators